Il carburo di silicio cubico rivoluzionerà l’elettronica di potenza: nuove scoperte da parte di un team internazionale di ricercatori guidato dal Cnr di Catania
La crescita di substrati di alta qualità per applicazioni microelettroniche è uno degli elementi chiave che possono guidare la società verso un’economia verde più sostenibile. Oggi, il silicio svolge un ruolo centrale nell’industria dei semiconduttori per i dispositivi microelettronici e nano elettronici: wafer di silicio di materiale monocristallino di elevata purezza (99,0% o superiore) possono essere ottenuti mediante una combinazione di metodi di crescita a partire dalla fase liquida e una successiva epitassia. Per l’assenza di una fase liquida stabile, questa combinazione di processi non può essere utilizzata per la crescita del materiale emergente per l’elettronica di potenza: il carburo di silicio (SiC).
Oggi, un team internazionale di ricercatori guidato da Antonino La Magna e Giuseppe Fisicaro dell’Istituto per la microelettronica e i microsistemi (Imm) del Cnr di Catania ha dimostrato mediante uno studio teorico e sperimentale come “controllare” le imperfezioni cristalline all’interno del carburo di silicio cubico o 3C-SiC. Il 3C-SiC tra le varie strutture del SiC (dette politipi) è insieme quella più simile al silicio e quella più promettente per una serie di applicazioni. Lo studio è pubblicato sulla rivista Applied Physics Reviews ed è stato selezionato dell’editorial board come “featured article”: esso descrive i meccanismi atomici che regolano la cinetica di difetti estesi che sono, in questo materiale, piani di atomi in posizioni errate rispetto a quelle occupate nel cristallo ideale. La ricerca mira a riuscire a controllare le imperfezioni cristalline all’interno del SiC per applicazioni nei dispositivi di potenza basati su materiali ad ampia banda proibita, potenzialmente rivoluzionando la microelettronica.
I ricercatori hanno individuato i meccanismi atomistici responsabili della generazione e dell’evoluzione dei difetti estesi. In particolare, è stato dimostrato che i difetti anti-fase – difetti cristallografici planari che rappresentano il confine di contatto tra due regioni di cristallo con legami commutati (C-Si anziché Si-C) – sono una fonte critica di altri difetti estesi in varie configurazioni. L’eventuale riduzione di questi difetti anti-fase è particolarmente importante per ottenere cristalli di buona qualità che possono essere utilizzati in dispositivi elettronici e consentire la loro produzione a larga scala.
Lo studio ha sfruttato simulazioni innovative ottenute tramite un codice (MulSKIPS, www.github.com/giuseppefisicaro/mulskips) che è in grado di descrivere in maniera realistica la cinetica complessa di decine di miliardi di atomi su tempi molto lunghi (minuti e ore). Il codice ha contribuito a far luce sui vari meccanismi di interazione tra i differenti tipi di difetti estesi e sul loro impatto sulle proprietà elettroniche di questo materiale.
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