Корпорация Mitsubishi Electric и Токийский университет оценили факторы для снижения сопротивления в силовых полупроводниковых элементах на основе карбида кремния в три раза

16.01.2018

Корпорация Mitsubishi Electric и Токийский университет оценили факторы для снижения сопротивления в силовых полупроводниковых элементах на основе карбида кремния в три раза

Москва, 15 января 2018 г.Корпорация Mitsubishi Electric и Токийский университет объявили, что им удалось впервые оценить влияние трех механизмов рассеивания электронов для определения сопротивления силовых полупроводниковых элементов на основе карбида кремния (SiC) в силовых полупроводниковых модулях. Было обнаружено, что подавление рассеивания электронов на зарядах примесей позволяет втрое снизить сопротивление под поверхностью раздела SiC и оксидного слоя затвора. Ожидается, что это открытие позволит сократить потери электроэнергии в силовых установках за счет снижения сопротивления в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния.

Корпорация Mitsubishi Electric продолжит исследования в этой области для повышения характеристик своих полевых МОП-транзисторов (SiC MOSFET) и дальнейшего снижения внутреннего сопротивления силовых полупроводниковых устройств на основе карбида кремния. Об успешных результатах исследования впервые было объявлено 4 декабря на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM2017) в Сан-Франциско (штат Калифорния, США).

Рис. 1 Факторы, влияющие на сопротивление ниже границы раздела


Рис. 1 Факторы, влияющие на сопротивление ниже границы раздела

Рис. 2 Влияние факторов сопротивления ниже границы раздела

В результате анализа производимых устройств специалистами корпорации Mitsubishi Electric было установлено, что основное влияние на электронную проводимость ниже границы раздела SiC и оксидного слоя затвора оказывают заряды примесей и колебания кристаллической решетки. Для измерения влияния колебаний решетки на проводимость электронов использовалась технология, предоставленная Токийским университетом. Хотя было установлено, что на проводимость влияют три фактора, а именно неровность границы раздела, заряды примесей и колебания решетки (рис. 1), степень воздействия каждого из них оставалась невыясненной. Для определения влияния зарядов примесей был изготовлен планарный полевой МОП-транзистор (MOSFET) на основе карбида кремния, в котором электроны движутся в слое толщиной несколько нанометров от границы раздела. В результате Mitsubishi Electric и Токийским университетом было получено беспрецедентное подтверждение того, что влияние неровности границы раздела невелико, а основными факторами являются заряды примесей ниже границы раздела и колебания кристаллической решетки (рис. 2).

По сравнению с ранее использовавшимся аналогичным транзистором сопротивление было снижено втрое благодаря предотвращению рассеивания электронов, которые были направлены на удалении от зарядов примесей ниже границы раздела. Полевой МОП-транзистор, который использовался в качестве базового образца для сравнения, имел такую же структуру границы раздела, что и полевой МОП-транзистор на основе карбида кремния, изготовленный корпорацией Mitsubishi Electric.

Корпорация Mitsubishi Electric разработала конструкцию тестового транзистора, изготовила его и провела анализ факторов, влияющих на сопротивление, в то время как Токийский университет отвечал за измерение показателей, влияющих на рассеивание электронов.

Суть проблемы

Силовое оборудование, которое используется в бытовой электронике, промышленных установках, на транспорте и т. д., должно иметь максимальный КПД при минимальных размерах. Корпорация Mitsubishi Electric расширяет использование силовых полупроводниковых элементов на основе карбида кремния в силовых полупроводниковых модулях, которые являются ключевыми компонентами силового оборудования. Силовые полупроводниковые элементы на основе карбида кремния обладают более низким сопротивлением, чем обычные кремниевые полупроводники, и для дальнейшего снижения их сопротивления важно правильно понимать характеристики сопротивления ниже границы раздела. Однако до проведенного исследования было трудно измерить факторы сопротивления, определяющие рассеивание электронов, по отдельности.


Возврат к списку