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POUR DIFFUSION IMMÉDIATE n° 3307

TOKYO, 30 septembre 2019 - Mitsubishi Electric Corporation (TOKYO : 6503) annonce aujourd'hui avoir mis au point un transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semi-conducteur (MOSFET) en carbure de silicium (SiC) à tranchée^*1, doté d'une structure unique de limitation de champ électrique pour un semi-conducteur de puissance qui atteint une résistance à l'état passant inégalée^*2 de 1,84 mΩ (milliohms) cm² et une tension de claquage de plus de 1 500 V. L'intégration de ce transistor dans des modules de puissance à semi-conducteurs pour les équipements de puissance électroniques se traduira par des économies d'énergie et une réduction de la taille des équipements. Après avoir amélioré les performances et confirmé la fiabilité à long terme de ses nouveaux semi-conducteurs de puissance, Mitsubishi Electric compte mettre en pratique son nouveau SiC-MOSFET à tranchée après l'exercice financier de 2021.
Mitsubishi Electric a annoncé le lancement de son nouveau SiC-MOSFET à tranchée lors de l'« International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 » (Conférence internationale sur le carbure de silicium et les matériaux associés, ICSCRM), qui s'est tenue au Centre de conférence international de Kyoto du 29 septembre au 4 octobre.

1. *1 Électrode de porte intégrée dans un substrat semi-conducteur à tranchée, utilisée pour contrôler le courant en appliquant la tension
2. *2 Selon une étude réalisée par Mitsubishi Electric en date du 30 septembre 2019, pour les appareils avec une tension de claquage de plus de 1 500 V

Fig. Vue en coupe d'un SiC-MOSFET planaire classique (à gauche) et d'un nouveau SiC-MOSFET à tranchée (à droite)

Fonctions clés

1. 1)La structure unique de limitation de champ électrique garantit la fiabilité de l'appareil
   Les SiC MOSFET contrôlent le courant circulant dans la couche semi-conductrice située entre les électrodes de drain et de source en appliquant une tension à l'électrode de porte. Pour obtenir le contrôle avec une petite tension, un mince film d'isolation de porte est nécessaire. Si une tension élevée est appliquée à un semi-conducteur de puissance à tranchée, un fort champ électrique peut se concentrer dans la porte et facilement briser le film isolant.
   Pour corriger cela, Mitsubishi Electric a développé une structure unique de limitation de champ électrique qui protège le film d'isolation de porte en implantant de l'aluminium et de l'azote pour modifier les propriétés électriques de la couche semi-conductrice en profitant de la structure à tranchée.
   Tout d'abord, l'aluminium est implanté à la verticale et une couche de limitation de champ électrique est formée sur la surface inférieure de la tranchée. Le champ électrique appliqué au film d'isolation de porte est réduit au niveau de celui d'un semi-conducteur de puissance planaire classique, améliorant ainsi la fiabilité tout en maintenant la tension de claquage de plus de 1 500 V.
   Ensuite, la mise à la terre latérale reliant la couche de limitation de champ électrique et l'électrode source est formée en utilisant une technique nouvellement développée pour implanter l'aluminium dans le sens oblique pour permettre une commutation à grande vitesse et réduire les pertes de commutation.
2. 2)Les couches dopées à haute impureté formées localement atteignent le niveau le plus bas de résistance à l'état passant
   Le SiC-MOSFET à tranchée est doté de cellules de transistor plus petites que celles de type planaire, permettant de disposer un plus grand nombre de cellules sur une seule puce. Toutefois, si les intervalles du transistor entre les électrodes de la porte sont trop rapprochés, le débit de courant devient difficile et la résistivité de l'appareil augmente. Mitsubishi Electric a mis au point une nouvelle méthode pour l'implantation d'azote dans le sens oblique, afin de former localement une couche de SiC avec une concentration élevée d'azote, ce qui permet de conduire facilement l'électricité dans le trajet du courant. En conséquence, même lorsque la disposition des cellules est dense, la résistivité peut être réduite d'environ 25 % par rapport à une couche sans concentration élevée.
   La nouvelle méthode de fabrication permet également d'optimiser les intervalles de la mise à la terre latérale. Il en résulte une résistance à l'état passant spécifique de 1,84 mΩ (milliohms) cm² à température ambiante, soit environ la moitié de celle des types planaires, tout en maintenant une tension de claquage de plus de 1 500 V.

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