SiC SBDの高い耐圧特性

シリコンカーバイド (SiC) はシリコン (Si) に比べて、バンドギャップが3.26eV (Siは1.12eV) と高く、ワイドバンドギャップ半導体と言われています。格子定数 (原子間の距離) が小さく、原子間の結合力が大きなことから、下表に示すように、絶縁破壊強度や熱伝導率などが高くなります。

SiとSiCの物性定数の比較

項目 単位 Si 4H-SiC
バンドギャップ eV 1.12 3.26
電子移動度 μe cm2/Vs 1400 1000/1200
正孔移動度 μh 600 120
絶縁破壊電界強度 Ec V/cm 3.0×105 2.8×106
熱伝導度 λ W/cmK 1.5 4.9
飽和速度 Vsat cm/s
 1.0×107 2.2×107
誘電率 ε   11.8 9.7/10.2
Si SBD 耐圧/空乏層イメージ

一般的な構造のSBDに逆バイアスを印可すると、下図のように半導体側に空乏層が伸びます。絶縁破壊電界強度と空乏層幅で囲まれた三角形の面積が耐圧になります。空乏層の幅は不純物濃度に反比例します。不純物濃度を高くすると、Si部分の抵抗値は減少し、順電圧 (VF) は低く改善されますが、耐圧 (面積) は減少します。
SiCの場合、絶縁破壊強度がSiの10倍近くあります。図のように不純物濃度を上げても耐圧 (面積) を上げることが可能となります。
また、高濃度化により空乏層が伸びなくなるので、チップの厚みをSiに比べて薄くできます。半導体 (SiまたはSiC) の厚みは順方向時、直列抵抗と考えることができますので厚みを薄くすることにより順方向電圧を改善できます。

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