Aplicações e vantagens de um semicondutor de larga

banda proibida:Carbeto de Silício (SiC)

André Carlos ContiniIF-UFRGS

Principais Características do SiC

Larga Banda Proibida;Excelente condutividade térmica;Quimicamente inerte;Alta dureza;Alta velocidade de saturação;Alta tensão de ruptura.

Tabela de Propriedades de alguns semicondutores

Algumas aplicações imediatas para SiC

Sensores utilizados em alta temperatura para aeronaves, satélites, naves espaciais. Sensores utilizados dentro de motores automotivos para maior controle na combustão. Poderia ser usado ainda em tensões muito mais altas.

Propriedades do cristal SiC

Há acima de 100 polítipos de SiC cada um com propriedades bem específicas. São vários os polítipos de SiC consistem em ligações covalente entre átomos de carbono e átomos de silício.No entanto, poucos tem propriedades de semicondutores. Os mais comuns são: 3C-SiC, 4H-SiC e 6H-SiC.

Diferentes Polítipos do SiC

Estrutura do SiC

Principais dificuldades para aplicação do SiC

Obtenção de substrato de alta qualidade;

Diminuição dos defeitos na interface.

Presença de micropipes

Método de crescimento de SiC, publicado por Nakamura, D. et al. Nature 430, 1009−1012 (2004).

Principais dificuldades para aplicação do SiC

Obtenção de substrato de alta qualidade;

Diminuição dos defeitos na interface.

Origem dos defeitos eletricamente ativos na interface SiO2/SiC:

C clusters;

SiCxOy

Primeiros resultados em 4H-SiC

-10 -5 0 5 106

8

10

12

14

16

C [p

F]

Bias [V]

Medida Teórica

N1 - 4H-SiC - Oxidação úmida, 1120oC, 3h

Qeff = -7,02x1011 q/cm2

-15 -10 -5 0 5 104

6

8

10

12

14

16

18

20

Qeff = 1,84x1012 q/cm2

P1 - 4H-SiC - Oxidação úmida, 1120oC, 3h

C [p

F]

Bias [V]

Medida Teórica

Primeiros resultados em 6H-SiC

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 2016

18

20

22

24

26

Qeff = -1,79x1012 q/cm2

R1 - 6H-SiC - Oxidação úmida, 1120oC, 3h

C [p

F]

Bias [V]

Medida Teórica

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

13,6

13,8

14,0

14,2

14,4

14,6

14,8

15,0

Qeff = -2,34x1012 q/cm2

R2 - 6H-SiC - Oxidação seca, 1120oC, 24h

C [p

F]Bias [V]

Medida Teórica

Conclusões e perspectivasO carbeto de silício é superior ao silício em aplicações especificas;

Ele é o único semicondutor composto sobre o qual forma-se uma camada de dióxido de silício por oxidação térmica;

A interface SiO2/SiC ainda apresenta uma densidade de defeitos eletricamente ativos inaceitavelmente alta;

Continuar o trabalho para passivar defeitos da interface SiO2/SiC.

Objetivos do nosso laboratório para Carbeto de Silício

Estuda da interface Dióxido de Silício em Carbeto de Silício, para diminuição de estados de interface e cargas efetivas, através da incorporação de nitrogênio na rede.