| 研究課題/領域番号 |
16H04326
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
矢野 裕司 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40335485)
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| 研究分担者 |
岩室 憲幸 筑波大学, 数理物質系, 教授 (50581203)
岡本 大 筑波大学, 数理物質系, 助教 (50612181)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | パワーデバイス / 炭化ケイ素 / 超接合 / ｐ型ＭＯＳ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高効率で大容量かつ使いやすい相補型電力変換器の実現に必要となる高耐圧・低損失p型SiC超接合(SJ)MOSFETの基盤技術開発を目的としている。特に、pMOS構造の特性向上とSJ構造導入によるドリフト層の低抵抗化を対象としている。平成30年度は以下の研究に取り組んだ
１．異なるPOA条件により作製したpチャネルSiC MOSFETの特性を評価したところ、NO窒化時間が長くなるとチャネル移動度が劣化し、しきい値電圧の絶対値は上昇することが分かった。これらの現象は、NO窒化により窒素原子が界面チャネル領域または界面付近の酸化膜に取り込まれ、イオン化した窒素ドナーまたは酸化膜中の正電荷として働き、クーロン散乱源になるためと考えられる。
２．pチャネルSiC MOSFETのゲート電極に負バイアスを印加した際の酸化膜リーク電流を、電子電流と正孔電流の成分に分離して評価した。酸化膜リーク電流は電子電流が支配的であり、温度依存性の解析をすることでFN電流とPF電流の二つの伝導機構から構成されることが分かった。また、ストレス印加後のC-Vシフトから、実効固定電荷の符号や生成量はPOA条件により大きく異なることが分かった。
３．pチャネルSiCパワーMOSFETのUIS耐量を調査し、nチャネル素子と比較した。抵抗の高いpチャネル素子に対し、適切なUIS耐量を測定する回路を考案した。実験とデバイスシミュレーションによる解析より、nチャネル素子ではアバランシェ時に温度が上昇して素子表面で金属の融点を超えるのに対し、pチャネル素子ではそのような温度上昇はなく、両者のUISによる破壊メカニズムは異なることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
p型SiC MOS界面および酸化膜特性の評価はかなり進み、またｐチャネルSiCパワーMOSFETの耐量評価を行うことで新たな知見が得られたことは大きな成果であり順調に進捗していると考えているが、ｐ型SJ構造の作製ができておらず、やや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続きp型SiC MOS構造の評価・解析を進めるとともに、pチャネルSiCパワーMOSFETの破壊メカニズムの解析を行う。さらに、SJ構造の設計およびその実現可能性を検討し、課題を明確にする。縦型パワーMOSFETでは、ｐ型ドリフト層にSJ構造を導入したとしてもp型基板の抵抗が全体の抵抗の大部分を占めることが明らかとなったので、基板抵抗に影響されず、相補型インバータの構成に有利な新規デバイス構造を検討する。
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