能以高分解能力測定碳化矽材料電氣特性的新裝置

 

刊登日期:2020/10/21
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日本名古屋工業大學發表與富士電機、電力中央研究所、昭和電工、產業技術總合研究所共同確立了一項量測技術,利用3μm的空間解析度(Spatial Resolution),可以測定出碳化矽(SiC)中電氣特性的微細分佈,並利用此技術,開發出一項可視化裝置,能對碳化矽功率裝置內部的構造是否有依據原設計製造予以確認。

在大電力的電壓轉換功率元件方面,碳化矽這類結晶材料的利用備受期待。但在製作功率元件時,有必要控制碳化矽結晶內部電氣特性的分佈,只是目前對於微細的電氣特性分佈要達到可視化仍有困難度。有鑑於此,名古屋工業大學此次就開發了以光的強度測定碳化矽材料電氣特性的裝置。

新開發的裝置是透過0.65大數值孔徑的接物鏡,將製作電子與電洞之波長較短的雷射(355nm)與透過電子與電洞被吸收波長的雷射(405nm)進行集光後照射在碳化矽上,並藉由穿透的405nm光在強度的時間變化以及電子與電洞在量的時間變化,也就是對電氣特性的時間變化進行測定。

進行測定的碳化矽樣本具有p型與n型領域的二極體構造,研究團隊在其中之一的內部置入刻意添加了不純物元素-釩(Vanadium)、厚度11μm的薄層,加快電子與電洞的消失速度,嘗試在樣本上形成與周邊有不同電氣特性的部分。二極體從ON轉換成OFF時的電力消耗會因為此一薄層而減少,可望藉此提高二極體的性能。

在實驗中,利用二次離子質量分析法對樣品內部的釩(V)量進行測定,確認樣本的電氣特性如原有設計般地分佈,進而達到了可視化。此外,也確認新開發之測定裝置的空間解析能力約為3μm,且除了能進行高空間解析度的測定之外,並能透過調整測定條件,預估出電子與電洞消失速度的正確值。

此項研究利用新開發的裝置可對碳化矽二極體內部的釩導入效果予以可視化,且新裝置也能對因其他因素形成之碳化矽電氣特性的分佈達到可視化,因此可望對於碳化矽功率元件的高性能化、降低製造成本有所幫助。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/200910_nitech-ac.html
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