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炭化珪素半導体の高電界物性の解明と超高耐圧パワーデバイスへの応用

碳化硅半导体高场物理特性解析及其在超高压功率器件中的应用

基本信息

批准号：
13J06049
负责人：
丹羽弘樹
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

SiCデバイスの正確な耐圧設計の実現を目指し、本研究ではこれまでSiCにおける衝突イオン化係数の算出を広い電界の範囲(1.0-2.5 MV/cm)で行ってきた。しかし、より正確な耐圧設計を実現するには、高電界(~3 MV/cm)における値も重要である。そこで本年は特に高電界における電子の衝突イオン化係数の精密測定を目指し、SiCフォトダイオードを用いた光キャリア増倍測定を行った。本研究では高電界において雪崩増倍を発生させるために、従来よりも高ドーピング密度の耐圧維持層を有するフォトダイオードを作製した。本デバイスを用いた光キャリア増倍測定により増倍係数を初めに測定し、得られた増倍係数を数学的に解析することで衝突イオン化係数を算出した。特に今回用いたデバイス構造では解析の際にDead Space Effectと呼ばれる衝突イオン化の非局在性を考慮する必要があった。本研究では他材料における先行研究で用いられた解析手法に改良を加えることでSiC特有の現象を考慮した解析手法を提案し、従来よりも高電界の3.2 MV/cmまでの電子の衝突イオン化係数の実測に成功した。本研究ではさらに、得られた衝突イオン化係数を用いたSiCにおける絶縁破壊電界および理想耐圧の計算も行った。本研究では特に、耐圧維持層の極性(n型またはp型)に注目して計算を行った。その結果、p型耐圧維持層を用いた場合、n型よりも低い理想耐圧などが得られることが分かった。これは耐圧維持層の極性によりキャリアが空乏層内で高/低電界側のどちら側から増倍されるかが変わるためであり、特にSiCのように正孔と電子の衝突イオン化係数の差が大きい材料では現象が顕著に現れることが分かった。これにより、例えばn-IGBTとp-IGBTのように耐圧維持層の極性が異なるデバイスにおいて、n型耐圧維持層を用いた方が理想耐圧という観点では優れていることを示すことができた。

In this study, the calculation of the collision coefficient of SiC is carried out in the range of 1.0-2.5 MV/cm. It is important to realize the correct voltage resistance design in the high voltage range (~3 MV/cm). This year's high voltage field electron collision coefficient precision measurement, SiC high voltage field electron collision coefficient measurement In this study, the high voltage field in the avalanche generation, high voltage field in the high voltage field in the high voltage field This article is about the calculation of multiplication coefficient by light multiplication coefficient. In particular, it is necessary to consider the Dead Space Effect and non-existence of the current application. In this study, the electron collision coefficient of 3.2 MV/cm in the high voltage region was successfully measured by using the analytical method to improve the SiC phenomenon. In this study, we obtained the calculation method of ideal voltage resistance by using SiC. In this study, we focused on the calculation of the polarity (n-type or p-type) of the special and voltage-resistant layers. As a result, the p-type voltage sustaining layer is used in the middle of the case, and the n-type voltage sustaining layer is used in the middle of the case. The polarity of the voltage-sustaining layer is different from that of the depletion layer. The high/low electric boundary side is different from that of the electron collision coefficient. The material phenomenon is different. For example, n-IGBT, p-IGBT and n-type voltage sustaining layer have different polarities, and n-type voltage sustaining layer has different polarities, and ideal voltage sustaining layer has different polarities.