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SiCパワーデバイスの開発と最新動向

SiCパワーデバイスの開発と最新動向

~普及に向けたデバイスプロセスと実装技術~
SiCパワーデバイスの開発と最新動向の画像

目次

第1章 SiC パワーデバイス最新技術と今後の展開

  • 1. シリコンパワーデバイスの最新動向
    • 1.1 シリコンMOSFET の最新動向
    • 1.2 シリコンIGBT の最新動向
  • 2. SiC パワーデバイス開発の現状と将来動向
    • 2.1 ワイドバンドギャップ半導体の特徴
    • 2.2 SiC-MOSFET かSiC-IGBT
    • 2.3 SiC-MOSFET デバイス,プロセスの課題
  • 3. SiC パワーデバイスを支える周辺技術

第2章 SiC トランジスタ要素技術と最新動向

第1節 超低損失SiC トレンチMOSFET
  • 1. トレンチエッチングプロセス
  • 2. MOS 界面電気的特性の面方位依存性
  • 3. トレンチ底部電界緩和構造
  • 4. 超低損失化
第2節 ノーマリーオフ型SiC-MOSFET
  • 1. SiC-MOSFET の基本設計
  • 2. ゲート酸化膜特性
    • 2.1 チャネル移動度
    • 2.2 しきい値電圧
    • 2.3 しきい値電圧安定性
    • 2.4 ゲートリーク電流
    • 2.5 信頼性
  • 3. DIMOSFET
  • 4. IEMOSFET
  • 5. IEMOSFET の特性
第3節 電流センス機能搭載SiC-MOSFET
  • 1. 電流センス機能搭載SiC-MOSFET の作製
  • 2. 電流センス機能搭載SiC-MOSFET の電気特性
  • 3. SiC-IPM 技術
第4節 MOS 界面欠陥の低減技術と高品質化
  • 1. POCl3 アニールしたMOS デバイスの作製
  • 2. POCl3 アニールによるMOS 界面特性の改善
  • 3. POCl3 アニールした酸化膜の絶縁破壊特性と信頼性
  • 4. NO アニールとPOCl3 アニールの組み合わせ効果
    • 4.1 NO とPOCl3 アニールの組み合わせ処理をしたMOS デバイスの界面特性
    • 4.2 NO とPOCl3 アニールの組み合わせ処理による酸化膜への電子注入耐性の向上
第5節 SiC パワーデバイスの欠陥解析・観察技術
  • 1. SiC 結晶評価技術
  • 2. 結晶欠損解析技術
    • 2.1 イメージングPL 法及びTEM 観察の組み合わせによる4H-SiC エピタキシャル層の結晶欠陥評価
    • 2.2 イメージングPL 法と放射光X 線トポグラフ法の組み合わせによる4H-SiC エピタキシャル層の欠結晶陥評価
  • 3. SiC パワーデバイスの物性評価技術
    • 3.1 顕微ラマン分光法による4H-SiC MOSFET の応力評価
    • 3.2 カソードルミネッセンス(CL)法による4H-SiC MOSFETのイオン注入誘起欠陥の評価
  • 4. 素子接合界面評価技術
  • 5. 今後の課題・展望
第6節 SiC ゲート絶縁膜の高信頼性化
  • 1. SiC ゲート絶縁膜形成技術とSiC MOS 特性
    • 1.1 熱酸化法と堆積法
    • 1.2 熱酸化法とSiC MOS 界面特性
    • 1.3 SiC ゲート絶縁膜信頼性の形成法依存
      • 1.3.1 高温ドライ酸化により形成されたSiC ゲート絶縁膜信頼性
      • 1.3.2 SiC ゲート絶縁膜形成後の窒化処理及び水素処理の効果
  • 2. SiC ゲート絶縁膜信頼性評価技術
    • 2.1 SiC ゲート絶縁膜信頼性評価に関する問題点
    • 2.2 面積スケーリング則を用いたSiC ゲート絶縁膜信頼性評価
    • 2.3 SiC ゲート絶縁膜の絶縁破壊要因
    • 2.4 発光解析による絶縁破壊箇所の同定
    • 2.5 CMP 研磨によるSiC ウエハ表面平坦化の効果
第7節 SiC-JFET
  • 1. SiC-JFET の特徴
    • 1.1 アドバンテージ及びディスアドバンテージ
    • 1.2 ピンチオフ電圧(VPI)とオン抵抗(RON*A)
    • 1.3 静特性
  • 2. カスコード接続
    • 2.1 カスコード接続の原理
    • 2.2 JFET の直接駆動
    • 2.3 静特性
    • 2.4 動特性
    • 2.5 サマリー
  • 3. パワー密度へのアプローチ
    • 3.1 電流密度とパワー密度
    • 3.2 回路構成
    • 3.3 パワー密度及び効率
  • 4. 今後の課題及び動向
第8節 RESURF 型JFET
  • 1. RESURF 型FET の構造
  • 2. RESURF 型FET の作製プロセス
  • 3. RESURF 型FET の特性
    • 3.1 静特性
    • 3.2 動特性
  • 4. まとめと今後の展開
第9節 SiC-GCT
  • 1. 要素技術
    • 1.1 素子構造
    • 1.2 電界緩和構造
    • 1.3 ライフタイム制御
  • 2. 静特性
    • 2.1 出力特性
    • 2.2 耐電圧特性
  • 3. 動特性
  • 4. 耐量
    • 4.1 可制御オン電流
    • 4.2 サージオン電流
  • 5. SiCGT 信頼性
  • 6. SiCGT の適用装置

第3章 SiC ダイオード要素技術と最新動向

第1節 1200 V,600 V クラスSiC-SBD
  • 1. 素子構造
  • 2. 静特性
  • 3. 動特性
  • 4. インバータ回路としての損失改善効果
  • 5. アバランシェ耐量
  • 6. 長期信頼性
第2節 SiC-PiN ダイオード
  • 1. SiC-PiN ダイオードの要素技術(工程プロセス等)
  • 2. 高耐電圧化技術
  • 3. PiN ダイオードの電気特性評価技術
  • 4. 今後の課題と展望
第3節 SiC ショットキーバリアダイオードの電流-電圧特性
  • 1. SiC ショットキーバリアダイオード(SiC-SBD)
  • 2. SiC-SBD の電流-電圧特性のモデル化と理論式
  • 3. 高温,高電界での電流-電圧特性および直流特性
  • 4. SiC-SBD の高耐圧化,大面積化,課題
  • 5. SiC-SBD の電流電圧特性と応用
第4節 陽極酸化欠陥抑制法によるn型4H-SiCショットキーダイオードの整流特性改善
  • 1. 陽極酸化欠陥抑制法(PDA)の原理
  • 2. PDA による効果
    • 2.1 実験手法
    • 2.2 実験結果

第4章 SiC パワーモジュール要素技術と最新動向

第1節 SiC-PiN ダイオードとSi-IEGT のハイブリッドペアモジュール
  • 1. 構造
  • 2. 電気特性
    • 2.1 静特性
    • 2.2 動特性
    • 2.3 スイッチング損失の低減効果
  • 3. 大電力変換器への適用効果
第2節 200℃動作SiC スイッチングモジュール
  • 1. SiC モジュール構造
    • 1.1 形状検討
    • 1.2 SiC チップ/DBC 回路基板接合材料
    • 1.3 DBC 回路基板/Cu ヒートスプレッダ接合材料
    • 1.4 各部温度検討
  • 2. 実装プロセスフロー
  • 3. 接合評価
  • 4. 高温環境試験
  • 5. まとめ

第5章 実装部材の特性

第1節 SiC パワーモジュール向け耐熱絶縁封止材料
  • 1. SiC パワー半導体を想定した封止材料の開発
  • 2. SiC パワー半導体用封止材「ナノテクレジン BYX-001G」「ナノテクレジン BYX-001」の材料特性
    • 2.1 熱重量減少-示唆熱分析法(TG-DTA)を用いた「BYX-001G」の耐熱評価
      • 2.1.1 不活性ガスフロー下におけるTG-DTA
      • 2.1.2 エアーフロー下におけるTG-DTA
      • 2.1.3 小澤法によるBYX-001G の短熱分解機構に関する考察
    • 2.2 高分解能29Si-NMRを用いた「BYX-001G」の耐熱性評価
    • 2.3 高温保持における「BYX-001G」の熱重量減少,硬さ,外観形状の変化に関する評価
      • 2.3.1 「BYX-001G」の定温保持後の熱重量減少に関する評価
      • 2.3.2 「BYX-001G」の定温保持後の硬さ,外観変化に関する評価
    • 2.4 「BYX-001」の絶縁性に関する評価
  • 3. 「ナノテクレジン BYX-001G」「ナノテクレジン BYX-001」で封止したパワーモジュール実装品の高温耐熱性の評価
    • 3.1 Si-IGBT を用いた6 in 1 箱型モジュールの信頼性試験
第2節 SiC パワーデバイス向け放熱部材
  • 1. パワーモジュールに用いられる放熱部材
    • 1.1 パワーデバイスの構造と放熱部材
    • 1.2 放熱部材の特徴比較
    • 1.3 Tj を決める要因
  • 2. SiC における課題と対応策
    • 2.1 SiC の適正Tj
    • 2.2 放熱部材に要求される耐熱性
    • 2.3 封止樹脂の熱伝導率

第6章 SiC 単結晶成長技術

第1節 SiC 単結晶成長技術の開発動向
  • 1. SiC 単結晶開発の現状
  • 2. SiC 単結晶のデバイスへの応用と結晶欠陥
第2節 SiC 結晶の溶液成長技術
  • 1. 結晶成長方法
    • 1.1 溶液成長の基礎
    • 1.2 TSSG
  • 2. SiC 溶液成長の現状
    • 2.1 高品質化
    • 2.2 高速成長
    • 2.3 多形制御
    • 2.4 大型化に向けた技術(雑晶抑制,成長表面平坦化など)
    • 2.5 その他の試み
第3節 昇華再結晶法による大口径SiC 単結晶ウェハ製造技術
  • 1. 大口径SiC 単結晶成長法としての昇華再結晶法
  • 2. 4H-SiC 単結晶成長の安定化
  • 3. 相転移現象としてのSiC 単結晶成長の理解
  • 4. 大口径SiC 単結晶ウェハの転位欠陥低減化

第7章 SiC 結晶の切断・研磨技術

第1節 SiC 単結晶ウェハのスライシング技術
  • 1. SiC 単結晶のスライシング
    • 1.1 マルチワイヤソーの加工方式比較
    • 1.2 固定砥粒方式による加工の特長
  • 2. SiC 単結晶スライシングの課題
    • 2.1 高精度加工への対応
    • 2.2 高能率加工への対応
    • 2.3 ピースコスト削減への対応
  • 3. 課題に対する対応事例
    • 3.1 高精度加工技術
      • 3.1.1 適正で均一な研削力
      • 3.1.2 ワイヤの高速走行
      • 3.1.3 高い熱剛性
      • 3.1.4 高剛性ゴニオメータの採用
      • 3.1.5 多様な可変制御機能
    • 3.2 高能率加工技術
      • 3.2.1 高速バック& フォース
      • 3.2.2 加工熱への対応
    • 3.3 ピースコスト削減技術
      • 3.3.1 ワイヤの滑り防止
      • 3.3.2 ワイヤのねじれ防止
      • 3.3.3 クーラント供給量,性状の安定化
      • 3.3.4 ワイヤ張力変動の低減
  • 4. 加工事例
第2節 SiC ウェハの研磨技術
  • 1. SiC ウェハ研磨の概要
  • 2. 代表的な加工法と特徴
    • 2.1 ラップ加工
    • 2.2 研削加工
    • 2.3 CMP
  • 3. 加工面の評価
    • 3.1 加工変質層の特徴と評価手法
  • 4. SiC ウェハの研磨技術における今後の課題
第3節 単結晶SiC 基板の紫外光支援加工
  • 1. 光化学の概要と応用
  • 2. 紫外光支援加工における単結晶SiC 基板の加工モデル
  • 3. 紫外光支援加工によるSiC 単結晶の鏡面加工
    • 3.1 実験方法および実験条件
    • 3.2 紫外光照射による効果の検証
    • 3.3 CeO2 粒子を使用したSiC 単結晶の鏡面研磨
第4節 SiC 単結晶の酸化剤援用研磨
  • 1. 酸化還元電位・pH と研磨性能
    • 1.1 研磨試験方法
    • 1.2 研磨試験結果
    • 1.3 考察
  • 2. セリア砥粒による酸化剤援用研磨
    • 2.1 試験方法
      • 2.1.1 研磨試験方法
      • 2.1.2 砥粒の表面分析方法
    • 2.2 試験結果と考察
      • 2.2.1 研磨試験の結果と考察
      • 2.2.2 砥粒の表面分析の結果と考察
  • 3. セリア砥粒による酸化剤援用研磨のメカニズムとまとめ
第5節 SiC 基板表面の原子レベル平坦化技術
  • 1. 触媒表面基準エッチング(CAtalyst-Referred Etching;CARE)法
  • 2. CARE 平坦化加工装置
  • 3. 平坦化加工表面粗さ
    • 3.1 顕微干渉計による評価
    • 3.2 原子間力顕微鏡による評価
    • 3.3 走査トンネル顕微鏡による評価
    • 3.4 電子顕微鏡による評価
  • 4. 平坦化加工速度
    • 4.1 オフ角依存性
    • 4.2 圧力依存性
    • 4.3 回転数依存性
    • 4.4 高加工速度条件における平坦化実験

第8章 SiC のエピタキシャル成長技術

第1節 SiC エピタキシャル成長と巨大ステップバンチングの生成メカニズム
  • 1. SiC エピ成長のための条件
  • 2. 巨大ステップバンチングの生成メカニズム
    • 2.1 4H-SiC におけるGSB の発生条件
    • 2.2 GSB 発生メカニズムの検討
    • 2.3 Schwoebel 効果
    • 2.4 クラスター効果
第2節 厚膜SiC エピタキシャル成長と欠陥制御
  • 1. 高速,厚膜 4H-SiC エピ成長
  • 2. 欠陥評価と低減技術
    • 2.1 点欠陥
    • 2.2 拡張欠陥

第9章 SiC パワーデバイスの応用展開

第1節 太陽光発電システム・パワーコンディショナへの応用展開
  • 1. SiC-MOSFET のスイッチング特性
  • 2. 効率特性
  • 3. 雑音端子電圧特性
  • 4. 放射電界強度特性
  • 5. EMI ノイズ対策例
第2節 次世代高圧電力変換システムの応用展開
  • 1. SiC デバイスの次世代高圧電力変換システムへの適用効果
  • 2. 一次電圧13.8 kV,二次電圧465√3V の単相1 MVA 半導体変圧器
    • 2.1 SiC を用いた10 kV MOSFET およびダイオードの特性
    • 2.2 モジュールの構成
    • 2.3 単相変圧器の試験特性
  • 3. FREEDM システム
  • 4. SiC インバータの長時間運転特性
  • 5. まとめ

執筆者

  • 岩室 憲幸 富士電機(株)((独)産業技術総合研究所 出向)
  • 中野 佑紀 ローム(株)
  • 原田 信介 (独)産業技術総合研究所
  • 古川 彰彦 三菱電機(株)
  • 今泉 昌之 三菱電機(株)
  • 大森 達夫 三菱電機(株)
  • 矢野 裕司 奈良先端科学技術大学院大学
  • 吉川 正信 (株)東レリサーチセンター
  • 先崎 純寿 (独)産業技術総合研究所
  • 二本木 直稔 インフィニオン テクノロジーズ ジャパン(株)
  • 築野 孝 住友電気工業(株)
  • 浅野 勝則 関西電力(株)
  • 辻 崇 富士電機(株)((独)産業技術総合研究所 出向)
  • 中山 浩二 関西電力(株)
  • 匹田 政幸 九州工業大学
  • 渡邉 純二 九州工業大学
  • 加藤 正史 名古屋工業大学
  • 高尾 和人 (株)東芝
  • 徳田 人基 住友電気工業(株)
  • 石川 佳寛 (株)ADEKA
  • 門田 健次 電気化学工業(株)
  • 大谷 昇 関西学院大学
  • 宇治原 徹 名古屋大学
  • 藤本 辰雄 新日本製鐵(株)
  • 高橋 宏和 トーヨーエイテック(株)
  • 岩井 利光 トーヨーエイテック(株)
  • 星山 豊宏 トーヨーエイテック(株)
  • 加藤 智久 (独)産業技術総合研究所
  • 山口 桂司 京都工芸繊維大学
  • 佐藤 誠 (株)ノリタケカンパニーリミテド
  • 佐野 泰久 大阪大学
  • 有馬 健太 大阪大学
  • 山内 和人 大阪大学
  • 石田 夕起 (独)産業技術総合研究所
  • 土田 秀一 (財)電力中央研究所
  • 齋藤 真 芝浦工業大学
  • 伊瀬 敏史 大阪大学

出版社

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お問い合わせ

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体裁・ページ数

B5判 上製本 361ページ

ISBNコード

ISBN978-4-907002-06-0

発行年月

2012年10月

販売元

tech-seminar.jp

価格

60,000円 (税別) / 66,000円 (税込)

割引特典について

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