P型炭化ケイ素(SiC)基板とIGBTデバイス
液相法では成長圧力が高く、温度が比較的低いため、Al は容易に蒸発して失われません。液相法で使用するフラックスにAlを添加すると、キャリア濃度の高いP型炭化ケイ素（SiC）結晶が容易に得られ、SiC業界におけるP型炭化ケイ素基板不足の問題が解決されます。 PAM-XIAMEN は、低抵抗、高ドーピング濃度、高品質などの特性を備えた液相成長 p 型炭化ケイ素基板を供給できます。 p 型基板は、n チャネル IGBT や GTO などのバイポーラ デバイスの準備要件を満たすことができます。具体的な仕様については、次の表を参照してください。
1. P型炭化ケイ素基板仕様
1.1 50.8mm P タイプ 4H/6H SiC ウェーハ
| アイテム | 2インチP型SiC基板 | |||
| グレード | ウルトラプライムグレード | 工業用グレード | テストグレード | |
| 直径 | 50.8±0.38mm | |||
| 厚さ | 350±25um | |||
| ポリタイプ | 4時間または6時間 | |||
| オリエンテーション | 軸外し 2~4° [11-20] 方向 ±0.5° | |||
| プライマリ フラット方向 | {10–10}±5.0° | |||
| 一次平坦長さ | 15.9±1.7mm | |||
| セカンダリ フラット方向 | Si面上：90°CW、一次平面から±5.0° | |||
| 二次平坦長さ | 8.0±1.7mm | |||
| 警視庁* | <0.1cm-2 | |||
| 抵抗率 * | ≦0.1Ω・cm | ≦0.3Ω・cm | ||
| LTV | ≤2.5μm | |||
| TTV | ≦5μm | |||
| 弓 | ≤15μm | |||
| ワープ | ≤25μm | ≤30μm | ||
| 粗さ* | 研磨 | Ra≦1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≦0.5nm | ||
| 高輝度光によるエッジクラック | なし | 1 個許容、≤1mm | ||
| 高輝度光による六角プレート* | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤3% | ||
| 高強度の光によるポリタイプ領域* | なし | 累積面積≤5% | ||
| 視覚的なカーボンインクルージョン | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤3% | ||
| 高強度光によるSi表面の傷 | なし | 8 スクラッチから 1 × ウェーハ直径累積長さまで | ||
| 高輝度光によるエッジチップ | 禁止なし幅と深さ 0.2mm 以上 | 5 個許容、それぞれ ≤1mm | ||
| 高強度の光によるSi面の汚染 | なし | |||
| エッジの除外 | 1ミリメートル | 5ミリメートル | ||
| パッケージ | シングルウェーハボックスまたはマルチウェーハボックス | |||
「*」値は、エッジ除外領域を除くウェーハ表面全体に適用されます。
1.2 100mm P タイプ 4H-SiC ウェーハ
| アイテム | 4インチP型4H-SiC基板 | |||
| グレード | ウルトラプライムグレード | 工業用グレード | テストグレード | |
| 直径 | 99.5～100mm | |||
| 厚さ | 350±25um | |||
| ポリタイプ | 4H | |||
| オリエンテーション | 軸を外して [11] 方向に 2 ～ 4°–20]±0.5° | |||
| プライマリ フラット方向 | {10–10}±5.0° | |||
| 一次平坦長さ | 32.5±2.0mm | |||
| セカンダリ フラット方向 | Si面上：90°CW、一次平面から±5.0° | |||
| 二次平坦長さ | 18.0±2.0mm | |||
| 警視庁* | <0.1cm-2 | |||
| 抵抗率 * | ≦0.1Ω・cm | ≦0.3Ω・cm | ||
| LTV | ≤2.5μm | ≦10μm | ||
| TTV | ≦5μm | ≤15μm | ||
| 弓 | ≤15μm | ≤25μm | ||
| ワープ | ≤30μm | ≤40μm | ||
| 粗さ* | 研磨 | Ra≦1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≦0.5nm | ||
| 高輝度光によるエッジクラック | なし | 累積長さ≤10mm、単一の長さ≤2mm | ||
| 高輝度光による六角プレート* | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤0.1% | ||
| 高強度の光によるポリタイプ領域* | なし | 累積面積≤3% | ||
| 視覚的なカーボンインクルージョン | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤3% | ||
| 高強度光によるSi表面の傷 | なし | 累積≦1×ウェーハ直径 | ||
| 高輝度光によるエッジチップ | 禁止なし幅と深さ 0.2mm 以上 | 5 個許容、それぞれ ≤1mm | ||
| 高強度の光によるSi面の汚染 | なし | |||
| エッジの除外 | 3ミリメートル | 6ミリメートル | ||
| パッケージ | シングルウェーハボックスまたはマルチウェーハボックス | |||
「*」値は、エッジ除外領域を除くウェーハ表面全体に適用されます。
1.3 150mm P型4H-SiC基板
| アイテム | 6インチP型4H-SiC基板 | |||
| グレード | ウルトラプライムグレード | 工業用グレード | テストグレード | |
| 直径 | 145.5～150mm | |||
| 厚さ | 350±25um | |||
| ポリタイプ | 4H | |||
| オリエンテーション | 軸外し 2~4° [11-20] 方向 ±0.5° | |||
| プライマリ フラット方向 | {10-10}±5.0° | |||
| 一次平坦長さ | 47.5±2.0mm | |||
| セカンダリ フラット方向 | Si面上：90°CW、一次平面から±5.0° | |||
| 二次平坦長さ | なし | |||
| 警視庁* | <0.1cm-2 | |||
| 抵抗率 * | ≦0.1Ω・cm | ≦0.3Ω・cm | ||
| LTV | ≤2.5μm | ≦10μm | ||
| TTV | ≦5μm | ≤15μm | ||
| 弓 | ≤15μm | ≤25μm | ||
| ワープ | ≤30μm | ≤40μm | ||
| 粗さ* | 研磨 | Ra≦1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≦0.5nm | ||
| 高輝度光によるエッジクラック | なし | 累積長さ≤10mm、単一の長さ≤2mm | ||
| 高輝度光による六角プレート* | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤0.1% | ||
| 高強度の光によるポリタイプ領域* | なし | 累積面積≤3% | ||
| 視覚的なカーボンインクルージョン | 累積面積≤0.05% | 累積面積≤3% | ||
| 高強度光によるSi表面の傷 | なし | 累積≦1×ウェーハ直径 | ||
| 高輝度光によるエッジチップ | 禁止なし幅と深さ 0.2mm 以上 | 5 個許容、それぞれ ≤1mm | ||
| 高強度の光によるSi面の汚染 | なし | |||
| エッジの除外 | 3ミリメートル | 6ミリメートル | ||
| パッケージ | シングルウェーハボックスまたはマルチウェーハボックス | |||
「*」値は、エッジ除外領域を除くウェーハ表面全体に適用されます。
IGBT (絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ) における P 型炭化ケイ素基板のアプリケーションを簡単に紹介しました。
2. P型SiC基板上のIGBT
IGBT=MOSFET+BJT、オンまたはオフを切り替えないスイッチです。 MOSFET=IGFET (金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、または絶縁ゲート電界効果トランジスタ)。 BJT (バイポーラ接合トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、三極管とも呼ばれます)、バイポーラとは、動作中に伝導プロセスに関与する電子と正孔の両方が存在することを意味します。一般に、伝導に関与する PN 接合が存在します。
簡単な例を示します。上部を見てください。ゲート + エミッタ + N は完全に縦型 MOSFET 構造ですが、P 型半導体が下部に追加されて PNP 型 BJT を形成しています。
通電の原理は 2 つの部分に分かれています。
1）ゲートに電圧を印加し、上部がオンすると、デバイス全体が上から下までNP構造になります。
2）コレクタに電圧がかかるので下半分がオンし、PN接合は正常にオンします。
最後に、電流はコレクタからエミッタに流れます。 PN接合の存在により、電気を伝導する電子と正孔が存在します。
いくつか例を挙げてみましょう。
上記構造に配線を接続するとIGBT単管として使用できます。外観は MSOFET に似ています。結局のところ、スイッチとしても使用されます。
複数の IGBT を組み合わせたり、他のデバイスと組み合わせたりすると、IGBT モジュールとして使用できます。
IGBT は、低い駆動電力と低い飽和電圧など、BJT と MOSFET の利点を組み合わせたものです。
3. SiC IGBTの開発
炭化ケイ素 IGBT の開発の経緯を以下に示します。
1996: 最初の 6H-SiC トレンチ ゲート IGBT
1999: 最初の 4H-SiC トレンチ ゲート pIGBT
2005: 最初の 4H-SiC プレーナゲート nIGBT
2007: JFET 領域に電荷蓄積層を導入
2010: 自立型技術を提案
2012: 最初の 12kV/10A SiC IGBT モジュール
2015: * 15kV/40A IGBT モジュール
* 最初の 7kV/8kW SST
* 最初の 32kV マルクス発電機
* 27kV SiC niGBT
構造的に、IGBT には主に 3 つの開発方向があります。
1) 縦構造: 非透明コレクタ領域 NPT タイプ、バッファ層 PT タイプ、透明コレクタ領域 NPT タイプ、FS 電界遮断タイプ。
２）ゲート構造：プレーナゲート構造、トレンチトレンチ構造。
3) 基板: エピタキシャル成長技術と種類。
N型基板を用いたMOSFETの構造を継承するには、P型炭化珪素基板上にIGBTを成長させる必要がある。 Ｐ型炭化珪素基板とは、一般にＡｌドープ炭化珪素基板を指す。 Al は +3 価で、SiC 内の +4 価数の Si の一部を置き換え、Al と +1 価数のホールを形成します。正孔は P 型半導体です。 Al に加えて、B、Ga、In などの他の 3 価元素も P 型ドーパントとして使用されます。炭化ケイ素に窒素とリンをドーピングすると n 型半導体が形成され、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ベリリウムをドーピングすると p 型半導体が形成されます。アルミニウムをドープした炭化ケイ素は II 型半導体ですが、ホウ素をドープした炭化ケイ素は I 型半導体です。ヘテロ接合のタイプは次のとおりです。 タイプ I ヘテロ接合: 小さな禁制帯が大きな禁制帯に囲まれています。タイプⅠ'ヘテロジャンクション: 2 つの禁制帯が交差します。タイプ II ヘテロ接合: 2 つの禁制帯が交互に配置されています。
詳細については、メールでお問い合わせください。[email protected]そして[email protected].