புரோட்டான்கள் சிலிக்கான் கார்பைடு எலக்ட்ரானிக்ஸில் நீண்டகால சிக்கலை சரிசெய்கிறது – அறிவியல் நாளிதழ்

4H-SiC-உயர்ந்த இயற்பியல் பண்புகளுடன் கூடிய SiC வகை-யில் மிகவும் அழுத்தமான பிரச்சனைகளில் ஒன்று இருமுனை சிதைவு ஆகும். இந்த நிகழ்வு 4H-SiC படிகங்களில் அடுக்கி வைக்கும் தவறுகளின் விரிவாக்கத்தால் ஏற்படுகிறது. எளிமையாகச் சொன்னால், படிக அமைப்பில் உள்ள சிறிய இடப்பெயர்வுகள் காலப்போக்கில் “சிங்கிள் ஷாக்லி ஸ்டேக்கிங் ஃபால்ட்ஸ்” எனப்படும் பெரிய குறைபாடுகளாக வளர்ந்து, படிப்படியாக செயல்திறனைக் குறைத்து, சாதனம் செயலிழக்கச் செய்கிறது. இந்தச் சிக்கலைத் தணிக்க சில முறைகள் இருந்தாலும், அவை சாதனத் தயாரிப்பு செயல்முறையை அதிக விலைக்கு ஆக்குகின்றன.

அதிர்ஷ்டவசமாக, நகோயா இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் டெக்னாலஜியைச் சேர்ந்த இணை பேராசிரியர் மசாஷி கட்டோ தலைமையிலான ஜப்பானைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, இப்போது இந்த சிக்கலுக்கு சாத்தியமான தீர்வைக் கண்டறிந்துள்ளது. அவர்களின் ஆய்வில் 5 நவம்பர் 2022 இல் ஆன்லைனில் கிடைக்கப்பெற்று, 5 நவம்பர் 2022 அன்று அறிவியல் அறிக்கைகள் இதழில் வெளியிடப்பட்டது, அவர்கள் “புரோட்டான் பொருத்துதல்” எனப்படும் பிழை அடக்கும் நுட்பத்தை முன்வைத்தனர், இது சாதனத்திற்கு முன் பயன்படுத்தப்படும் போது 4H-SiC செமிகண்டக்டர் செதில்களில் இருமுனை சிதைவைத் தடுக்கும். உற்பத்தி செயல்முறை. இந்த ஆய்வுக்கான உந்துதலை விளக்குகையில், டாக்டர் கேடோ கூறுகிறார், “சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட SiC எபிடாக்சியல் செதில்களில் கூட, அடி மூலக்கூறு அடுக்குகளில் இருமுனை சிதைவு நீடிக்கிறது. இந்த சவாலை வழிநடத்தவும் மற்றும் நம்பகமான SiC சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கான வழியைக் கண்டறியவும் தொழில்துறைக்கு உதவ விரும்புகிறோம். எனவே, இருமுனைச் சிதைவை நீக்குவதற்கான இந்த முறையை ஆராய முடிவு செய்தேன்.” நகோயா பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த இணைப் பேராசிரியர் ஷுந்தா ஹராடா மற்றும் ஜப்பானில் உள்ள SHI-ATEX இன் கல்வி ஆராய்ச்சியாளரான ஹிடோஷி சகானே ஆகியோரும் இந்த ஆய்வின் ஒரு பகுதியாக இருந்தனர்.

புரோட்டான் பொருத்துதல் என்பது துகள் முடுக்கியைப் பயன்படுத்தி அடி மூலக்கூறுக்குள் ஹைட்ரஜன் அயனிகளை “ஊசி” செய்வதை உள்ளடக்குகிறது. புரோட்டான் அசுத்தங்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் விளைவுகளில் ஒன்றான படிகத்தின் பகுதியளவு இடப்பெயர்வுகளைக் குறைப்பதன் மூலம் ஒற்றை ஷாக்லி ஸ்டாக்கிங் தவறுகள் உருவாவதைத் தடுப்பதே யோசனை. இருப்பினும், புரோட்டான் பொருத்துதலே 4H-SiC அடி மூலக்கூறை சேதப்படுத்தும், இதன் காரணமாக இந்த சேதத்தை சரிசெய்ய கூடுதல் செயலாக்க படியாக உயர் வெப்பநிலை அனீலிங் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

சாதன புனையமைப்பு செயல்முறைக்கு முன் பயன்படுத்தப்படும் போது புரோட்டான் பொருத்துதல் பயனுள்ளதாக இருக்குமா என்பதை ஆய்வுக் குழு சரிபார்க்க விரும்பியது, இது பொதுவாக உயர் வெப்பநிலை அனீலிங் படியை உள்ளடக்கியது. அதன்படி, அவர்கள் 4H-SiC செதில்களில் வெவ்வேறு அளவுகளில் புரோட்டான் உள்வைப்பைப் பயன்படுத்தினர் மற்றும் அவற்றை PiN டையோட்களை உருவாக்கப் பயன்படுத்தினர். பின்னர் அவர்கள் இந்த டையோட்களின் தற்போதைய மின்னழுத்த பண்புகளை பகுப்பாய்வு செய்து, புரோட்டான் பொருத்தப்படாத வழக்கமான டையோடுடன் ஒப்பிட்டனர். இறுதியாக, ஸ்டாக்கிங் தவறுகள் உருவாகியிருக்கிறதா இல்லையா என்பதைச் சரிபார்க்க, டையோட்களின் எலக்ட்ரோலுமினென்சென்ஸ் படங்களை அவர்கள் கைப்பற்றினர்.

ஒட்டுமொத்தமாக, புரோட்டான் உள்வைப்புக்கு உட்பட்ட டையோட்கள் வழக்கமானவை போலவே செயல்பட்டன, ஆனால் இருமுனை சிதைவின் அறிகுறிகள் இல்லாமல் முடிவுகள் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியவை. குறைந்த அளவுகளில் புரோட்டான் பொருத்துதலால் ஏற்படும் டையோட்களின் தற்போதைய மின்னழுத்த பண்புகளின் சரிவு குறிப்பிடத்தக்கதாக இல்லை. இருப்பினும், ஒற்றை ஷாக்லி ஸ்டேக்கிங் தவறுகளின் விரிவாக்கத்தை அடக்கியது குறிப்பிடத்தக்கது.

இந்த கண்டுபிடிப்புகள் ரயில்கள் மற்றும் வாகனங்களில் மின் நுகர்வு குறைக்கக்கூடிய மிகவும் நம்பகமான மற்றும் செலவு குறைந்த SiC சாதனங்களை உணர உதவும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்புகின்றனர். “புரோட்டான் பொருத்துதலின் கூடுதல் புனையமைப்புச் செலவுகளைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும் என்றாலும், அவை அலுமினியம்-அயன் பொருத்துதலில் ஏற்பட்டதைப் போலவே இருக்கும், இது தற்போது 4H-SiC மின் சாதனங்களைத் தயாரிப்பதில் இன்றியமையாத படியாகும்.” டாக்டர் கேட்டோ ஊகிக்கிறார். “மேலும், உள்வைப்பு நிலைமைகளை மேலும் மேம்படுத்துவதன் மூலம், 4H-SiC ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட பிற வகையான சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு இந்த முறையைப் பயன்படுத்துவதற்கான வாய்ப்பு உள்ளது.”

அடுத்த தலைமுறை எலக்ட்ரானிக்ஸை இயக்குவதற்கான குறைக்கடத்தி பொருளாக SiC இன் முழு திறனையும் திறக்க இந்த கண்டுபிடிப்புகள் உதவும் என்று நம்புகிறோம்.

கதை ஆதாரம்:

வழங்கிய பொருட்கள் நகோயா இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் டெக்னாலஜி. குறிப்பு: நடை மற்றும் நீளத்திற்கு உள்ளடக்கம் திருத்தப்படலாம்.