在美國(guó)加利福尼亞州舊金山舉行的IEEE第64屆國(guó)際電子設(shè)備會(huì)議（IEDM2018）（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(gè)新機(jī)制是通過(guò)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(duì)電磁噪聲的耐受（我們已知電磁噪聲會(huì)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(duì)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(cè)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(lái)則專注于對(duì)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(lái)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(lái)，他們的目標(biāo)是繼續(xù)完善其SiC金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）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。
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