Understanding of NBTI phenomenon and its control guidelines for high reliability SiC power devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04574
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Toyama Prefectural University (2021-2022); University of Tsukuba (2020)
• Principal Investigator: Okamoto Dai 富山県立大学, 工学部, 准教授 (50612181)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: シリコンカーバイド / MOSFET / しきい値電圧変動 / NBTI / チャージポンピング / MOS界面 / 信頼性

Outline of Final Research Achievements

This study identifies the causes of threshold voltage instability (NBTI) in SiC MOSFETs under negative gate bias stress, and provides guidelines for solving the problem. In order to accurately measure the threshold voltage shift, the improved fast on-the-fly method and the on-the-fly charge pumping method were used to analyze the threshold voltage shift and its mechanism.

Free Research Field

電気電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代パワー半導体であるSiC MOSFETは市販が開始されているが、しきい値変動などの問題が残されており、そのメカニズムの学術的な議論は重要である。本研究では、２つの手法を新しく用いて、SiC MOSFETのしきい値変動メカニズムの解析を行った。まず、改良高速On-the-fly法を提案し、より正確にしきい値電圧変動を行うことが可能となった。また、SiCに対しては試みられていなかったOn-the-flyチャージポンピング法という手法を用いて、界面準位が生成される様子を解析した。これらにより、しきい値電圧の変動メカニズムを明らかにすることができた。