Сопротивление полевых МОП-транзисторов может быть снижено втрое

Корпорация Mitsubishi Electric и Токийский университет оценили влияние трех механизмов рассеивания электронов, которые определяют сопротивление полевых МОП-транзисторов (SiC MOSFET). Уменьшение рассеивания электронов на зарядах примесей позволит резко снизить сопротивление транзисторов втрое. Ожидается, что открытие позволит добиться существенной экономии электроэнергии в силовых установках.

Анализ выпускаемых устройств показал Mitsubishi Electric, что основное влияние на электронную проводимость ниже границы раздела SiC и оксидного слоя затвора оказывают заряды примесей и колебания кристаллической решетки. Для измерения влияния колебаний решетки на проводимость электронов использовалась технология, предоставленная Токийским университетом. Было установлено, что на проводимость влияют три фактора (рис. 1):

• неровность границы раздела;
• заряды примесей;
• колебания решетки.

Однако степень воздействия каждого из них оставалась невыясненной.

Рис. 1 Факторы, влияющие на сопротивление ниже границы раздела

Для проверки влияния зарядов примесей был изготовлен планарный полевой МОП-транзистор (MOSFET) на основе карбида кремния, в котором электроны движутся в слое толщиной несколько нанометров от границы раздела. В результате Mitsubishi Electric и Токийский университет получили подтверждение того, что влияние неровности границы раздела невелико, а основными факторами являются заряды примесей ниже границы раздела и колебания кристаллической решетки (рис. 2).

Рис. 2 Влияние факторов сопротивления ниже границы раздела

По сравнению с ранее использовавшимся аналогичным транзистором планарного типа  сопротивление было снижено на две трети благодаря предотвращению рассеивания электронов, которые были направлены на удалении от зарядов примесей ниже границы раздела. Полевой МОП-транзистор, который использовался в качестве базового образца для сравнения, имел такую же структуру границы раздела, что и полевой МОП-транзистор на основе карбида кремния, изготовленный корпорацией Mitsubishi Electric.

Корпорация Mitsubishi Electric разработала конструкцию тестового транзистора, изготовила его и провела анализ факторов, влияющих на сопротивление, в то время как Токийский университет отвечал за измерение показателей, влияющих на рассеивание электронов.

Силовые полупроводниковые элементы на основе карбида кремния, используемые Mitsubishi Electric в силовых модулях, обладают более низким сопротивлением, чем обычные кремниевые полупроводники, и для дальнейшего снижения их сопротивления важно правильно понимать характеристики сопротивления ниже границы раздела. Однако до проведенного исследования было трудно измерить факторы сопротивления, определяющие рассеивание электронов, по отдельности.

Результаты исследований были обнародованы на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM2017) в Сан-Франциско. Исследования будут продолжены.