GaN-MOSFET向けゲート絶縁膜プロセス、東芝が開発 : しきい値電圧変動を大幅に低減
東芝は、GaNパワーデバイス向けにゲート絶縁膜プロセス技術を開発したと発表した。「IEDM 2017」で発表したもの。しきい値電圧の変動を極限まで低減するという。
東芝は2017年12月7日、GaN(窒化ガリウム)パワーデバイス向けにゲート絶縁膜プロセス技術を開発したと発表した。しきい値電圧変動などの特性変動を大幅に低減するもので、同技術を適用したGaN-MOSFETにより、GaNパワーデバイスの信頼性が向上すると東芝は主張する。東芝は同プロセス技術の詳細を、米国サンフランシスコで開催された国際学会「IEDM 2017」(2017年12月2〜6日)で発表した。
東芝は、GaN-MOSFETのしきい値電圧変動を引き起こす原因が、ゲート絶縁膜中の不純物トラップにあることを突き止めたという。今回開発したプロセス技術は、この不純物を極限まで低減するものだ。GaN半導体加工時のダメージを回復する処理を施した上で、形成したゲート絶縁膜に適切な熱処理を加える。これにより、ゲート絶縁膜に含まれる水素などの不純物を低減できるという。
今回開発したゲート絶縁膜プロセス技術 出典:東芝
従来技術に比べ、しきい値電圧の変動が大幅に低減し、ゲート信頼性が向上するとしている。
Siパワーデバイスに比べ、小型化、高耐圧、高速スイッチングを実現できるGaNパワーデバイスだが、GaN-MOSFETは従来の技術で製造するとしきい値電圧の変動が課題となり、実用化がなかなか進まずにいた。
開発した技術によって、しきい値電圧の電圧が大幅に低減する 出典:東芝
今後東芝は、今回発表した技術の実用化に向け、信頼性をさらに向上すべく開発を続けるとする。
パワー半導体市場、2025年に酸化ガリウムがGaNを抜く
富士経済が、2025年における次世代パワー半導体市場の予測を発表した。SiC、GaNはともに堅調に成長する。加えて有望視されているのが酸化ガリウム系パワー半導体だ。特に中高耐圧領域での優位性が際立ち、2025年には、市場規模でGaNパワー半導体を上回るとみられる。
パワー半導体、シリコンの置き換えは何年も先
ドイツで開催されたパワーエレクトロニクスの展示会「PCIM Europe 2016」では、SiCとGaNを用いたパワー半導体が多く展示された。パワーエレクトロニクス業界に40年以上身を置く、ECPE(European Center for Power Electronics)のプレジデントを務めるLeo Lorenz氏に、現在のパワー半導体の動向について話を聞いた。
6インチSiCの量産化は2017年? GaNはどうなる
富士経済は、次世代パワー半導体の世界市場に関する調査結果を発表した。SiCは、6インチ基板への移行が進まず、本格的な量産は2017年以降にずれ込む可能性があるという。GaNは、量産化へのハードルが低くなり、耐圧600Vから1200Vクラスの領域で需要が増加するとした。
“オールGaN”のパワーICでアダプターが1/2に小型化
Dialog Semiconductor(ダイアログ・セミコンダクター)が、GaNパワーICを発表した。これによって同社は、GaNパワー半導体市場に本格的に参入する。同社は2016年8月24日、東京都内で記者説明会を開催し、GaNパワーIC「SmartGaN DA8801」の詳細を説明した。
SiC/GaNパワー半導体の容量測定を自動化
岩崎通信機は、SiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)パワー半導体デバイスの容量測定を自動で行うことができる高電圧C-V測定システム「CS-600」シリーズを発売した。
LEDを一新した「GaN」、次は電力を変える
SiC(炭化ケイ素)と並んで次世代パワー半導体の旗手として脚光を浴びる「GaN」(窒化ガリウム)。しかし、実用化が進むSiCと比べて、GaNの開発は遅れているように見える。GaNを採用すると、SiCと同様に電力変換時の損失を低減できる。さらに、SiやSiCよりも高速なスイッチングが可能だ。これは電源の小型化に大いに役立つ。しかし、ノーマリーオフ動作が難しいという欠点もある。こちらは電源には向かない特性だ。GaNの長所を伸ばし、欠点をつぶす、このような開発が進んでいる。
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