三菱电机联合东京大学提出提高SiC功率半导体可靠性的新机制

2018-12-06 09:48

在美国加利福尼亚州旧金山举行的IEEE第64届国际电子设备会议（IEDM 2018）（12月1日至5日）上，三菱电机公司和东京大学提出了提高SiC功率半导体可靠性的新机制。

这个新机制是通过确认栅极氧化物和SiC之间的界面下的硫捕获器件电流路径中的一些电子传导，增加阈值电压而不改变器件的导通电阻而实现的。该机制有望让电力电子设备提高对电磁噪声的耐受（我们已知电磁噪声会导致系统故障）。

图1．栅极氧化物／ SiC界面下硫对器件的影响。

在此项研究中，三菱电机进行了SiC功率半导体器件的设计和制造，并对硫在电流路径中捕获电子进行了分析，而东京大学则进行了电子散射的测量。

目前，人们一直认为与传统的氮或磷相比，硫不是在SiC功率半导体器件中为电流传导提供电子的合适元素。然而，三菱电机和东京大学近年来则专注于对不同性质硫的研究，认为在SiC中的硫固有性质使其趋向于捕获电子。该特性的确认是提出该SiC功率半导体器件新机制的基础。

三菱电机联合东京大学提出提高SiC功率半导体可靠性的新机制

图2：SiC功率半导体器件的电流和电压之间的关系。

在该项机制中，在SiC中适量的硫离子和分布在一定程度上阻挡了界面附近的电子，因此在不影响导通电阻的情况下可以增加阈值电压。人们目前正积极寻求能够提供这种电特性的合适原子来实现抵抗外部电磁噪声的影响而不易发生故障的装置。在这方面，新机制比传统机制更优异，并且可以保持低导通电阻。

三菱电机表示，未来，他们的目标是继续完善其SiC金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）的设计和规格，以进一步提高SiC功率半导体器件的可靠性。

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