Các thiết bị Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) giữ vai trò then chốt trong việc đạt được hiệu suất năng lượng cao hơn ở xe điện (EVs), đường sắt cao tốc và các hệ thống công nghiệp tiên tiến. Tuy nhiên, một trở ngại lớn là mật độ khuyết tật cao tại giao diện SiC/SiO2, vốn làm hạn chế độ linh động của electron và, quan trọng hơn, ảnh hưởng đến độ tin cậy dài hạn của thiết bị.
Theo cách truyền thống, việc cải thiện hiệu năng SiC MOS liên quan đến việc đưa vào các tạp chất như nitơ (nitơ hóa giao diện). Dù điều này giúp tăng độ linh động, nó thường dẫn đến sự suy giảm độ tin cậy tổng thể của thiết bị sau đó, đặc biệt dưới tác động căng thẳng điện áp kéo dài—một mối quan ngại lớn đối với các ứng dụng an toàn trọng yếu.
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Osaka đã giải quyết thành công mâu thuẫn cơ bản này. Họ đã phát triển một kỹ thuật xử lý nhiệt hai giai đoạn mới, sử dụng ủ hydro pha loãng ở nhiệt độ siêu cao (vượt quá 1200 độ C).
Đột phá này tập trung vào việc thực hiện ủ hydro ở nhiệt độ cao hai lần: một lần trước và một lần sau khi lắng đọng lớp oxide cổng. Quy trình độc đáo này có hiệu quả thụ động hóa hoặc loại bỏ các khuyết tật tại vùng SiC gần bề mặt và tại giao diện SiC/SiO2, tương tự một quy trình tiêu chuẩn dùng trong công nghệ silicon MOS, nhưng đã được điều chỉnh cho những thách thức của SiC.
Điều quan trọng là, không phụ thuộc vào việc đưa vào các tạp chất không đồng nhất như nitơ, kỹ thuật mới này đã được chứng minh là cải thiện vượt trội cả hiệu năng lẫn độ tin cậy. Các thiết bị được chế tạo bằng phương pháp này cho thấy độ linh động electron cao hơn hơn năm lần so với các thiết bị tiêu chuẩn chưa tinh sạch, và thể hiện khả năng chống chịu vượt trội đáng kể trước cả ứng suất phân cực dương và âm so với các thiết bị SiC MOS pha tạp nitơ thông thường.
Bước đột phá này mở đường cho thế hệ mô-đun công suất SiC tiếp theo, không chỉ hiệu quả hơn và nhỏ gọn hơn mà còn mang lại mức độ tin cậy dài hạn chưa từng có. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy mạnh mẽ việc ứng dụng SiC trong các lĩnh vực công suất lớn, góp phần đáng kể vào một xã hội trung hòa carbon.
