4H-SiCの欠陥

表面光電圧分光法による4H-SiCの欠陥の研究 - パワー半導体

炭化ケイ素（SiC）製の高出力・高電圧半導体デバイスは、電気自動車（EV）向けの超急速充電器や車載充電器だけでなく、ライトレール、路面電車、地下鉄などの軌道交通用途における動力伝達系や電力変換装置においても、その先駆けとなっています。 トラクション用途や産業用モーター駆動には、1200 V、1700 V、3300 V、さらには4500 V（6500 Vも現在研究中）の遮断電圧を持つパワー半導体スイッチが必要です。

高出力・高電圧半導体デバイスの信頼性、寿命、安全性は、現時点で管理すべき重要なパラメータですが、市販されている 150 mm SiC ウェハーには、SiC 半導体のバンドギャップの欠陥に関連する根本的な品質上の問題が残っています。 これらの問題は 200 mm SiC ウェハーでも依然として残るため、デバイス製造の前、最中、および後に欠陥の状態を測定し、報告できることが極めて重要です。

中心波長 355 nm、365 nm、450/660 nm の 3 つの UV 光源を備えた SPVcheck ツールは、エピタキシャル SiC ウェーハの特性評価に理想的なプラットフォームです。これは、このツールを使用することで、非常に洗練された迅速な方法で基本バンドギャップエッジをチェックできるからです。 450 nm または 660 nm の波長は、そのエネルギーが低すぎて SiC 材料内のキャリアを励起できないため、ベースライン参照測定として使用されます。 355 nm および 365 nm の UV 光源をエピタキシャル SiC ウェハーに同時に照射することで、3.25～3.55 eV のエネルギー範囲を 1 回の照射でカバーする、幅の広い方形波状のパルスが生成されます。

過渡 SPV は、10 ns から 10 ms までの時間範囲で測定されます。SiC ウェハー上のエピタキシャル層に欠陥が多すぎると、キャリアの励起が弱まり、時間の経過に伴う信号の変化が小さくなります。 一方、完璧なエピタキシャル層では、出力信号が大きくなり、さらに重要なことに、ms 範囲で鋭いエネルギー遷移ピークが得られます。

方形波のようなエネルギーパルスには、SiCの吸収係数がエネルギーの二乗に比例して直線的に増加し、温度に大きく依存するという事実がさらなる利点となります。したがって、温度ステージを追加することで、UV光の浸透深度を広い範囲で変化させることができます。 当然のことながら、355 nm および 365 nm の光源を同時に点灯させる必要はありません。これらは、最大 1 kHz のスイッチング周波数、あるいは非常に長いオン/オフサイクルで、変調パターンに従ってオン/オフすることができます。