在美國加利福尼亞州舊金山舉行的IEEE第64屆國際電子設(shè)備會議（IEDM 2018）（12月1日至5日）上，三菱電機(jī)公司和東京大學(xué)提出了提高SiC功率半導(dǎo)體可靠性的新機(jī)制。

這個新機(jī)制是通過確認(rèn)柵極氧化物和SiC之間的界面下的硫捕獲器件電流路徑中的一些電子傳導(dǎo)，增加閾值電壓而不改變器件的導(dǎo)通電阻而實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)制有望讓電力電子設(shè)備提高對電磁噪聲的耐受（我們已知電磁噪聲會導(dǎo)致系統(tǒng)故障）。

圖1． 柵極氧化物／ SiC界面下硫?qū)ζ骷挠绊憽?/p>

在此項(xiàng)研究中，三菱電機(jī)進(jìn)行了SiC功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和制造，并對硫在電流路徑中捕獲電子進(jìn)行了分析，而東京大學(xué)則進(jìn)行了電子散射的測量。

目前，人們一直認(rèn)為與傳統(tǒng)的氮或磷相比，硫不是在SiC功率半導(dǎo)體器件中為電流傳導(dǎo)提供電子的合適元素。然而，三菱電機(jī)和東京大學(xué)近年來則專注于對不同性質(zhì)硫的研究，認(rèn)為在SiC中的硫固有性質(zhì)使其趨向于捕獲電子。該特性的確認(rèn)是提出該SiC功率半導(dǎo)體器件新機(jī)制的基礎(chǔ)。

圖2：SiC功率半導(dǎo)體器件的電流和電壓之間的關(guān)系。

在該項(xiàng)機(jī)制中，在SiC中適量的硫離子和分布在一定程度上阻擋了界面附近的電子，因此在不影響導(dǎo)通電阻的情況下可以增加閾值電壓。人們目前正積極尋求能夠提供這種電特性的合適原子來實(shí)現(xiàn)抵抗外部電磁噪聲的影響而不易發(fā)生故障的裝置。在這方面，新機(jī)制比傳統(tǒng)機(jī)制更優(yōu)異，并且可以保持低導(dǎo)通電阻。

三菱電機(jī)表示，未來，他們的目標(biāo)是繼續(xù)完善其SiC金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiC MOSFET）的設(shè)計(jì)和規(guī)格，以進(jìn)一步提高SiC功率半導(dǎo)體器件的可靠性。