Il carburo di silicio (SiC), in quanto nuovo tipo di materiale semiconduttore, è diventato il materiale semiconduttore più importante per la produzione di dispositivi optoelettronici a lunghezza d'onda corta, dispositivi per alte temperature, dispositivi resistenti alle radiazioni e dispositivi elettronici ad alta potenza, grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche, chimiche ed elettriche. In particolare, se applicati in condizioni estreme e difficili, le caratteristiche dei dispositivi in SiC superano di gran lunga quelle dei dispositivi in silicio (Si) e in arsenico (GaAs). Pertanto, i dispositivi in SiC e i vari tipi di sensori sono gradualmente diventati componenti chiave, assumendo un ruolo sempre più importante.
I dispositivi e i circuiti in SiC si sono sviluppati rapidamente a partire dagli anni '80, in particolare dal 1989, anno in cui è stato immesso sul mercato il primo wafer di substrato in SiC. In alcuni settori, come i diodi a emissione di luce (LED), i dispositivi ad alta frequenza, alta potenza e alta tensione, i dispositivi in SiC sono ampiamente utilizzati a livello commerciale. Lo sviluppo è stato rapido. Dopo quasi 10 anni di sviluppo, il processo di produzione dei dispositivi in SiC ha permesso la realizzazione di dispositivi commerciali. Diverse aziende, tra cui Cree, hanno iniziato a offrire prodotti commerciali basati su dispositivi in SiC. Anche gli istituti di ricerca e le università nazionali hanno ottenuto risultati incoraggianti nella crescita del materiale SiC e nella tecnologia di produzione dei dispositivi. Sebbene il materiale SiC possieda proprietà fisiche e chimiche molto elevate e la tecnologia dei dispositivi in SiC sia matura, le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti in SiC non sono ancora ottimali. Oltre al materiale SiC, è necessario un costante miglioramento del processo di produzione dei dispositivi. Occorre concentrare gli sforzi su come sfruttare al meglio il materiale SiC ottimizzando la struttura dei dispositivi S5C o proponendo nuove strutture.
Attualmente, la ricerca sui dispositivi in SiC si concentra principalmente sui dispositivi discreti. Per ogni tipo di struttura del dispositivo, la ricerca iniziale consiste semplicemente nel trapiantare la corrispondente struttura del dispositivo in Si o GaAs sul SiC, senza ottimizzarne la struttura. Poiché lo strato di ossido intrinseco del SiC è lo stesso del Si, ovvero SiO2, ciò significa che la maggior parte dei dispositivi in Si, in particolare quelli in m-pa, possono essere fabbricati su SiC. Sebbene si tratti solo di un semplice trapianto, alcuni dei dispositivi ottenuti hanno raggiunto risultati soddisfacenti e alcuni sono già entrati nel mercato di produzione.
I dispositivi optoelettronici in SiC, in particolare i diodi a emissione di luce blu (LED BLU-ray), sono entrati nel mercato all'inizio degli anni '90 e rappresentano i primi dispositivi in SiC prodotti in serie. Sono inoltre disponibili in commercio diodi Schottky in SiC ad alta tensione, transistor di potenza RF in SiC, MOSFET e mesFET in SiC. Naturalmente, le prestazioni di tutti questi prodotti in SiC sono ben lungi dall'esprimere appieno le straordinarie caratteristiche del materiale, e la ricerca e lo sviluppo di funzionalità e prestazioni superiori per i dispositivi in SiC sono ancora in corso. Tali semplici adattamenti spesso non consentono di sfruttare appieno i vantaggi del materiale in SiC. Anche in alcuni ambiti in cui i dispositivi in SiC presentano dei vantaggi, alcuni dei dispositivi in SiC inizialmente prodotti non riescono a eguagliare le prestazioni dei corrispondenti dispositivi in Si o CaAs.
Al fine di trasformare al meglio i vantaggi delle caratteristiche del materiale SiC in vantaggi per i dispositivi SiC, stiamo attualmente studiando come ottimizzare il processo di fabbricazione e la struttura dei dispositivi, oppure sviluppare nuove strutture e nuovi processi per migliorare la funzionalità e le prestazioni dei dispositivi SiC.
Data di pubblicazione: 23 agosto 2022