Extraction of withstand voltage reduction factor in non-dope layer of diamond power device
| Project/Area Number |
21K04005
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邉 晃彦 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (80363406)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / パワーデバイス / TEG / スナップバック / パワー半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
パワーエレクトロニクス機器を構成するパワーデバイスの高性能化が低炭素化・省エネルギー化社会に実現には不可欠である。ダイヤモンドは、次世代デバイスとして実用化が進んでいるSiCやGaNなどと比較して、超高耐圧パワーデバイスとして利用した場合にその特性を最大限に発揮できる材料である。本研究では、ダイヤモンド・パワーデバイスの耐圧低下を引き起こす要因をTEGを用いた実験的手法で実験的に明確にし、耐圧低下要因の基本パラメータ抽出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ダイヤモンドパワ－デバイスのノンドープ耐圧層における耐圧低下要因を、独自に提案したp+ - i - p+構造のTEGを用いて評価することで実験的に検証し、設計に必要な基本パラメータを取得することにある。本研究期間中に明らかにする項目は（１）不純物混入が殆どないi層耐圧の温度依存性、（２）i層内混入不純物が耐圧に及ぼす影響、（３）i層内混入不純物が濃度勾配をもつ場合の耐圧変化、（４）p+ - n - p+構造TEGによるダイオード特性評価の可能性、である。
昨年度p+ i p+構造TEGにおいて高電圧を印加すると印加電圧140V付近で電圧が減少しながら電流が急激に増加するスナップバックが起きることを見出した。スナップバックが発生する原因としてi層に含まれる極微量なn型ドーパントが考えられ、本年度はi層に意図的に極微量のリン(P)をドープしたp+ n- p+構造TEGを作製し検証した。結果として、スナップバックが発生する印加電圧はp+ i p+構造では100～180Vであったのに対しp+ n - p+構造では約700Vであった。スナップバックの発生する閾値電圧は両者で違いが生じたが、スナップバックが発生した時の基板温度は両者とも約60℃であった。ただし、この温度はそれぞれのｉ層に含まれていると考えられるＮ、Ｐの活性化エネルギーよりも低い。これまでの結果から、スナップバックはp+i(n-)p+特有の現象であり、i層に含まれる極微量のn型ドーパントが寄与していること、発生にはある程度の温度上昇を伴うことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究期間中に明らかにする4つの項目の内、（１）不純物混入が殆どないi層耐圧の温度依存性、（２）i層内混入不純物が耐圧に及ぼす影響、（４）p+ - n - p+構造TEGによるダイオード特性評価の可能性、について知見が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究期間中に明らかにする項目の、（１）不純物混入が殆どないi層耐圧の温度依存性、（２）i層内混入不純物が耐圧に及ぼす影響、については、スナップバック現象の発生メカニズムを明らかにするために、温度制御を切り分けて温度依存性を明確にするとともに、電圧印加時の容量変化を確認するためのTEGを新たに作製し、スナップバック発生時の界面における容量変化を明らかにする。（４）については、本年度i層にn型ドーパントを加えたTEGを作製し、p+ n- p+構造においてもスナップバックが発生することを見出した。次年度は上記の研究によりスナップバック発生メカニズムを明らかにすることを優先し、発生メカニズムのモデルが構築できた段階で（３）（４）によりスナップバックの不純物濃度依存性を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
