PR

 東芝デバイス&ストレージは、SiCパワーMOSFETが抱える結晶欠陥の問題の解決に向けて、新たなデバイス構造を開発した(ニュースリリース)。同社によると、「当社従来技術で製造したSiCパワーMOSFETと比較すると、信頼性を10倍以上に高められる」という。開発したデバイス構造を採用したSiCパワーMOSFETは、2020年8月下旬に量産を開始する予定である。なお今回の開発成果は、2020年7月上旬にオンラインで開催されたパワー半導体関連の国際会議「PCIM Europe」で発表した。

ショットキー・バリアー・ダイオードを作り込んだSiCパワーMOSFETの素子構造
ショットキー・バリアー・ダイオードを作り込んだSiCパワーMOSFETの素子構造
東芝デバイス&ストレージの資料
[画像のクリックで拡大表示]

 SiCパワーMOSFETを作り込むSiC単基板には、基底面転移という結晶欠陥が存在する。SiCパワーMOSFETを動作させると、ドレイン電極とソース電極の間にあるpn接合ダイオードに電流が流れ、これが原因で結晶欠陥が増大するという問題があった。結晶欠陥が増えると、パワーMOSFETのオン抵抗が高まり、製品不良につながってしまう。そこで今回は、pn接合ダイオードと並列にショットキー・バリアー・ダイオード(SBD)を配置するデバイス構造を考案した。SBDのオン電圧はpn接合ダイオードよりも低い。このためSBDに優先的に電流が流れ、pn接合ダイオードには流れない。このため、結晶欠陥の増大を防止でき、オン抵抗の上昇を防げるわけだ。実際に、ソース電極からドレイン電極に250A/cm2の電流を1000時間流す実験を行った。同社従来のデバイス構造では、1000時間の通電後にオン抵抗が最大で42%上昇してしまった。しかし、新しいデバイス構造ではオン抵抗の上昇を3%に抑えることに成功したという。

 なお、同社によると「SBDを作り込んだSiCパワーMOSFETは、すでに実用化されていたが、オン抵抗が大きくなるという問題がった。そのため、それを許容できる3.3kVなどの高耐圧の製品に適用が限られていた。今回は、MOSFET領域とSBD領域の面積比率を最適化するとこで、従来に比べて低耐圧の製品にも適用することに成功した」という。今回試作したSiCパワーMOSFETは1.2kV耐圧である。