超過20kV：半導(dǎo)體元件的世界最高耐壓

　　日本京都大學(xué)工學(xué)研究系電子工學(xué)專業(yè)教授木本恒暢等人的研究小組，試制出了耐壓高達21.7kV的SiC制PiN二極管。此前雖有耐壓為十數(shù)kV的半導(dǎo)體功率元件，但超過20kV的尚為首次，“是半導(dǎo)體元件中的世界最高值”(木本)。

　　該二極管的設(shè)想用途為置換變電站使用的硅制GTO。比如，日本的電網(wǎng)電壓為6.6kV，因此要求耐壓達到20kV。據(jù)稱目前是使用3～4個數(shù)kV的GTO來確保耐壓的。如果使用耐壓超過20kV的SiC制PiN二極管，一個即可滿足要求。由此，轉(zhuǎn)換器及冷卻器等便可實現(xiàn)小型化，從而有助于削減變電站的設(shè)備面積及建設(shè)費用。加之，因可減輕各元件上產(chǎn)生的電壓降低現(xiàn)象，所以據(jù)稱還能減少電力損失。

　　木本等人的研究小組2007年就試制出了耐壓為10kV的SiC制PiN二極管。此次為了提高耐壓，主要作了三項改進。

　　第一是加厚了n型漂移層。10kV品的n型漂移層厚度為90μm左右，而此次的產(chǎn)品為186μm，增加到了約兩倍。漂移層越厚，積層所需要的時間越長。于是，此次提高了成膜速度。10kV品以每小時40μm的速度積層，而此次則提高到了80μm。另外，漂移層的雜質(zhì)濃度為3×1014，與原產(chǎn)品同等。

　　第二是減少了稱為“點缺陷”的結(jié)晶缺陷。據(jù)稱，與原來的10kV品相比，點缺陷密度減少到了1/100左右。具體而言，從1013/cm3左右減少到了1011/cm3左右。

　　第三是緩和了端部電場集中現(xiàn)象的發(fā)生。這是通過采用名為“空間調(diào)制JTE”的新構(gòu)造而實現(xiàn)的。

　　新元件與原來相比，還提高了輸出電流。原來在10V電壓下輸出電流為25A，此次則提高到了70A左右。導(dǎo)通電阻為44mΩcm2。

　　另外，新元件的詳情將在功率半導(dǎo)體國際學(xué)會“ISPSD2012”(比利時，2012年6月3～7日舉行)上公開。