通过仔细观察晶体管内部节约能源

无论电流流向何处，都需要晶体管，它们实际上是所有电子开关不可或缺的组成部分。在电力电子领域，晶体管被用来切换大电流。然而，一个副作用是，组件会发热，因此能量会损失。

图片说明：物理学家Martin Hauck在测量仪器中安装了一个碳化硅晶体管：FAU的研究人员发现了一种在开关接口处发现缺陷的方法（照片：FAU/Michael Krieger，Martin Hauck）。

解决这一问题的一种方法是使用节能晶体管，这可能会节省大量的成本。Friedrich Alexander Universit_t Erlangen-N_rnberg（FAU）的研究人员开发了一种简单而精确的方法来查找最新一代碳化硅晶体管的缺陷。这将加速未来开发更节能晶体管的进程。他们现在已经在著名的通讯物理学杂志上发表了他们的发现。

提高电力电子设备的效率是我们高科技世界节约能源的一种方式。正是这些部件保证了来自光伏或风力发电站的电力被送入电网，列车的牵引装置由架空线路提供电流，电能和混合动力车辆的能量从电池传输到发动机。然而，同时，理想情况下，这些部件应尽量少用电。如果没有，就不必要产生热量，需要额外的复杂冷却系统，从而浪费能源。

这是由硅（标准半导体材料）制成的元件根据其固有材料特性达到其极限的地方。然而，还有一种更为合适的选择：碳化硅，简称SiC，一种由硅和碳制成的化合物。它的特性说明了它本身：它能承受高电压，即使在高温下也能工作，具有化学稳定性，能够在高开关频率下工作，这使得能源效率更高。SiC组件已成功使用多年。

调查电荷捕获

由碳化硅制成的电力电子开关，简称为场效应晶体管或MOSFET，其工作原理是SiC与沉积或生长在其上的非常薄的氧化硅层之间的界面。然而，正是这种界面对研究人员提出了一个重大挑战：在制造过程中，界面上会产生不希望出现的缺陷，这些缺陷会捕获电荷载体并降低器件中的电流。因此，如果我们要充分利用材料所提供的潜力，对这些缺陷进行研究是至关重要的。

发现的模式

传统的测量技术，通常是在考虑硅MOSFET器件的情况下发展起来的，只是忽略了这种缺陷的存在。虽然有其他测量技术可供使用，但它们更为复杂和耗时，要么不适合大规模使用，要么根本不适合用于成品部件。这就是FAU应用物理主席的研究人员决定专注于寻找新的、改进的方法的原因。用于研究接口缺陷的DS已经成功了。他们注意到界面缺陷总是遵循相同的模式。博士候选人霍克（MartinHauck）解释说：“我们将这种模式转化为数学公式。”‘使用公式给了我们在计算中考虑界面缺陷的聪明方法。这不仅给我们提供了非常精确的典型器件参数值，如电子迁移率或阈值电压，它还让我们几乎可以确定界面缺陷的分布和密度。

在研究人员的工业合作伙伴英飞凌科技奥地利公司及其子公司Komptenzentrum F_2;r Automobil-&Industrie Elektronik GmbH专门设计的晶体管进行的实验中，这种极其简单的方法也被证明是非常精确的。仔细观察场效应晶体管的内部核心，现在可以改进和缩短创新周期。利用这种方法，可以准确、快速、简便地评价出减少缺陷的工艺，并相应地加速开发新的、更节能的电力电子产品。