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Dispositivi e sensori per applicazioni ad alta temperatura

I microsistemi che funzionano ad alte temperature ed alte potenze richiedono sensori e dispositivi che non possono essere costruiti in Si per le limitazioni di alcune sue proprietà fisiche. Fra i semiconduttori ad ampia banda proibita il carburo di silicio (SiC) è oggi il solo disponibile in fette di ampio diametro con purezza e qualità per applicazioni elettroniche. Ha inoltre un'ampia conducibilità termica, tre volte più del Si, circa come il Cu, un campo elettrico di rottura 10 volte più che Si e GaAs con sensibili vantaggi in Ron, una barriera metallo semiconduttore 2 volte più alta cioè correnti di fuga minori ad alte temperature. IMM è stato nel recente passato protagonista nella ricerca fondamentale ed applicata al fine di sviluppare una tecnologia sul SiC. Esempi di possibili applicazioni sono nel campo della distribuzione di energia elettrica dove incrementi rapidi di energia devono essere immessi in rete per evitare black-out durante gli improvvisi cambi nell'assorbimento. La sostituzione di commutatori elettromeccanici con dispositivi a stato solido ridurrebbe la quantità necessaria in eccesso con un significativo risparmio energetico (circa il 5%).
Inoltre, il numero di apparecchi elettronici utilizzati quotidianamente sta aumentando con un conseguente aumento nella richiesta di energia. Una forte riduzione del loro consumo è necessaria. D'altro canto l'elettronica portabile sta diventando dominante richiedendo alimentatori più efficienti ridotti in dimensioni e peso. Uno dei principali obiettivi per lo sviluppo di veicoli elettrici è ancora la riduzione di peso e consumo ottenibili con il funzionamento dell'elettronica di controllo ad alte temperature e quindi eliminando pesanti componenti passivi (per dissipazione, ...). Infine, l'andamento generale nell'elettronica di potenza è la riduzione in peso e dimensione e l'aumento dell'efficienza di sistema (bassa dissipazione). Per questo scopo frequenze di lavoro più alte e temperature maggiori sono necessarie. L'obiettivo può essere raggiunto grazie a diodi Schottky ad alta tensione realizzabili solo in SiC. In termini di riduzione della potenza dissipata negli Schottky è necessaria una scelta appropriata della barriera. Infatti, un metallo con bassa barriera (Ti) ha il vantaggio di una bassa tensione di innesco in polarizzazione diretta ma non è idoneo per applicazioni ad alte temperature a causa del drastico aumento della corrente di fuga in polarizzazione inversa. Al contrario una barriera elevata (Ni2Si) esibisce una minore corrente di fuga anche ad alte temperature ma presenta una tensione di innesco in diretta elevata. Un buon compromesso è il diodo a doppio metallo recentemente realizzato presso IMM utilizzando un'alta ed una bassa barriera con Ti e Ni2Si. È stato possibile ottenere un innesco in diretta come per il Ti ed una corrente di fuga confrontabile con il diodo in Ni2Si. Questo risultato dimostra la possibilità di ottenere allo stesso tempo una significativa riduzione dell'energia dissipata ed un aumento della massima temperatura di lavoro.

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