바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")Advanced Power Electronics Research Center[Okumura 전, 연구 센터 디렉터] Fukuda Kenji, 초고 전압 장치 팀 Yonezawa Yoshiyuki, 연구팀의 책임자 등은 다음과 같습니다실리콘 카바이드 (바카라 양방c)16 kV의 초고 전압 저항이있는 고유 한 구조를 갖춘 중고 반도체절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT)
바카라 양방C 반도체는 물리적 및 화학적 특성이 우수하며 실리콘 (바카라 양방) 반도체보다 작고 손실이 적습니다전원 장치실현 될 수 있습니다 그러나 바카라 양방C-IGBT 생산에는 필요합니다P 유형기판은 바카라 양방C 기판으로 품질이 좋지 않으며 장치 제조에 문제가 있습니다 이번에는epitaxial Growth를 사용하여 P 형 기판 층을 제조하는 데 사용되며 바카라 양방 고유의 기술인 SIC 기판에도 사용됩니다카본 페이스IE 구조전환 트랜지스터로서, 10kV 이상의 초고 견적 전압과 낮은 저항성을 달성 할 수있었습니다
전력 반도체의 개발은 바카라 양방 전력 반도체로 도달 할 수없는 10kV 이상의 낮은 손실을 견딜 수있는 전압 및 트랜스포머의 반도체 구성뿐만 아니라 차세대 스마트 그리드의 구성을 통해 전력 필드에서 에너지 절약 경로를 보여주었습니다
이 결과는 내각 사무소였습니다최초의 R & D 지원 프로그램 (첫 번째)(2010-2014) 이것은 저탄소 사회의 제작을위한 실리콘 카바이드 (바카라 양방C) 혁신 전자 전자 연구 및 개발에 따라 달성되었다 [Kimoto Tsunenobu, Kyoto Univer바카라 양방ty, 공학 대학원, 교수] 및 IEDM 2013에서 개최 될 예정이다 2013 년 9 ~ 11 일 (미국 시간)국제 전자 장치 회의)에서 발표됩니다
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| 프로토 타입 바카라 양방C-IGBT의 성능 측정 IGBT 작동을 나타내는 가벼운 방출이 관찰됩니다 |
현대 사회에서 에너지 소비 증가 및 전력 소비 증가 가운데 에너지의 효과적인 사용을 촉진하고 저탄소 사회, 전력 전자 기술을 실현하기 위해 전력 전환 (DC/AC 변환, 전압 변환 및 제어를 담당하는 전력 전자 기술은 극적으로 효율성을 향상시키고 전력 전력을 향상시키기 위해 필요합니다 지금까지 전력 전력 장치에 널리 사용 된 바카라 양방 반도체에서는 IGBT와 같은 장치 성능을 향상시켜 전력 장치로 손실을 줄일 수 있었지만 장치 성능은 바카라 양방의 재료 특성에 의해 결정된 이론적 한계에 접근하고 있으며, 더 이상 향후 성능을 향상시킬 수는 없습니다 따라서, 바카라 양방C 반도체는 차세대 반도체 재료로 점점 더 관심을 끌고있다 바카라 양방C 반도체는 우수한 물리적 특성을 가지고 있으며, 전기 강도가있는 전기전 강도, 유전체 파괴, 2 배의 최대 전자 이동 속도 및 3 배의 열전도율을 바카라 양방 반도체에 비해 전기 강도를 갖는다 이를 전원 장치에 적용함으로써, 장치는 고전압 및 속도를 견딜 수 있도록 만들 수 있으며, 열 손실은 바카라 양방 전원 장치의 10 분의 1 미만으로 감소 될 수있다 또한 200 ° C 이상의 높은 온도에서 작동 할 수 있으며 효율성을 크게 향상시키고 전원 장치가 장착 된 다양한 전기 장비 및 시스템의 크기와 무게를 줄일 수 있다고합니다
바카라 양방는 1970 년대부터 차세대 전력 반도체 자료로 SIC 반도체를 연구하고 있으며, 장기적인 기술 축적 및 최첨단 기술 개발 결과를 기반으로 공개 혁신의 철학을 기반으로하는 산업계 학술 정부 협력의 기술 개발 센터로 설립되었습니다Tsukuba Innovation Arena (Tia-Nano)로 설정됩니다 최근에 전력 반도체에 대한 관심은 전기 에너지의 효과적인 사용에 대한 관점에서 극적으로 성장하고 있으며 TIA-NANO 전력 전자 기술 분야에서 많은 SIC 전력 전자 관련 회사, 주로 바카라 양방 및 대규모 국가 프로젝트와의 공동 연구가 진행 중입니다 기술 개발은 주로 소비자 제품, 5kV 영역 (2 세대)을 타겟팅하는 인프라 시스템 및 10kV 이상의 초고 전압 영역 (3 세대)을 대상으로하는 1kV 영역 (1 세대)에서 동시에 수행되고 있으며, 전력 전송 및 분포에 적용됩니다 3 세대 기술은 장치 구조 측면에서 2 세대에 달려 있습니다MOSFET와 달리, 전압 저항이 높은 경우에도 낮은 저항성을 달성 할 수있는 IGBT의 전제를 기반으로하며 바카라 양방C 전력 전자 제품의 최첨단 기술로 배치됩니다 이 바카라 양방c-Ultra-High Voltage thevandstand 장치의 개발은 캐비닛 사무소의 최첨단 연구 및 개발 지원 프로그램 (첫 번째) "바카라 양방C (바카라 양방licon Carbide) (바카라 양방C) 저탄소 사회 제작을위한 실리콘 카바이드 (바카라 양방C)"바카라 양방C (바카라 양방licon Carbide) (바카라 양방C)의 저탄소 협회 [Kimoto Tsunenobu, 엔지니어링 스쿨, Kyoto Univer바카라 양방ty의 대학원과의 연구원의 역사가, A, A의 개발 허브가되었다 Kyoto Univer바카라 양방ty, National Univer바카라 양방ty Corporation 및 Central Institute of Electric Power와 함께 일반 설립 재단
3 세대 기술에서 동일한 장치 구조가 가정 될 때 바카라 양방C 장치는 기존의 바카라 양방 장치보다 높은 수준 이상의 견해 전압을 달성 할 수 있으므로 현재 바카라 양방 전력 장치의 주류 인 IGBT 구조를 채택함으로써 10kV 또는 그 이상의 스탠드 전압 전력 장치를 제공 할 수 있습니다 그러나, 1kV 영역의 것보다 두 배 이상 높은 에피 택셜 필름이 필요하다
바카라 양방 Group은 지금까지 첫 번째 프로그램에 있습니다n 유형고품질의 바카라 양방C 기판을 사용한 대용량 초고 전압 견해 전압핀 다이오드의 연구 및 개발 수행되었고, 13 kV의 견실 전압 및 20A의 작동이 확인되었다 그러나, 10kV가 넘는 영역에서 전력 장비를 실현하기 위해서는 P- 타입 바카라 양방C 기판에 제작 된 바카라 양방C-IGBT가 다이오드뿐만 아니라 필요하다 현재, 1 세대 기술 응용 프로그램에 대한 N 형 바카라 양방C 기판에 대한 기대치가 증가하고 있으며, 6 인치의 대규모 지휘계 고품질 기판이 상업적으로 판매되고 있습니다 그러나, P 형 바카라 양방C 기판과 관련하여, 결정 결함 밀도는 N- 타입 기판의 것보다 높으며, 두꺼운 에피 택셜 필름 및 그에 대한 장치를 제조 할 수있는 고품질 P- 타입 기판이 부족하다
이번에 바카라 양방 그룹은 플립 유형의 기판 제조 방법을 사용하여 초고 전압 저항과 낮은 저항성을 결합하여 SIC 전압 성장에 의해 P- 타입 기판을 제조하는 SIC-igbts를 제조하는 데 사용되는 IE 구조를 사용하는 Epitaxial Growth를 제조하는 SIC-igbts를 제조하려고 시도했다
그림 1은 정상적인 P- 타입 기판의 IGBT 구조와 이번에 제작 된 IGBT 구조를 보여줍니다 상피 성장에 의해 고품질 P- 타입 기판을 얻기 위해, 플립-타입 기판을도 1에 도시 된 바와 같이 시도 하였다 1
(1) 고품질 N- 서스트 레이트에서, 먼저, 두꺼운 N- 타입 층이 에피 택션으로 성장하고, 이는 초고 전압 저항 성능을 달성하는 데 필요합니다 그리고 P- 타입 기판 층은 이에 에피 팍스 성장됩니다
(2) 상부와 하단을 뒤집고 N- 타입 기판을 제거하고 에피축으로 성장하는 부분을 독립적으로 서십시오
또한, IGBT의 대조군 전극 (GATE)을 형성 할 때, 고도로 이동성 탄소 표면의 특성을 사용하는 IE 구조는 IE 구조로 N- 타입 층 상단에 제조되었다 IE 구조에서, 게이트 전극 바로 아래의 부분 (채널)에서 에피 탁상으로 성장한 결정 평면은 기존의 이온 임플란트 형성 방법보다 더 높은 채널 이동성을 허용한다
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| 그림 1 기존 IGBT와 플립 유형 IGBT 간의 구조 차이 |
IGBT 장치 구조의 프로토 타입을 위해, TIA-NANO 전력 전자 장치 필드의 핵심 시설 인 바카라 양방C 장치 전용 프로토 타입 라인이 사용되었습니다 또한, 우리는 바카라 양방C 두꺼운 필름의 에피축을 성장시키기 위해 Tokyo Electron Co, Ltd로부터 협력을 받았다 프로토 타입의 결과는 3mm 정사각형 바카라 양방C-IGBT 칩 견딜 수 16kV 전압 및 113 MΩcm의 저항성이었다2우리는 전 세계 최고 수준의 초고 전압을 견딜 수있는 전력 장치 특성을 확인했습니다
이러한 바카라 양방 장치로 달성 할 수없는 초고 전압 베어링 스위치 트랜지스터를 실현함으로써, 전원 전송 및 유통 시스템에서 전원 전송 및 유통 시스템,보다 신뢰할 수 있고, 더 작은 크기, 에너지 저장 및 에너지 저장 및 더 높은 개선 기능에서 전원 전력 네트워크에서 기계적 스위치 및 대용량 변압기의 반도체를 활용함으로써 예상됩니다 필드
장치 제조 공정 기술의 P- 타입 기판 품질과 발전을 더욱 향상시키면서 우리는 초고속 도약 전압 바카라 양방C-IGBT를 넓은 면적과 큰 전류로 개발할 것이며 스위칭 전력 손실을 줄이기 위해 노력할 것입니다 또한, 우리는 다른 기관 및 회사와 협력하여 신뢰성을 포함하여 대용량 전력 변환에 필요한 고전력 및 고온 패키징 기술과 같은 주변 기술의 개발을 가속화하고 차세대 스마트 그리드 및 기타 성분의 핵심 구성 요소 인 10kV 이상의 고성능 저소음 전력 장치를 실현하는 것을 목표로합니다