日本京都大学试制出耐压超过20kV的Si

　　日本京都大学工学研究系电子工学专业教授木本恒畅的研发团队，试制了耐压高达21.7kV的SiC制PIN二极管，并在功率半导体元件国际学会“ISPSD 2012”上发布。试制出耐压超过20kV的半导体元件此为首次。木本介绍说耐压目前为“全球最高”。

　　该二极管的主要用途设想为变电站的电力转换器。比如，日本的电电压为6.6kV，因此电力转换器的功率元件要求耐压达到20kV。现有采用Si的二极管，是采用 ～4个耐压数kV的功率元件来共同确保20kV耐压的。

　　如果使用耐压超过20kV的SiC制PIN二极管，一个即可满足要求。其结果，转换器和冷却器等便可实现小型化，从而有助于削减变电站的面积和建设费用。另外，即使不以串联方式连接功率元件也可，因此可以降低电力损失。

　　京都大学的木本等人曾在2007年试制出了耐压为10kV的SiC制PIN二极管。此次为了将耐压提高至20kV以上，主要做了三项改进。第一是将n型漂移层加厚。10kV产品的n型漂移层厚度为90μm左右，而此次加厚到了约两倍的186μm。漂移层越厚积层所需要的时间越长，所以此次提高了成膜速度。10kV品时以每小时40μm的速度积层，而此次则提高到了80μm。

　　第二是减少了结晶的“点缺陷”。10kV品的点缺陷密度为101 /cm 左右，而此次则减至1011/cm 左右。

　　第三是缓和了端部产生的电场集中现象。采用了名为“空间调制JTE”的构造。一般在“空间电荷密度”急剧变化的部分会产生电场集中现象。研究人员通过向功率元件的表面注入铝离子形成p型层，使空间电荷密度由此处向外侧连续减少。原来一般是通过两次离子注入，形成高浓度和低浓度两个区域。

　　如果增加该区域的数量，则可更为容易地缓和电场集中现象。但是，离子注入的次数会增加。此次对离子注入使用的掩模做了改进，可以通过两次离子注入形成四个区域。所以，木本认为“可用于量产”注1）。（：根津 祯，《日经电子》）

　　注1）此外，与原来的10kV品相比，此次还提高了输出电流。原来在10V电压下输出电流为25A，而此次则提高到了70A左右。导通电阻为44mΩcm2。