IEDM 2017 Widerstand von SiC-MOSFETs um zwei Drittel senken

Diese drei Faktoren beeinflussen die Elektronenstreuung unter der SiC-Grenzfläche und damit den Widerstand eines SiC-MOSFETs.
Diese drei Faktoren beeinflussen die Elektronenstreuung unter der SiC-Grenzfläche und damit den Widerstand eines SiC-MOSFETs.

Forscher von Mitsubishi Electric und der Universität von Tokyo haben die Auswirkungen dreier Mechanismen der Elektronenstreuung quantifiziert, die den Widerstand von SiC-MOSFETs bestimmen. Ließe sich diese Streuung vermindern, ließe sich deren Widerstand drastisch senken.

Um den Verluste in leistungselektronischen Systemen weiter zu senken, ist es nötig, den Einschaltwiderstand von SiC-MOSFETs weiter zu senken. Wie das aussehen könnte, haben nun Forscher von Mitsubishi Electric und der Universität von Tokyo auf der IEDM2017 in San Francisco, Kalifornien, präsentiert.

Der Einfluss, den Ladungen und atomare Schwingungen unter der SiC-Grenzfläche auf die Elektronenstreuung (Scattering) haben, hat sich in den Analysen der Bauelemente als dominant erwiesen. Dabei erkannten sie, dass diese Streuung durch drei Faktoren begrenzt ist:

  • die Rauigkeit der SiC-Grenzfläche,
  • die Ladungen unter der SiC-Grenzfläche und
  • die atomare Schwingung.

Wie groß der Beitrag des einzelnen Faktors ist, blieb jedoch bislang unklar.

Daher stellten die Forscher einen neuartigen planaren SiC-MOSFET her, bei dem die Elektronen einige Nanometer von der SiC-Grenzfläche weggeleitet werden, um den Einfluss der Ladungen zu messen. Sie verglichen dies mit einem herkömmlichen planaren SiC-MOSFET. Das Ergebnis ist, dass sich die Rauheit der SiC-Grenzfläche nur wenig auswirkt, während die Ladungen unter der SiC-Grenzfläche und atomare Schwingungen dominieren.

Verglichen mit dem früheren planaren SiC-MOSFET-Bauteil sank der Widerstand um zwei Drittel, da die Elektronenstreuung unterdrückt wurde, indem die Elektronen von den Ladungen von der SiC-Grenzfläche weggeleitet wurden.

In Zukunft möchte Mitsubishi das Design und die Spezifikationen seines SiC-MOSFET weiter verfeinern, um den Widerstand von SiC-Leistungshalbleitern weiter zu senken.