Comprehensive Analysis of Proton Irradiation Effects on 4H-SiC Power Devices: Characterization, Simulation, and Optimization for Enhanced Performance [Analisi completa degli effetti dell'irradiazione protonica sui dispositivi di potenza in 4H-SiC: caratterizzazione, simulazione e ottimizzazione per migliorarne le prestazioni]

Lo sviluppo dei materiali e dei dispositivi basati sui semiconduttori ha determinato significativi progressi tecnologici nel corso dell'ultimo secolo. Recentemente, la richiesta di nuove capacità di funzionamento nei dispositivi elettronici, come la flessibilità e il lavoro ad alte temperature, oltre alla riduzione del consumo e della dissipazione di energia, è diventata di primaria importanza a causa della miniaturizzazione e dell'aumento dell'uso nell'elettronica di potenza. Le tecnologie al silicio hanno dominato l'elettronica di potenza per decenni, ma i loro limiti intrinseci hanno reso necessaria l'esplorazione di semiconduttori ad ampio band-gap come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN). Tra questi, il 4H-SiC è emerso come un materiale di notevole interesse per le sue prestazioni superiori in applicazioni ad alta temperatura, alta potenza e alta frequenza. Questa tesi presenta uno studio completo degli effetti dell'irradiazione protonica sui dispositivi di potenza in 4H-SiC. La ricerca mira a chiarire i tipi di difetti introdotti dall'irradiazione protonica, la loro risposta elettrica e la loro evoluzione con la temperatura di annealing. Sono state condotte caratterizzazioni composizionali, ottiche ed elettriche dettagliate, tra cui la spettroscopia di massa ionica a tempo di volo (TOF-SIMS), la microscopia a scansione di capacità (SCM), la fotoluminescenza (PL), le misure di corrente-tensione (I-V), di capacità-tensione (C-V) e la spettroscopia transiente a livello profondo (DLTS). Il lavoro sperimentale ha utilizzato campioni di 4H-SiC con uno strato epitassiale di tipo n cresciuto presso STMicroelectronics che sono stati sottoposti a impiantazione ionica a dosi ed energie diverse presso l'Università di Catania. Le simulazioni effettuate con i software SRIM e Synopsys hanno guidato il lavoro sperimentale, rivelando le differenze nei valori di range proiettato e gli effetti dell'orientamento cristallografico rispetto all'angolo di impianto. La caratterizzazione completa ha fornito spunti per ottimizzare il processo di impiantazione dei protoni. Determinando l'esatta profondità di impianto e la temperatura di annealing ottimale, la fase di impiantazione può essere integrata strategicamente nel processo di produzione di dispositivi di potenza come diodi e MOSFET. Questa integrazione è fondamentale per migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei dispositivi di potenza basati su SiC, che sono essenziali per applicazioni robuste e ad alta efficienza in vari settori industriali. In conclusione, questo studio offre una solida base per l' utilizzo ottimale dell'impianto di protoni, che porterà a significativi progressi nelle prestazioni e nell'affidabilità dei dispositivi di potenza in SiC nelle applicazioni più complesse.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• SCALISI, Melissa Lucia

Contributors dc:contributor

• RUFFINO, FRANCESCO

• 4H-SiC
• proton implant
• electrical characterization
• impianto protoni
• caratterizzazione elettrica

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/690991

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/690991