L’attività di ricerca è svolta in collaborazione con i laboratori di ricerca della ST-microelectronics di Catania. Oggetto di studio sono le tecniche di controllo locale del lifetime con particolare riferimento alla tecnica di creazione di voids mediante irradiazione con ioni di elio, per l’ottimizzazione delle caratteristiche del diodo PiN e dell’IGBT.

Controllo locale del lifetime e dell’efficienza di emettitore per il progetto del diodo PiN:

Un parametro importante per il progetto dei dispositivi di potenza è il tempo di vita medio dei portatori all’interno del dispositivo. Tempi di vita medi elevati riducono la caduta di tensione in conduzione ma rallentano la commutazione del dispositivo.
Le tecniche commercialmente disponibili per il controllo del valore del lifetime sono basate sul drogaggio con atomi di oro o platino o sull’irradiazione con elettroni. Tali tecniche riducono il lifetime in tutto il dispositivo.
Recentemente sono state sviluppate tecniche in grado di controllare localmente il tempo di vita dei portatori. Molte attività di ricerca sono state rivolte all’utilizzo delle nuove tecnologie per il miglioramento delle prestazioni dei dispositivi di potenza, ed in particole del trade-off tra velocità di commutazione e caduta di tensione in conduzione. In questo ambito si è studiato, con l’ausilio di tecniche numeriche, l’effetto di una regione a basso lifetime sulle caratteristiche statiche e dinamiche del dispositivo. Le variabili considerate sono state, il valore del lifetime e la posizione ed ampiezza della regione a basso lifetime. Il progetto ottimale così trovato è stato quindi confrontato con altre tecniche di progetto di diodi PiN quali il controllo dell’efficienza di emettitore e il controllo del lifetime non localizzato. L’attività svolta ha permesso di dimostrare che:

• Il diodo PiN con il controllo locale del lifetime fornisce un miglior trade-off tra disspazione di potenza in conduzione ed in commutazione se confrontato con diodi che utilizzano il ben noto controllo del lifetime non localizzato [8,C9].
• Il progetto ottimale di un diodo che utilizzi il controllo locale del lifetime deve avere la regione a basso lifetime posizionata nei pressi della giunzione di anodo del dispositivo. Lo spessore ottimale della regione a lifetime ridotto dipende dal lifetime della regione a lifetime ridotto [8,C9,5].
  
• Le prestazioni fornite dal controllo dell’efficienza di emettitore, una tecnica proposta di recente, sono equivalenti a quelle fornite dal controllo locale del lifetime [7,C11].

• Dimostrazione, tramite simulazioni numeriche, dell’esistenza di una larghezza ottimale della cella elementare del dispositivo per la quale, mantenendo inalterati tutti gli altri parametri di progetto, la caduta in conduzione diretta dell’IGBT è minima.
• Sviluppo di un modello analitico che spiega il modificarsi della caduta ON in funzione delle caratteristiche fisiche del dispositivo. Il lavoro svolto è stato pubblicato in [C7].

Scientific activities

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