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25 - ELETTRONICA OGGI 494 - MAGGIO 2021 TECH INSIGHT SIC/GAN con particolare riferimento a quelle di più recente introduzione tra cui il vasto comparto dell’E-mobility (sia di bordo veicolo per la trazione elettrica, sia per i sistemi di caricamento delle batterie con particolare riferimento ai tipi fast charge) insieme alla propulsione ibrida, ai nuovi design ad altissima efficienza richiesti dal mondo del Power Management, ai converter per le energie rinnovabili, ai recenti sviluppi dell’optoelettro- nica, si sta affermando sempre più l’adozione di mate- riali di tipo innovativo. Per tali motivi la quasi totalità dei produttori di semi- conduttori tradizionali hanno orientato i loro diparti- menti di R&D verso lo studio e lo sviluppo di nuovi dispositivi costruiti ricorrendo a tecnologie che sono alternative al silicio, essenzialmente basate su mate- riali di tipo composto, verso cui molti player si stanno affacciando sempre più convintamente. Nonostante si conoscessero già da una decina di anni addietro, è soltanto negli ultimi tempi che i semicon- duttori a largo bandgap WBG (Wide BandGap) stanno diffondendosi e vanno sempre più affermandosi dal punto di vista tecnico-commerciale; infatti mediante il loro impiego è possibile superare il collo di bottiglia imposto dal Silicio, conseguendo sensibili migliora- menti da un punto di vista prestazionale e potendo inoltre estendere le condizioni operative anche in pre- senza di ambienti di lavoro soggetti a temperature più severe e gravati da esposizione a radiazioni. Con un maggior grado di dettaglio, i materiali a largo bandgap vantano: (quindi minori perdite per effetto Joule) !! ! " - # ! ! "" $ " % & - za viene fortemente incrementata) " & ! " & di operare a temperature di esercizio più alte ' $ ( che prima erano irraggiungibili dalla tecnologia tra- dizionale & $ ! - vanti da esposizione alle radiazioni evitando la com- promissione del controllo del dispositivo, insieme ad una minore degradazione delle caratteristiche elet- triche (radiation hardness) PerchéWide BandGap (WBG)? L’energia di GAP, denominata anche energia di banda proibita, o più semplicemente bandgap, rappresenta un intervallo di energia interdetto agli elettroni: quin- di per un materiale isolante oppure per un semicon- duttore intrinseco (non drogato) non è permessa la presenza di elettroni in stato stazionario, il cui livello di energia possa essere compreso tra i valori estremi della banda proibita; ricordiamo che in essa avvengo- no i processi di ricombinazione elettrone-lacuna. Secondo il modello di Energia della Banda Proibita di figura 1, le bande che invece sono permesse, risulta- no collocate in posizioni contigue alla banda proibita e vengono chiamate rispettivamente banda di Valen- za, posta inferiormente e contraddistinta da un valore massimo di energia Ev e banda di Conduzione, rap- presentata da una energia minima Ec e disposta su- periormente. A tale gap energetico (Eg = Ec – Ev) si fa riferimento per classificare i materiali in base alle caratteristiche elettroniche in generale, quindi anche per i semicon- duttori, essendo esso inteso come differenza dei livelli energetici corrispondenti alla separazione delle due bande contigue: fisicamente il gap rappresenta la mi- nima energia necessaria a far transitare un elettrone dalla banda di Valenza alla banda di Conduzione, pro- muovendolo ad elettrone “libero” e dunque abilitando- lo alla conduzione della corrente elettrica. La presenza di un campo elettrico esterno (vale a dire l’applicazione di una tensione di polarizzazione) pro- duce l’effetto di inclinare le bande piegandole verso il basso, dalla parte dei potenziali elettrici più eleva- ti, favorendo così il flusso degli elettroni e pertanto la conduzione stessa. L’ampiezza del Gap di banda Proi- bita dipende dalla temperatura in legge inversamente proporzionale: la diminuzione di questo gap di energia " ! ) " $ * causa della maggiore agitazione termica degli atomi, si viene a determinare mediamente un aumento della distanza interatomica e conseguentemente gli elettro- ni restano soggetti ad un potenziale energetico minore. L’ampiezza della banda proibita è di per sé poco sensi- bile alla concentrazione del drogante nel semicondut- tore (estrinseco), il risultato di tale presenza è quello di spostare rigidamente le bande descritte per cui i va- lori di Ec ed Ev verranno traslati entrambi verso l’alto se il drogante è di tipo p, si muoveranno invece verso il basso se di tipo n, lasciando pressoché inalterata la loro mutua distanza e quindi l’intervallo Eg. Fig. 1 – Modello di energia della Banda Proibita