SiC JFETエピウエハ *S

炭化ケイ素 (SiC) や窒化ガリウム (GaN) などのワイドバンドギャップ (WBG) 半導体は、効率、電力密度、高電圧阻止能力の点で優れた性能を発揮します。 WBG 材料を利用するプロセスでは、横型または縦型の接合ゲート電界効果トランジスタ (JFET) やプレーナ型およびトレンチ型金属酸化物電界効果トランジスタなど、電力用途向けにさまざまな SiC ベースのパワー半導体デバイス構造が製造されています。 SiC JFET および MOSFET デバイスは、高いスイッチング速度を備えたユニポーラ デバイスで、主に 0.6 ～ 10kV の範囲に適しています。 PAM-XIAMENはエピタキシャル成長可能SiCウエハJFET の製造では、次のエピ構造を例に挙げます。

1. SiC JFET エピタキシャル構造

2. 私がしていることの JFETと 私TS Wオーキング?

JEFT は、ゲート G とソース S の間に異なる逆電圧を印加することで PN 接合の空乏層の幅を制御し、ドレイン D からソース S への導電チャネルの幅を変化させ、それによって電流 Ids を制御するノーマリーオープン電界効果トランジスタです。

デプレッション型 JFET の場合、チャネル抵抗は平衡状態 (電圧が印加されていない状態) で最小になります。電圧 Vds と Vgs は両方とも、入力信号を増幅するために、ゲートの pn 接合障壁の幅を変化させることができ、それによってチャネルの長さと厚さが変化し (ゲート電圧はチャネル厚に均一な変化を引き起こし、ソース・ドレイン電圧はチャネル厚に不均一な変化を引き起こします)、チャネル抵抗の変化を引き起こし、その結果 Ids が変化します。

Vds が低い場合、JFET のチャネルは抵抗特性を示します。これは、いわゆる抵抗動作領域です。このとき、ドレイン電流は基本的には電圧Vdsの増加に対して直線的に増加しますが、ゲート電圧Vgsの増加に伴いドレイン電流は二乗式に増加します。さらに Vds を上昇させると、まずドレイン端でチャネルがピンチオフされ、ドレイン電流が最大値に達して飽和します (飽和電流はピンチオフされていないチャネルの抵抗によって決まります)。これは JFET の飽和増幅領域であり、定電流源として現れます。

3.S私C JFET対MOSFET

炭化ケイ素 MOS 構造の不完全な特性のため、同じユニポーラ動作を持つ SiC JFET 構造が注目され、最初に製品化されました。 MOS構造のパワーデバイスと比較して、JFET構造のゲートは伝導チャネルを調整するために逆バイアスPN接合を採用しているため、ゲート酸化層の欠陥や低いキャリア移動度によって引き起こされる信頼性の問題によって制限されません。同じユニポーラ動作特性により、良好な高周波動作能力を維持できます。 MOS デバイスがチャネル移動度の問題を完全に解決する前に、炭化ケイ素 JFET デバイスはより好ましい開発傾向を示しているようであり、MOSFET デバイスと比較したその利点が次世代デバイスの申請者にとって重要な注目の的となっています。

図1 SiC MOSFETとSiC JFETのドライバ設定比較

JFET と MOSFET の大きな性能の違いは、ゲート電極の動作原理と構造の違いによって大きく決まります。炭化ケイ素 JFET デバイスには、ゲート酸化層の欠陥の影響を回避することで導電性が大幅に向上することに加えて、次のような追加の特徴的な利点もあります。

1) 温度に対するしきい値電圧の安定性。伝導チャネルを調整するために MOSFET 反転層を使用する場合と比較して、温度による JFET デバイスのゲートしきい値電圧の低下は MOSFET よりも小さくなります。これは、温度によって変化する PN 接合の内蔵電界がピンチオフ電圧よりもはるかに小さいためです。ピンチオフ電圧は、高温環境での安定したスイッチング動作にとって非常に重要であり、高い接合温度で同様の MOSFET デバイスが誤ってトリガされる可能性を低減します。

2) 高温信頼性が良好です。ゲート酸化層の品質によって引き起こされる信頼性の問題がないため、SiC JFET デバイスは明らかに非常に優れた耐久性を備えており、現在では MOSFET よりも高い動作接合温度範囲を備えており、長期の高温動作によって引き起こされる時間依存の絶縁破壊を心配する必要はありません。

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