SiC集積回路の研究状況

高電圧、高電力、高周波、高温特性を追求するS1Cディスクリートデバイスとは異なり、SiC集積回路の研究目標は主にインテリジェントパワーIC制御回路用の高温デジタル回路を取得することです。SiC集積回路は内部電界が非常に低いため、微小管欠陥の影響が大幅に軽減されます。これは、モノリシックSiC集積演算増幅器チップの最初のピースが検証されたものであり、実際の完成品と決定された歩留まりは微小管欠陥よりもはるかに高いため、SiC歩留まりモデルに基づくと、SiおよびCaAs材料は明らかに異なります。このチップは、空乏型NMOSFET技術に基づいています。主な理由は、逆チャネルSiC MOSFETの実効キャリア移動度が低すぎるためです。SiCの表面移動度を改善するには、SiCの熱酸化プロセスを改善および最適化する必要があります。

パデュー大学はSiC集積回路の研究に多大な貢献をしてきました。1992年には、逆チャネル6H-SiC NMOSFETモノリシックデジタル集積回路をベースにした工場が開発されました。このチップには、ANDゲート、ORゲート、ONゲート、バイナリカウンタ、およびハーフアダー回路が含まれており、25℃から300℃の温度範囲で正常に動作します。1995年には、バナジウム注入絶縁技術を用いて、初のSiC平面MESFET ICが製造されました。注入するバナジウムの量を精密に制御することで、絶縁性の高いSiCが得られます。

デジタル論理回路では、CMOS回路はNMOS回路よりも魅力的です。1996年9月、最初の6H-SIC CMOSデジタル集積回路が製造されました。このデバイスは注入Nオーダーと蒸着酸化膜を使用していますが、他のプロセス上の問題により、チップPMOSFETのしきい値電圧が高すぎました。1997年3月、第2世代SiC CMOS回路の製造時に、Pトラップ注入と熱成長酸化膜の技術が採用されました。プロセス改善により得られたPMOSEFTのしきい値電圧は約-4.5Vです。チップ上のすべての回路は、室温から300℃まで正常に動作し、5～15Vの任意の単一電源で駆動されます。

基板ウェハの品質向上に伴い、より高機能で高歩留まりの集積回路が製造されるようになるだろう。しかし、SiC材料および製造プロセスに関する問題が基本的に解決されたとしても、高温SiC集積回路の性能に影響を与える主要因は、デバイスおよびパッケージの信頼性となるだろう。