專利名稱：逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其中采用FET結(jié)構(gòu)的變換器件(converting device)的逆變器(DC-AC變換器件)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)采用Si-MOSFET和Si-IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)作為用于低壓(600伏或以下)逆變器的半導(dǎo)體元件。
在Si-MOSFET的情況下，損耗大小與Si半導(dǎo)體中的載流子密度成反比。為了降低該損耗，可以提高載流子密度。然而，提高載流子密度時(shí)，由擊穿電壓確定的器件的耐壓會(huì)降低。例如，在Si的情況下，為使耐壓達(dá)到200伏，載流子密度要變得低至1015/cm3的數(shù)值。因此，由于Si-MOSFET損耗已經(jīng)很大，不能再提高載流子密度。
此外，由于在MOSFET中，在柵絕緣層SiO2和Si之間的相邊界中流過電流，MOSFET往往會(huì)受缺陷的影響，載流子的遷移率降低。因此損耗會(huì)增加。
在Si-IGBT的情況下，由于為了在雙極型器件中降低少數(shù)載流子，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，并且不能增加開關(guān)頻率，因而使損耗變大。
有很多情況，其中在用于逆變器的變換器件中采用通常關(guān)斷型(normally-off)器件，以便對(duì)例如在控制電路發(fā)生短路故障的情況等提供保護(hù)。MOSFET滿足這些系件。JFET是公知的通常關(guān)斷型器件。
本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)頻率高而損耗小的逆變器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的逆變器是一種具有FET結(jié)構(gòu)的變換器件的逆變器，其中該變換器件是由SiC(碳化硅)-JFET(結(jié)型FET)形成的。
采用SiC-JFET是由于以下理由(1)雖然Si-JFET已按常規(guī)方式制造，但載流子密度低，因此其損耗大。如果使用SiC替代Si，可以提高載流子密度并降低其損耗。
(2)在Si-JFET中，載流子密度低，開關(guān)頻率也低。通過計(jì)算可以確認(rèn)，由于SiC-JFET具有高的載流子密度，可以達(dá)到從幾百兆赫到幾千兆赫的開關(guān)頻率，JFET的開關(guān)頻率f可以由下式表達(dá)f＝qNAμa2/πL2εs其中q是電荷，NA是載流子密度，μ是載流子遷移率，a是溝道深度，L是溝道長(zhǎng)度，εs是介電常數(shù)。這里代入NA＝1×1017/cm3，μ＝300cm2/Vsec(厘米2/伏秒)，a＝300nm，L＝10μm，εs＝10×ε0(ε0是在真空中的介電常數(shù))，這些是對(duì)于例如200V(伏)耐壓的JFET的典型數(shù)值，其中可以得到f＝1.4千兆赫。因此，這些對(duì)于逆變器是優(yōu)選的。
圖4是在制造這樣一種Si-JFET的情況下，漏極電壓-電流的測(cè)量特性曲線圖，其中溝道區(qū)域?yàn)闇系郎疃葹?.3μm，溝道長(zhǎng)度為10μm，溝道寬度為700μm，載流子密度為1.56×1017/cm3。Vg代表柵極電壓。
(3)由于變換器件是由JFET組成的，電流大量流動(dòng)，載流子遷移率不降低，損耗小。此外，漏極通態(tài)電壓很小，與Si-MOSFET相比較約為五十分之一左右。因此，SiC-JFET的效率達(dá)到95％或以上，而Si-MOSFET的效率為85％。
為了詳細(xì)地解釋，在例如變換200伏的逆變器中，對(duì)于穩(wěn)定損耗(通態(tài)(導(dǎo)通)-電壓×電流)，Si-MOSFET的損耗為7.5％，對(duì)于開關(guān)損耗為7.5％，，總損耗變?yōu)?5％，效率變?yōu)?5％。另一方面，在SiC-JFET中，由于當(dāng)使之流過一等于Si-MOSFET的電流的電流時(shí)可以將導(dǎo)通-電壓降低到五十分之一，可以穩(wěn)定損耗降低到五十分之一，變?yōu)?.15％。此外，可以降低開關(guān)損耗。因此，效率變?yōu)?5％或以上。
可以采用任何公知的方法來利用SiC制造JFET器件。其中一種方法是離子注入法，其中如圖1中所示，利用外延層沉積在p+SiC襯底上。襯底上提供有掩膜，利用離子注入法生成變?yōu)樵礃O和漏極的n+區(qū)域，以及利用相同的方法生成變?yōu)闁艠O的p+區(qū)域。當(dāng)生成p+區(qū)域時(shí)，使部分溝道深度和溝道長(zhǎng)度維持。接著進(jìn)行退火處理，以便使該器件可投入使用(activate)。
另一種制造SiC-JFET的方法是利用一種反應(yīng)離子蝕刻法(RIE)生成溝道槽。如圖2中所示，利用外延法在p+SiC上沉積n-SiC層，并在其上生成n+層。利用RIE法，在襯底上提供有掩膜，其中消除一部分掩膜，以便形成溝道區(qū)域(溝道深度和溝道長(zhǎng)度L)。
上述SiC-JFET器件是按通常-導(dǎo)通型描述的，然而，倘若其中溝道深度滿足如下表達(dá)式，可以按通常-關(guān)斷型處理，該表達(dá)式為a<2ϵsVbiqN]]>(其中，q是電荷，N溝道中的是載流子密度，εs是介電常數(shù)，Vbi是內(nèi)在電位)。


圖1是表示利用離子注入法生成的SiC-JFET結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是表示利用RIE法生成的SiC-JFET結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3應(yīng)用于本發(fā)明的逆變器電路圖；以及圖4是這樣制造的Si-JFET的漏極電壓-電流特性測(cè)量曲線圖。
具體實(shí)施例方式
S1到S6是變換器件。
(實(shí)施例)下文參照詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3是將DC輸入E變換為AC輸出U、V、W的自換向(commutate)的逆變器電路圖，其中6個(gè)開關(guān)器件S1到S6和反饋二極管D1到D6以三相橋式彼此連接。
逆變器本身是公知的。然而在本逆變器中，開關(guān)器件S1到S6由SiC-JFET變換器件組成。此外，反饋二極管D1到D6由SiC肖特基二極管組成。
因此可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的逆變器，開關(guān)頻率高而損耗小。
此外，本發(fā)明并不局限于圖1中所示的這種電壓源式自換向的逆變器。其可以應(yīng)用于電流源式自換向的逆變器以及其它的外部換向的逆變器。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的逆變器中，采用SiC-JFET作為變換器件，該逆變器開關(guān)頻率高而損耗小。
權(quán)利要求
1.一種采用FET結(jié)構(gòu)變換器件的逆變器，其中所述變換器件是由SiC(碳化硅)-JFET形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述SiC-JFET為通常-關(guān)斷型。
3.如權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述變換器件還包括SiC肖特基二極管。
全文摘要
一種采用FET結(jié)構(gòu)變換器件的逆變器，其特征在于，所述變換器件S1－S6是由SiC(碳化硅)－JFET形成的，其中該逆變器可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率高而損耗小。
文檔編號(hào)H01L29/808GK1415118SQ00817993
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者原田真, 弘津研一, 松波宏之, 木本恒暢 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社