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Rohm: Interview mit SiC-Chef Dr. Ino

Siliziumkarbid weiter auf dem Vormarsch

13. Juli 2016, 9:31 Uhr | Verena Winkler

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Warum versagt die klassische Trench-Technologie bei SiC?

Gern. In SiC kann man mit etwa zehnmal stärkeren elektrischen Feldern arbeiten als bei Silizium. Dadurch können die Chips bei gleicher Sperrspannung theoretisch zehnmal kleiner sein. Allerdings ist das Gate-Oxid sowohl bei Silizium als auch bei SiC das gleiche, nämlich Siliziumdioxid. Bei der klassischen Trench-Geometrie hält dieses aber die hohen Feldstärken bei SiC nicht aus, und es kommt zu Durchbrüchen; bei planaren MOSFETs stellt sich diese Herausforderung übrigens nicht. Um dieser Problematik zu begegnen, haben wir die »Double Trench«-Technik entwickelt. Dabei graben wir neben dem Gate- auch den Source-Anschluss in den Kristall ein, sodass die Feldstärke an den Rändern des Gate-Oxids von etwa 2,66 MV/cm auf 1,66 MV/cm sinkt. Eine solche Feldstärke ist für das Gate-Oxid dann kein Problem mehr.

Wegen der gerade beschriebenen höheren Spannungsfestigkeit von Siliziumkarbid könnten derartige MOSFETs auch bis zu zehnmal dünner sein als ihre Pendants aus Silizium. Nutzen Sie gedünnte SiC-Wafer?

Nein. Gedünnte Wafer sind bei Silizium-IGBTs überaus wichtig, weil dadurch deren Charakteristik sehr positiv beeinflusst wird. Bei MOSFETs ergibt sich durch das Dünnen jedoch kein signifikanter Vorteil, denn der Beitrag des Substrats am RDS(on) ist vergleichsweise gering. Halbierten wir die Waferdicke, würde der Durchlasswiderstand deutlich unterpropotional sinken, nur wenige Prozentpunkte vielleicht. Nichtsdestotrotz werden wir bestimmt dünner, für die nächste SiC-MOSFET-Generation streben wir eine Dicke von 100 Mikrometern an.

Wolfspeed, eine Tochterfirma von Cree, hat letztes Jahr bekannt gegeben, erste Labormuster von SiC-IGBTs zu haben. Wie sieht es da bei Rohm aus?

Derzeit forschen wir nicht an solchen Bauteilen. Sie bieten sie relativ wenig Vorteile in dem Markt, den wir bedienen wollen, und die technologischen Herausforderungen sind riesig. Wir haben immer noch recht viele Kristalldefekte bei SiC-Wafern, außerdem ist eine längere Lebensdauer der Ladungsträger bei bipolaren Bauelementen wie dem IGBT entscheidend. Bei unipolaren Bauteilen wie einem MOSFET sind die Majoritätsladungsträger für den Stromfluss verantwort¬¬lich; diese haben bei Siliziumkarbid eine extrem kurze Lebensdauer, was sich beim MOSFET sehr positiv auf die Performance der parasitären Body-Diode auswirkt. Bei bipolaren Bauelementen wie dem IGBT jedoch sind die Minoritätsladungsträger für den Stromfluss verantwortlich.

Kommen wir noch einmal auf den Markt zurück. SiC-IGBTs eignen sich für Sperrspannungen ab etwa 6,5 kV oder 10 kV. Das ist nicht der Markt, in dem wir derzeit mitspielen möchten. Verlangt der Markt solche Bauteile, werden wir das Thema aber sicher aufgreifen.

Zusammen mit der Universität Kyoto laufen übrigens einige Forschungsprojekte zu anderen Bauteiltechnologien, beispielsweise einem Superjunction-MOSFET aus Siliziumkarbid. Es bleibt also spannend.

Vielen Dank für das Gespräch.

Das Interview führten Ralf Higgelke und Dr. Verena Winkler.