Semicondutores de banda larga
Análise de materiais para SiC, GaN e outros semicondutores de banda larga, com vista ao desenvolvimento de eletrónica de potência energeticamente eficiente e aplicações a altas temperaturas.
Os semicondutores de banda larga, como o carboneto de silício (SiC) e o nitreto de gálio (GaN), permitem frequências de comutação mais elevadas, menores perdas de energia e temperaturas de funcionamento mais altas do que os componentes convencionais de silício. São a base da eletrónica de potência moderna na mobilidade elétrica, na tecnologia energética, nas aplicações industriais e nas telecomunicações.
O desenvolvimento de semicondutores de alto desempenho exige um conhecimento profundo das suas propriedades térmicas, elétricas e estruturais. Os métodos de análise modernos fornecem informações importantes sobre a condutividade térmica, o transporte de portadores de carga, a estabilidade térmica e a qualidade do material.
Com as soluções de caracterização de materiais da LINSEIS, é possível analisar com precisão os semicondutores de banda larga ao longo de todo o processo de desenvolvimento – desde a investigação de materiais até ao controlo de qualidade.
Desafios típicos dos semicondutores de banda larga
Questões relevantes
- Qual é a condutividade térmica dos materiais SiC ou GaN?
- De que forma é que a temperatura influencia as propriedades elétricas?
- Qual é a concentração de portadores de carga desse material?
- Qual é a mobilidade dos portadores de carga?
- Com que eficiência é dissipado o calor residual?
- Que tensões térmicas surgem durante o funcionamento?
- De que forma os defeitos afetam o desempenho do material?
- Que características têm as camadas finas e as camadas epitaxiais?
- Como é que o material se altera a altas temperaturas?
- Que materiais são adequados para aplicações de alto desempenho?
Parâmetros relevantes do material e do processo
| Parâmetros | Significado |
|---|---|
| Condutividade térmica | Dissipação eficiente do calor em semicondutores de potência |
| Difusividade térmica | Análise da propagação do calor |
| Concentração de portadores de carga | Avaliação da condutividade elétrica |
| Mobilidade | Otimização do desempenho eletrónico |
| Resistência elétrica | Redução das perdas de potência |
| Coeficiente de Hall | Caracterização de portadores de carga |
| Resistência de interface | Otimização do percurso térmico |
| Espessura da camada | Controlo de processos de camadas finas |
| Estabilidade térmica | Fiabilidade a altas temperaturas |
| Taxa de defeitos | Avaliação da qualidade do material |
Métodos de medição para semicondutores de banda larga
Análise de Camadas Finas (TFA)
Análise das propriedades elétricas e térmicas de camadas finas e materiais eletrónicos.
Análise de
- Transporte elétrico
- Resistência
- Comportamento dos suportes de carga
- Propriedades das camadas finas
Aplicações típicas
- Semicondutores de camada fina
- Sensores
- Termoelétrica
- Microeletrónica
Analisador de frequência a laser de película fina (TF-LFA)
Determinação da condutividade térmica e das resistências térmicas de interface de camadas finas.
Análise de
- Condutividade térmica de camadas finas
- Resistência de interface
- Transporte de calor
- Estruturas em camadas
Aplicações típicas
- Chips semicondutores
- Camadas epitaxiais
- MEMS
- Microeletrónica
Instrumentos de medição recomendados para semicondutores de banda larga
Exemplo prático: Análise de um semicondutor de banda larga
Comportamento da resistência em função da temperatura de camadas finas de Ge-Si-Sn-O
A dependência da resistência elétrica em relação à temperatura é um parâmetro decisivo para o desenvolvimento de sensores de infravermelhos e microbolómetros de alto desempenho. Este exemplo prático mostra como se fabricam camadas finas de Ge-Si-Sn-O através de TFA L59 , para avaliar a sua sensibilidade e adequação às modernas tecnologias de imagem térmica e de sensores.
Por que é que a análise de materiais é fundamental para os semicondutores de banda larga?
Os sistemas de eletrónica de potência estão a tornar-se cada vez mais compactos e potentes. Ao mesmo tempo, aumentam os requisitos em termos de eficiência, resistência à temperatura e fiabilidade.
A combinação de métodos de análise modernos permite:
- Determinação das propriedades térmicas
- Caracterização das propriedades de transporte elétrico
- Análise de camadas finas e interfaces
- Análise da estabilidade térmica
- Avaliação da qualidade dos materiais e dos defeitos
- Otimização dos processos de fabrico
Aplicações – Semicondutores e Eletricidade
LSR (LSR L31) - telureto de bismuto - condutividade eléctrica / condutividade térmica / propriedades termoeléctricas
Perguntas frequentes – Semicondutores de banda larga
O que são semicondutores de banda larga?
Os semicondutores de banda larga têm uma largura de banda maior do que o silício clássico. Entre os mais importantes estão o carboneto de silício (SiC), o nitreto de gálio (GaN) e o nitreto de alumínio (AlN).
Por que é que o SiC e o GaN são utilizados na eletrónica de potência?
Estes materiais permitem frequências de comutação mais elevadas, menores perdas de energia, maiores densidades de potência e temperaturas de funcionamento mais elevadas do que os componentes convencionais de silício.
Que papel desempenha a condutividade térmica nos semicondutores de banda larga?
A condutividade térmica determina a eficiência com que o calor residual pode ser dissipado. Ela influencia diretamente o desempenho e a vida útil dos componentes eletrónicos.
Por que é que as medições do efeito Hall são importantes para os semicondutores de banda larga?
As medições do efeito Hall permitem determinar a concentração de portadores de carga, a mobilidade e a condutividade. Estes parâmetros são fundamentais para a otimização dos componentes eletrónicos.
Que métodos de medição são adequados para a análise de SiC e GaN?
Dependendo do que se pretende analisar, utilizam-se os métodos HCS, LFA, TF-LFA, TFA, DSC e STA. A combinação de vários métodos permite uma caracterização abrangente dos materiais.
Em que setores é que se utilizam semicondutores de banda larga?
São utilizados na mobilidade elétrica, nas infraestruturas de carregamento, nas energias renováveis, na eletrónica industrial, nas telecomunicações, na indústria aeroespacial, bem como em aplicações de alta temperatura e alto desempenho.
