Extraction of withstand voltage reduction factor in non-dope layer of diamond power device

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: Watanabe Akihiko 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (80363406)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / パワーデバイス / TEG / スナップバック

Outline of Final Research Achievements

We experimentally verified the causes of the breakdown voltage drop in the breakdown voltage layer of diamond power devices by evaluating them using a uniquely proposed test structure. As a result, we found that snapback(*) occurs, which is thought to be caused by extremely small amounts of impurities that cannot be detected by normal elemental analysis, and clarified that the applied voltage at which it occurs depends not only on the type and concentration of impurities but also on the device temperature.
(*) A phenomenon in which, when the applied voltage is gradually increased, at a certain voltage, the current suddenly begins to flow, and the voltage drops.

Free Research Field

電気電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ダイヤモンドは電気自動車や電力設備、航空宇宙産業に用いられる超高耐圧パワーデバイスを実現する次世代材料として注目されている。本研究では、ダイヤモンド・パワーデバイスの耐圧低下要因を、独自に提案したテスト用構造を用いて抽出することを目的とし研究を行った。通常、耐圧層には不純物を添加しないダイヤモンド層を用いるが、その場合、構造によっては耐圧低下要因となり得るスナップバックが発生することを明らかにし、そメカニズムについて知見を得た。ダイヤモンド・パワーデバイス作製工程でこれまで見逃されていた耐圧低下要因を新たに見出した本研究の成果は、究極の性能を期待されている次世代パワーデバイスの実現に寄与する。