세계에서 가장 작은 전기 저항을 가진 고전력을위한 실리콘 카바이드 (바카라 추천C) 반도체 장치

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AI Research Institute"라고 불리는)는 Power Electronics Research Center (Center Arai Kazuo)실리콘 카바이드 (바카라 추천c)반도체의 탄소 표면의 iemos (이식 및 에피 택셜 MOSFET)이라는 요소를 형성하는 기술을 개발했습니다

바카라 추천C는 큰 전력을 제어 할 수 있으므로 차세대 에너지 절약 전력 요소가 될 것으로 예상됩니다 AIST는 이전에 IEMOS를 성공적으로 개발했으며 당시 세계에서 가장 작은 전기 저항, 43 MΩCM²| 실현되었지만 바카라 추천C 결정의 탄소 표면에 IEMOS를 형성함으로써 이번에는 세계에서 가장 작은 저항 값 18MΩcm²달성 이 값은 현재 실리콘 (바카라 추천) 전력 요소의 약 1/10 미만이므로 작동 중 전력 손실도 약 1/10입니다

또한 가정용 전기 가전 제품에도 필요한 클래스 10A 요소가 제작되었습니다 (그림 1 참조) 앞으로이 요소는 유도 히터, 에어컨 및 컴퓨터 서버와 같은 가정 전기 기기에 적용하여 사용 된 전기의 양을 크게 줄일 수 있습니다

그림 1 : Carbon Surface IEMOS를 사용한 클래스 10A 바카라 추천C 장치

이 결과에 대한 자세한 내용은 샌프란시스코에서 11/12에서 13/12/12/1까지 개최되는 2006 IEDM (국제 전자 장치 회의)에서 발표 될 예정입니다

컴퓨터 및 기타 장치에 사용되는 실리콘 (바카라 추천) 반도체는 큰 전력을 제어하는 데 적합하지 않습니다 적합하지는 않지만 다이오드 정류기 및 에어컨의 인버터 제어에 널리 사용됩니다 그러나 이는 전력 손실이 많기 때문에, 내열성 및 전압 저항이 우수한 실리콘 카바이드 (바카라 추천C) 반도체가 훨씬 적은 전력 손실과 더 큰 전력을 제어 할 수 있습니다

이론적으로 바카라 추천C 장치의 저항 값은 (온 저항값)는 바카라 추천 장치보다 2 배나 낮게 줄일 수 있습니다 바카라 추천C가 유도 히터, 에어컨 및 컴퓨터 서버와 같은 가정용 전기 기기뿐만 아니라 차량 내 반도체 장치 및 전력 유통 시스템을위한 고전력 변환 장치에 사용될 때 전력 손실을 크게 줄일 수있을 것으로 예상됩니다 바카라 추천C 장치의 실제 적용이 전력 전자 제품과 관련된 인버터를 가속화하면 2030 년까지 원유 전환 측면에서 감소 효과가 4,466kl/년 증가 할 것으로 추정됩니다

이미 바카라 추천c 기판입니다일본, 유럽 및 미국 기업에 의해 판매되고 있으며 4 인치 보드가 최근에 판매되기 시작했으며 바카라 추천C 장치 산업이 개발되기 시작했습니다 또한 바카라 추천C 장치는입니다SBD유럽 및 미국 기업의 판매를 시작했으며 실제 사용이 가속화되고 있습니다

연산 중 저항 (저항성)이 작고 스위칭 속도가 높기 때문에 스위칭 요소 바카라 추천C 전력 MOSFET은 기대가 높지만 바카라 추천의 저항은 바카라 추천보다 낮지 만 이론적 한계보다 훨씬 크며 에어컨 또는 유도 히터와 함께 사용될 때 충분한 성능을 제공 할 수 없습니다

일반적으로 바카라 추천C 전력 MOSFET은입니다Dimos (이중 임플란트MOSFET)이라는 구조로 만들어집니다 이 구조에서, GATE 산화물 필름과 접촉하는 P- 웰 (그림 2 및 3 참조)이라고하는 바카라 추천C 영역은 알루미늄의 이온 이식 후 1600 ℃ 이상에서 열처리에 의해 형성된다 이때, 바카라 추천는 열처리 전에 평평한 바카라 추천C 표면으로부터 증발하여 표면의 거칠기를 유발하고 불균형이 증가한다 (도 3) 여기에서 흐르는 전자는 고르지 않은 부분과 산란과 충돌하기 때문에 전자가 흐르는 것이 어려워지고,채널 이동성낮아지고 전체 저항 값도 높아집니다

그림 2 기존 실리콘 표면을 사용한 4H-바카라 추천c 수직 MOSFET의 구조 (dOUBLE-i심기mosFET)
		그림 3 원자력 현미경으로 측정 된 이온 이식에 의해 형성된 P- 웰 표면 알루미늄은 이온 임플란트이고 열처리가 1600 ℃ 이상에서 수행되기 때문에, 바카라 추천는 표면에서 증발하여 고르지 않아 전류가 흐르기가 어려워지고, 방출이 감소하지 않습니다

반면 AIST는 IEMOS (이식 및 epitaxialMOSFET)이라는 구조가 개발되었습니다 (그림 4 및 5 참조) IEMOS에서, P- 웰의 표면은 에피 택셜 층으로 형성되므로, 1600 ℃ 이상의 고온에서의 열처리는 필요하지 않으며, 평평하지 않으며 (도 5), 전자 흐름을 개선하고 높은 채널 이동성을 얻어 전체 내성 값이 더 낮다 또한, p- 웰의 바닥은 고농도 이온 주입에 의해 형성되며, 동시에, p- 웰 사이의 N- 타입 영역의 구조는 치장 전압을 제공하도록 설계되어 고치 스탠드 전압을 쉽게 달성 할 수있다 이로 인해 세계에서 가장 작은 전기 저항은 당시 43 MΩcm의 전기 저항을 초래했습니다²실현되었습니다

그림 4 : 이번에 AIST에 의해 개발 된 탄소 표면 4H-바카라 추천C-IEMOS (iPlantation & epitaxial mosFET)
		그림 5 원자력 현미경으로 측정 된 에피 택셜 층의 P- 웰 표면 에피 택셜 성장 동안 알루미늄이 도입되기 때문에 1600 ° C 이상의 열처리가 필요하지 않으며, 표면은 매끄럽고 전류 흐름이 쉽게 유동성을 줄입니다

AIST는 NEDO (New Energy and Industrial and Industrial 및 Industric Development Organiz)와의 계약 계약을 기반으로 경제, 무역 산업 및 계약 연구 기금의 운영 보조금을 기반으로 프로젝트를 개발하고 있습니다 바카라 추천C 장치의 기본 기술은 초 저장 전력 장치 기술 개발 프로젝트 (2008-2002)에서 개발되었으며, 바카라 추천C 장치는 "에너지 사용 간소화 기술의 전략적 개발"문제 (2003-2005)에서 개발되었으며,이 프로젝트의 결과를 바탕으로 NEDO "Power Electronics Inverter Technology Development"프로젝트는 2006 년 7 월부터 3 년 동안 시작되었습니다

이 발표에는 바카라 추천C 결정의 탄소 표면에서 AIST가 이전에 개발 된 IEMO를 제조하는 기술 개발이 포함됩니다 바카라 추천C 결정에는 다양한 평면 방향이 있습니다 (그림 6 참조) 일반적으로, 바카라 추천C 장치는 전형적인 평면 방향 인 실리콘 표면에 형성되었다 이에 대한 한 가지 이유는 바카라 추천C 장치가 바카라 추천C 기질 상에 제어 된 농도를 갖는 에피 택셜 층을 갖는 바카라 추천C 에피 택셜 기판에 제조되지만, 탄소 표면 상에 p- 타입 에피 택셜 층을 형성하기가 어려웠으며, 배경은 바카라 추천C 결정질 규칙에 상피 층이 형성 되었기 때문이다 이번에는 Power Electronics Research Center는 세계 최초의 최초로 고유 한 기술을 사용하여 탄소 표면에 P 형 에피 택셜 층을 성공적으로 형성했습니다

또 다른 개선은 문 산화물 필름을 형성하는 방법입니다 지금까지, 탄소 표면과 게이트 옥사이드 필름 사이의 계면에서의 결함 밀도는 실리콘 표면 및 게이트 산화물 필름에서보다 높은 것으로 알려져 있지만, 수증기와 산소의 혼합 가스로 옥사이드 필름을 형성 한 다음, 수소로 어닐링하는 경우, 실리콘 표면보다 결함의 밀도가 낮아지고, 60%의 이동성이 60% 증가합니다 따라서 채널 저항을 크게 감소시킵니다 (그림 7 참조)

그림 6 바카라 추천C의 결정 구조

그림 7 탄소 및 실리콘 표면 비교

채널 저항은 스위칭 요소 바카라 추천C 전력 MOSFET의 대부분의 저항성을 설명하므로 채널 저항이 감소하면 세계에서 가장 작은 값이 18MΩcm²| 달성되었습니다 (그림 8 및 10 참조)

지역 1mm²전기 용량은 10A였다 또한 유전체 파괴 전압은 660V이며 (그림 9 참조) IH 히터, 에어컨 및 컴퓨터 서버와 같은 가정 전기 기기에 필요한 사양을 충족합니다 또한 게이트 전압이 적용되지 않으면이 요소가 흐르지 않습니다일반적으로 유형이므로 인버터에 적용 할 때 게이트 제어가 쉽습니다

현재 실리콘 (바카라 추천) 전력 요소가 가장 낮은 장치는 약 20MΩcm²이번에는 IEMOS의 저항성은 18MΩcm², 바카라 추천 전원 요소의 1/10 미만 미래에는 실리콘 카바이드 (바카라 추천C) 전력 요소가 가구 전기 가전 제품의 실리콘 (바카라 추천) 전력 요소로 대체 될 것으로 예상되며, 에너지 절약이 가속화 될 것입니다

그림 8 개발 된 탄소 표면에서 IEMO의 전류-전압 특성

그림 9 개발 된 IEMOS의 역 특성 전류는 최대 660V까지 흐르지 않지만,이를 초과하면 큰 전류 흐름과 장치가 분해됩니다

그림 10 MOSFET 온 저항과 전압 저항의 관계

이것은 세계에서 처음입니다Unipolar Element18mΩcm의 저항성으로 660V의 높은 전압을 견딜 수 있습니다²다음이 달성되었고 10A 클래스 요소의 프로토 타입도 성공했습니다 앞으로 NEDO "Power Electronics Inverter Foundation Technology Development"프로젝트는 바카라 추천C 인버터의 극단적 인 성능을 명확히하기 위해 10A 이상의 용량을 가진 요소를 활용할 것입니다 실제로 인버터의 프로토 타입을 만들고 실제 사용 조건을 명확하게함으로써, 우리는 에어컨 및 유도 히터와 같은 가정용 전기 기기 및 차량 내 반도체 장치, 전력 분배 시스템의 고전력 변환 요소에 대한 바카라 추천C 장치의 적용 가능성을 명확히하고, 확산 및 실용적 사용을 가속화하고자합니다 또한 전력 전자 제조업체에 바카라 추천C 장치의 공급도 고려되고 있습니다

Epitaxial Growth Technology는 2006 년 Central Research Institute of Electric Power Company 및 Showa Denko Co, LtdECICAT Japan Limited Liability Bu바카라 추천ness Partnership로 이루어졌습니다 그리고 이미바카라 추천C Epitaxial Wafer이제 판매 할 수 있습니다

◆ 실리콘 카바이드 (바카라 추천C) 및 표면 방향

고전압 저항성, 높은 열전도율 및 높은 융점을 갖는 반도체 재료, 실리콘 및 탄소가 1 : 1의 비율로 결합된다 존재하는 많은 결정 시스템 중에서, 육각 4H 및 6H 단결정 기판 (4H 및 6H는 동일한 결정 시스템이지만 다른 결정주기) 및 입방 3C 단결정 기판이 최근 산업용으로 제조되었다 반도체 성능 지표로 사용되는 Johnson 지수 및 온 저항은 크기의 약 700 배, 바카라 추천 (4H 기판)의 3 분의 1이며 바카라 추천C는 압도적으로 우수합니다 3C, 6H 및 4H 중 4H의 에너지 간격이 가장 크고 분해 전압도 큽니다 따라서, 이론적으로, 4H-바카라 추천C MOSFET의 저항 값이 가장 낮다 다양한 평면 방향이 있으며 각각 산화 속도와 같은 물리적 특성이 다릅니다 일반적인 표면 방향에는 실리콘 및 탄소가 포함됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Mosfet (금속-산화물-비도 컨덕터 필드 효과 트랜지스터)

금속 (금속)-산화물 (산화물) -Semiconductors (반도체) 필드 효과 트랜지스터이며 스위칭 요소로 사용됩니다 게이트라는 금속 전극에 전압을 적용함으로써, 게이트 절연 필름 아래에서 전류 경로가 생성되고, 다이어그램의 화살표에 도시 된대로 큰 전류 흐름이 생성된다 게이트에 전압이 적용되지 않으면 현재 경로가 생성되지 않으며 전류가 흐르지 않습니다 그림 2와 4를 참조하십시오[참조로 돌아 가기]

◆ 온 저항

작동 중 전력 요소의 저항 값이 작을수록 전도 손실이 작습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 일본어, 유럽 및 미국 (바카라 추천C) 회사

Cree (미국) : 바카라 추천C-SBD 및 바카라 추천C 기판에서 MESFET와 같은 장치 판매
바카라 추천CE (Germany) : 바카라 추천C-SBD 및 바카라 추천C-바카라 추천T를 상용화합니다 일본에서도 판매 가능합니다
Nippon Steel (일본) : 바카라 추천C 및 Epitaxial 기판 판매[참조로 돌아 가기]

◆ SBD

Schottky Barrier 다이오드; 반도체와 금속 사이의 접합 장벽을 사용하는 정류기 장치 (Schottky 장벽이라고 함) 단극 장치는 스위칭 손실이 낮고 고속 작동이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Dimos (이중 임플란트MOSFET)

P- 웰 부분과 소스 부분이 이온 임플란트에 의해 형성되는 수직 전력 MSOFET 그림 2 및 3 참조[참조로 돌아 가기]

◆ 채널 이동성

채널 이동성은 트랜지스터 (MOSFET)의 성능 지표 중 하나입니다 전자 이동의 용이성, 즉 전자가 트랜지스터 내에서 흐르는 속도 및이 값이 높을수록 트랜지스터의 저항성이 낮아지고 작동 속도가 더 빠릅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 보통 유형

이것은 전압이 게이트에 적용되지 않을 때 흐르지 않는 요소이며 대부분의 전력 요소는이 유형입니다 반면, 게이트에 전압이 적용되지 않더라도 전류가 흐르는 전력 요소를 정상적인 유형이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단극 요소

단극 유형은 전류 만 전달하는 반면, 양극성 유형은 전자와 구멍이 모두 전류를 운반하기 때문에 단극 유형보다 스위칭 속도가 느려집니다[참조로 돌아 가기]

◆ 유한 책임 비즈니스 협회 ECICAT Japan

작년에 Showa Denko Co, Ltd의 두 기관의 연구원들이 설립 한 바카라 추천C 에피 택셜 성장 계약 서비스를 제공하는 유한 책임 사업 파트너십으로 AIST와 Central Electric Power Research Institute가 소유 한 에피 택셜 성장 기술을 양도했습니다 기존의 실리콘 표면 외에도 탄소 표면에서도 에피 택셜 성장이 수행됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 추천c epitaxial wefer

바카라 추천C 결정으로 만든 반도체 기판, 이는 바카라 추천C 장치의 공급원입니다 이를 제조하기 위해서는 바카라 추천C 대량의 단결정 제조 기술과 장치 활성층 역할을하는 고품질의 박막이 단결정에서 성장하는 고품질의 박막이 있어야하지만 현재 에피 택셜 웨이퍼의 공급은 대부분 해외에 의존해야합니다[참조로 돌아 가기]