Forschung zu Hemmnissen für Energieeffizienz von Siliziumkarbid

Schematische Darstellung der unregelmäßigen Ansammlungen von Kohlenstoffringen, die an der Grenzfläche zwischen Siliziumdioxid und Siliziumkarbid entstehen und die elektronische Funktion einschränken

Eine Forschungsgruppe der Universität Basel, Departement Physik/Swiss Nanoscience Institute und des Paul-Scherrer-Instituts hat in Experimenten Erklärungen für Effizienzminderungen von Transistoren aus Siliziumkarbid gefunden. Solche Bauteile kommen in der Leistungselektronik, unter anderem auch in Photovoltaik-Wechselrichtern, verstärkt zum Einsatz, weil sie gegenüber konventionellen Silizium-Transistoren eine weit höhere Hitzeresistenz und Energieeffizienz aufweisen. Andererseits, so eine Mitteilung der Forschungsgruppe, werden diese Vorteile »durch Defekte an der Grenzfläche zwischen Siliziumkarbid und dem Isolationsmaterial Siliziumdioxid zu einem guten Teil wieder zunichte gemacht«.
Der Mitteilung zufolge basieren diese Defekte auf winzigen, im Kristallgitter gebundenen Ansammlungen von Kohlenstoffringen. Diese sind nicht nur an den Grenzflächen zu finden, »sondern auch in einigen Atomlagen des Siliziumkarbids«. Sie entstehen unter hohen Temperaturen bei der Oxidation des Siliziumkarbids zu Siliziumdioxid. Durch Änderungen im Produktionsverfahren, so die Annahme, ließen die Defekte sich reduzieren. Eine Möglichkeit, »positive Effekte« zu erreichen, sei eine Lachgas-Atmosphäre beim Heizvorgang, eine andere die Nachbehandlung mit Stickstoff. Die experimentellen Ergebnisse sowohl zur Entstehung der Defekte als auch zu den möglichen Gegenmaßnahmen wurden in Computersimulationen bestätigt.
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