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27 - ELETTRONICA OGGI 494 - MAGGIO 2021 TECH INSIGHT SIC/GAN Per un materiale di tipo WBG i discorsi sono differenti se comparati col Silicio poiché l’intervallo proibito è consi- derevolmente più ampio e quindi i dispositivi divengono compatibili con temperature di fatto improponibili alle pregresse tecnologie, tutto ciò senza che gli elettroni ri- escano ad accumulare valori energetici sufficienti a farli transitare indesideratamente di banda. Da un punto di vista costruttivo i dispositivi a semiconduttore lavorano in intervalli di temperatura ove la concentrazione dei portatori intrinseci è trascurabile, cosicché la condut- tività del dispositivo viene affidata essenzialmente alle impurità introdotte volutamente attraverso la fase di drogaggio; tale concentrazione gioca un ruolo determi- nante per quella che è la corrente di leakage (di perdita) quando il dispositivo si trova in uno stato di polarizzazio- ne inversa; infatti, in caso di aumento della temperatura ambiente, la concentrazione degli intrinseci aumenta con legge esponenziale, a questo aspetto è legato un in- cremento sempre con caratteristica esponenziale delle correnti di perdita, fino giungere a valori inaccettabili. A causa delle temperature elevate si potrebbe arrivare ad uno stato di non controllabilità del dispositivo in ragione del fatto che la concentrazione dei portatori intrinseci tenderebbe a superare quella dei portatori volutamen- te introdotti nel processo costruttivo (col drogaggio); predetto aspetto del tutto indesiderato, viene mitigato se l’intervallo di bandgap è di per sé elevato poiché ne derivano maggiori margini con cui si può tenere sotto controllo un aumento indesiderato della concentrazio- ne degli intrinseci. Le radiazioni sono capaci di eccita- re gli elettroni attraverso un meccanismo abbastanza simile a quanto descritto in merito all’energia termica e per analoghi motivi, la presenza di un intervallo di banda proibita più ampio consente di prevenire pro- blemi sul semiconduttore ridimensionandone il loro ef- fetto e scongiurando eventuali conduzioni indesiderate che possono diventare incontrollate; Il Wide BandGap aiuta ad evitare degradazioni delle performance come l’abbassamento della tensione di soglia Vth e la regres- sione della transconduttanza che sono fenomeni speci- l ! ,' importanti effetti indesiderati derivanti dall’esposizione a radiazioni di tale tipologia di componenti. Dalla rappresentazione della Figura di Merito di figu- ra 3 e sulla base dei valori forniti dalla tabella nella precedente Fig.2, si evince che per alcuni parametri il GaN appare leggermente superiore al SiC, mentre quest’ultimo funziona bene per quel che riguarda le applicazioni ad alta temperatura perché il valore di conduttività termica è decisamente migliore del GaN: è proprio tale parametro che permette una più efficiente rimozione del calore in eccesso dai dispositivi. Premesso che gli scambi termici aumentano con l’au- mentare del gradiente termico tra il dispositivo e l’am- biente circostante, la proprietà del SiC di poter operare a temperature di giunzione più elevate, permette di ot- tenere un raffreddamento più efficace e conseguen- temente i vari accessori da predisporre allo scopo di evitare surriscaldamenti possono venire conveniente- mente ridimensionati o in taluni casi addirittura elimi- nati. Dal punto di vista elettrico il Carburo di Silicio è capace di gestire correnti più elevate rispetto al GaN, operando a tensioni più alte e potendo maneggiare po- tenze maggiori, di contro il Nitruro di Gallio mediante le sue eterostrutture di tipo GaAlN/GaN riesce a per- formare bene a frequenze più elevate rispetto al SiC contemplando contemporaneamente densità di poten- za maggiori. Con questi nuovissimi dispositivi, come quelli raffigu- rati in Fig.4, si ottengono risultati che sovrastano de- ! -./ Junction appartenenti alla tecnologia tradizionale. Specificatamente per le applicazioni in potenza, scienzia- ti e ricercatori non hanno dubbi sul fatto che la tendenza per il futuro sarà quella di aumentare ancora le frequen- ze di commutazione in modo da riuscire a sfruttare tutti i vantaggi ottenibili dalle caratteristiche dei dispositivi GaN e SiC che appaiono molto migliorative rispetto alle proprietà dei dispositivi convenzionali, così da ottenere performance ulteriormente potenziate e combinate con un importante livello di ridimensionamento sia dei di- spositivi al contorno, quali i magnetici come trasformato- ri ed induttori, condensatori e filtri, che in generale delle stesse apparecchiature, in termini di volume, di peso e del sistema preposto allo smaltimento del calore. Fig. 3 – Figura di merito di SiC e GaN a confronto con il Silicio Fig. 4 – Alcuni dispositivi di tipo WGB allo stato dell’arte