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京大など、太陽光発電や電気自動車のエネルギー効率を高めるトランジスタを開発

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京大など、太陽光発電や電気自動車のエネルギー効率を高めるトランジスタを開発

京都大学、大阪大学、ローム、東京エレクトロンは共同で、高誘電率ゲート絶縁膜(アルミニウム酸窒化物:AlON)を採用したシリコンカーバイド(SiC)パワーMOSFETを開発し、電流駆動力と長期信頼性の向上を達成した。

同成果は、省エネルギーの切り札であるSiCパワーデバイスの普及を加速し、太陽光発電システムや電気自動車などのエネルギー利用効率を飛躍的に高め、省エネルギー・低炭素社会の実現に寄与するものとして期待されている。

同研究では、熱酸化法でSiO2絶縁膜を形成するのではなく、電気特性と耐熱性に優れたAlONゲート絶縁膜をSiC基板上に堆積する方法を採用。

これまで大阪大学が取り組んできたSiC - MOSFET向けAlONゲート絶縁膜に関する知見をもとに、東京エレクトロンとの共同研究によって、膜質を最適化したAlONゲート絶縁膜を立体的なトレンチ構造に原子層レベルで均一に形成可能な薄膜堆積技術を開発した。

さらに、こうして実現したAlON層をゲート絶縁膜として用いたトレンチ型パワーMOSFETを京都大学・ロームと共同で試作し、デバイス性能と長期信頼性の向上に成功。

具体的には、AlON絶縁膜を用いることで、ゲート絶縁膜を透過する漏れ電流を1桁低減し、1.5倍の絶縁破壊耐圧の向上を実現した。

また、同技術はAlON膜単層だけでなく、界面層をSiC基板との間に挿入した積層構造への展開も容易であり、素子構造設計の自由度が高いことからさらなる発展が見込まれ、超低損失・高信頼性SiCパワーデバイスの実現に向けた大きな一歩といえる。

【参考】
大阪大学 - 電力変換装置の損失低減と信頼性向上を実現するSiCトランジスタを開発

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