En electrónica de potencia, los semiconductores se basan en el elemento silicio, pero la eficiencia energética del carburo de silicio sería mucho mayor. Físicos de la Universidad de Basilea, el Instituto Paul Scherrer y ABB explican qué es exactamente lo que impide el uso de esta combinaciónde silicio y carbono en la revista científica letras de física aplicada .
El consumo de energía está creciendo en todo el mundo; se depende cada vez más de la energía eléctrica, y los suministros de energía sostenibles, como la energía eólica y solar, son cada vez más importantes. Sin embargo, la energía eléctrica a menudo se genera a una gran distancia del consumidorLos sistemas eficientes de distribución y transporte son tan cruciales como las estaciones transformadoras y los convertidores de potencia que convierten la corriente continua generada en corriente alterna.
Grandes ahorros son posibles
La electrónica de potencia moderna debe ser capaz de manejar grandes corrientes y altos voltajes. Los transistores de corriente hechos de materiales semiconductores para transistores de efecto de campo ahora se basan principalmente en la tecnología de silicio. Sin embargo, el uso de SiC genera ventajas físicas y químicas significativas.silicio: además de una resistencia al calor mucho mayor, este material proporciona una eficiencia energética significativamente mejor, lo que podría generar ahorros masivos.
Se sabe que estas ventajas se ven significativamente comprometidas por defectos en la interfaz entre el carburo de silicio y el material aislante dióxido de silicio. Este daño se basa en pequeños grupos irregulares de anillos de carbono unidos en la red cristalina, como demostraron experimentalmente los investigadorespor el profesor Thomas Jung en el Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea y el Instituto Paul Scherrer.Utilizando el análisis del microscopio de fuerza atómica y la espectroscopía Raman, mostraron que los defectos se generan en las proximidades de la interfaz por el proceso de oxidación.
confirmado experimentalmente
Los grupos de carbono interferentes, que tienen un tamaño de unos pocos nanómetros, se forman durante el proceso de oxidación del carburo de silicio a dióxido de silicio a altas temperaturas. "Si cambiamos ciertos parámetros durante la oxidación, podemos influir en la aparición de los defectos,"dice el estudiante de doctorado Dipanwita Dutta. Por ejemplo, una atmósfera de óxido nitroso en el proceso de calentamiento conduce a una cantidad significativamente menor de grupos de carbono.
Los resultados experimentales fueron confirmados por el equipo dirigido por el profesor Stefan Gödecker del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea. Las simulaciones por computadora confirmaron los cambios estructurales y químicos inducidos por los átomos de carbono grafíticos, como se observó experimentalmente. Más allá de los experimentos,Se ha obtenido una visión atomista en la generación de los defectos y su impacto en el flujo de electrones en el material semiconductor.
Mejor uso de la electricidad
"Nuestros estudios proporcionan información importante para impulsar el desarrollo de transistores de efecto de campo basados en carburo de silicio. Por lo tanto, esperamos proporcionar una contribución significativa al uso más eficaz de la energía eléctrica", comenta Jung. El trabajo se inició como partedel programa Nano Argovia para proyectos de investigación aplicada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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