静電誘導型半導体デバイスの高速パルスパワー応用

パルスパワー発生装置への応用にむけて、静電誘導型半導体素子の動作究明を半導体デバイスシミュレーションにより行った。まず現在の半導体シミュレー夕をパルスパワー応答解析用にバージョンアップした。そしてこのシミュレータを用い、静電誘導デバイスのターンオン過程を検討した。パルスパワー応用で半導体素子を用いる場合、100nsec以下の高速ターンオン性能が必要である。シミュレーションの結果、静電誘導半導体素子のターンオン動作は、空乏層幅の急速な減少によるチャネル形成により行われ、このチャネル開放時間は1nsec以下であることがシミュレーションから明らかになった。この時間はMOS構造素子のMOSゲート充電時間やGTOサイリスタにおけるベース層キャリア蓄積時間よりも2桁以上も小さい。実際静電誘導素子がオンする為に要する時間は、チャネル開放時間に素子活性領域にキャリアを蓄積させる為の時間を加算した時間となるが、この時間を比較しても静電誘導素子は従来のGTOサイリスタよりも1桁以上速いことがわかった。即ち静電誘導半導体素子は、パルスパワー用半導体スイッチとして有用であることが予測できた。今後は、静電誘導半導体素子のトータルのターンオン時間を改善する設計手法を明らかにしていく予定である。具体的には主にゲート構造の改良、キャリア寿命制御の最適化に着眼し研究を行っていく。また、周辺回路要素の静電誘導半導体素子のターンオン動作への影響の検討にも対処出来るように、半導体シミュレータをヴァージョンアップしていく。

パルスパワー発生装置への応用にむけて、静電誘導型半導体素子の動作究明を半導体デバイスシミュレーションにより行った。まず現在の半導体シミュレー夕をパルスパワー応答解析用にバージョンアップした。そしてこのシミュレータを用い、静電誘導デバイスのターンオン過程を検討した。パルスパワー応用で半導体素子を用いる場合、100nsec以下の高速ターンオン性能が必要である。シミュレーションの結果、静電誘導半導体素子のターンオン動作は、空乏層幅の急速な減少によるチャネル形成により行われ、このチャネル開放時間は1nsec以下であることがシミュレーションから明らかになった。この時間はMOS構造素子のMOSゲート充電時間やGTOサイリスタにおけるベース層キャリア蓄積時間よりも2桁以上も小さい。実際静電誘導素子がオンする為に要する時間は、チャネル開放時間に素子活性領域にキャリアを蓄積させる為の時間を加算した時間となるが、この時間を比較しても静電誘導素子は従来のGTOサイリスタよりも1桁以上速いことがわかった。即ち静電誘導半導体素子は、パルスパワー用半導体スイッチとして有用であることが予測できた。今後は、静電誘導半導体素子のトータルのターンオン時間を改善する設計手法を明らかにしていく予定である。具体的には主にゲート構造の改良、キャリア寿命制御の最適化に着眼し研究を行っていく。また、周辺回路要素の静電誘導半導体素子のターンオン動作への影響の検討にも対処出来るように、半導体シミュレータをヴァージョンアップしていく。