旅行好きのおしりトラブル対策グッズ3選

最近IGBTについて勉強をはじめたのですが、FS層がなぜあるのかがよく分かりません
空乏層がP層に届くのを防ぐためのものらしいのですが、空乏層がP層に届くとどうなってしまうのでしょうか?

A 回答 (2件)

今晩は。



下記のURLにある資料の13ページにある[図1-14]ターンオフ中の蓄積キャリアの振る舞い の図(こちら → cc.cqpub.co.jp/lib/system/document_download/1039/1  )

図1-14では空乏層(デプリーション層)が左側のコレクタP層の右隣のn層から右端のエミッタP層に向って広がってます。空乏層の中ではキャリアの正孔は左側のコレクタP層へ、電子は右側のn層へ押し出されて電流は流れませんが印加電圧が上昇して空乏層が更に広がり右側のエミッタ側のP層へ届くとキャリアの正孔はP層から潤沢に供給され始め一気に大電流が流れ始めます。
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この回答へのお礼

返事が遅れて申し訳ありませんでした

教えてもらいました資料を見ながら再度勉強したいと思います
ありがとうございました

お礼日時:2013/02/01 22:17

>空乏層がP層に届くとどうなってしまうのでしょうか?




コレクタからエミッタへ大きな電流が流れてしまいブレークダウンを起こしてしまいます。
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この回答へのお礼

>コレクタからエミッタへ大きな電流が流れてしまいブレークダウンを起こしてしまいます。

回答ありがとうございます
厚かましいようですが、できればどのようにして大電流が流れるのか教えてもらえないでしょうか?

お礼日時:2013/01/30 21:21

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Qシリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法

シリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法について教えてください。

Aベストアンサー

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため不純物(主に酸素)が混入することです。FZに関してはこの逆だと
お考えください。ただし,適量の酸素がシリコンウェエーハ中に入っているとウェーハのの強度が増す等の利点があるため,酸素に関しては悪いことだけではありません。

CZに関しては下記urlに,FZに関してはこの段落の下にあるurlに写真が掲載されています。
http://www.komsil.co.jp/progress/progf.htm

参考URL:http://www.sumcosi.com/laboratory/laboratory1.html

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため...続きを読む

Qオン抵抗と耐圧

パワーデバイスのオン抵抗について分からないことがあるので、質問させて頂きます。
1) オン抵抗は絶縁破壊電界の3乗に反比例するようですが、理由がよくわかりません。
絶縁破壊電界が高いとドリフト層厚を厚く、ドーピング濃度を高くすることができるとあったのですが、私の理解では絶縁破壊電界が大きいこととこの二つが繋がらず、よく分かりません。
2) オン抵抗とデバイスの耐圧はトレードオフの関係にあるようですが、どうしてそうなるのか理解できません。

何か参考になるURL、書物でもアドバイス頂けると大変助かります。
何かご存知の方、どうぞ宜しくお願いしますm(__)m

Aベストアンサー

(1)オン抵抗(R)は絶縁破壊電界(Ec)の3乗に反比例する関係
半導体物理で一番基本的な式は、電圧(V)の距離(x)の二回微分が不純物イオン密度(Nd)に比例するというポアソン方程式(a式)です。qは電荷素量、εは半導体中の誘電率です。
∇V= -q・Nd/(2ε)    (a)
この式を積分した(b式)から、不純物イオン密度(Nd)が一定ならば電界強度(E)が距離(x)に比例する関係が分かります。
E= -(q・Nd/2ε) x    (b)
したがって、電界が存在している幅をLとし、最大電界強度を(Emax)とすると、その面積すなわち電圧(V)は(c式)となります。
V= Emax・L/2    (c)
電圧(V)が半導体デバイスの耐圧(Vbd)になった時の最大電界強度(Emax)が、絶縁破壊電界(Ec)にあたります。すなわち、
Vbd= Ec・L/2   (c)

さて、オン抵抗(R)は、半導体の距離(L)に比例し、不純物濃度(?Nd)に反比例すると考えられます(c式)。
R ∝ L/Nd    (d)

この(d式)に、
(b式)から得られるNd∝E/x= Emax/L= Ec/Lと、
(c式)からL∝1/Ecを代入すると、
R ∝ L/Nd ∝ (1/Ec)(L/Ec) ∝ 1/(Ec)^3   (d')
すなわち、耐圧を保持する最小厚みのデバイスの、
オン抵抗(R)は絶縁破壊電界(Ec)の3乗に反比例する。

さて、(d式)によれば、「ドリフト層厚を厚く、ドーピング濃度を高くしても」同じオン抵抗(R)となります。
しかしながら、ドーピング濃度(Nd)が増えると(b式)から電界強度(E)の傾きが増えるので、同じ耐圧(V)を保持するためにはドリフト層厚(すなわちL)は薄くなります。このため、「 ドリフト層厚を厚く、ドーピング濃度を高くすることができる」ことは、「絶縁破壊電界が高くなる」場合のみ可能となります。このことは、(b式)からEc∝Nd・Lが導かれることからも分かります。
「絶縁破壊電界」は、主として半導体材料で決まり、副次的にドーピング濃度(Nd)と共に大きくなる傾向があります。

(2) オン抵抗とデバイスの耐圧はトレードオフの関係
(b式)から得られるNd∝L/Ecと、
(c式)から得られるL=2Vbd/Ecを(d式)に代入すると、次の(e式)となります。
R ∝ L/Nd ∝ (L)(L/Ec) ∝ L^2/Ec = L^3/(2Vbd)
= (2Vbd/Ec)^3/(2Vbd) ∝ (Vbd)^2/(Ec)^3    (e)
実際に耐圧(Vbd)を高くするためには、ドーピング濃度(Nd)を低くする必要があります。Ndが低くなると、先に述べたように絶縁破壊電界(Ec)が減少します。このため、(e式)で表されるオン抵抗(R)はVbdの2乗よりも強い依存性が予想できます。
このようにして「MOSFETのオン電圧(R)は耐圧(Vbd)の2.5乗に比例する」と言われている関係が表れます。

(注意)
ここまでの計算では、半導体デバイスの幅は電界が存在する領域(空乏層)の幅と等しいとしてます。
MOSFETのオン電圧は通電領域の抵抗の和となるので、このような設計が最適です。
しかしながら、バイポーラトランジスタやサイリスタ、IGBTでは、通電領域の抵抗が動作条件によって桁違いに変化しますので、抵抗の計算だけではオン電圧が求められません。

大雑把に考えると、
耐圧を出すためにはデバイスを長くする必要があります。
(この関係は絶縁体なら自明でしょう。半導体でも基本的に同じです)
デバイスが長くなるとオン抵抗は増えます。
したがって、「オン抵抗とデバイスの耐圧はトレードオフの傾向」があります。

(1)オン抵抗(R)は絶縁破壊電界(Ec)の3乗に反比例する関係
半導体物理で一番基本的な式は、電圧(V)の距離(x)の二回微分が不純物イオン密度(Nd)に比例するというポアソン方程式(a式)です。qは電荷素量、εは半導体中の誘電率です。
∇V= -q・Nd/(2ε)    (a)
この式を積分した(b式)から、不純物イオン密度(Nd)が一定ならば電界強度(E)が距離(x)に比例する関係が分かります。
E= -(q・Nd/2ε) x    (b)
したがって、電界が存在している幅をLとし、最大電界強度を(Emax)とすると、その面積すなわち電圧(V...続きを読む

Qダイオードの温度特性について

ダイオードは温度が高くなると、順方向電圧Vdが小さくなる特性を持ち、その傾きは-2mV/℃といわれています。

トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
下記の値を入れて計算すると絶対温度Tが上昇するとVdも上昇する式になってしまいます。
どうしてでしょうか?

Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
  = 1.785e-3*T

K:ボルツマン定数=1.38e-23[J/K]
q:電子の電荷:=1.602e-19[c]
Id:順方向電流=1e-3[A]
Is:飽和電流=1e-14[A]
T:絶対温度

Aベストアンサー

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流です。 Egはシリコンのバンドギャップエネルギ、kTは温度Tの熱エネルギです。 Is の成分の詳細説明は専門書にゆずるとして、大局的には
  Is = A・exp(-Eg/kT) …(2)
と書けます。
係数 A は今は定数とします。(2)を(1)に入れると、
  I = A・exp(-Eg/kT)・exp(qV/kT) …(3)
両辺をAで割って 両辺を対数取って V=の形にすると、
  V = (1/q){ kT・ln(I/A)+Eg } …(4)
あなたが載せたVdの式より 少し詳しく求まりました。


 さて、
温度係数の定義は 『Tだけが変化する』 です。そのとき I は(何らかの手段で)一定に保たれてるとします。すると(4)式はT以外すべて定数となるので単純に微分できて、
  ∂V/∂T = (1/q)k・ln(I/A) …(5)
これが疑問への答です。これに(3)式を入れると、
  ∂V/∂T = (1/T){ V-Eg/q } …(6)
温度とバンドギャップと電子電荷だけの式になりました。Eg/q は次元が電圧で、バンドギャップ電圧と呼ばれたりします、その値はシリコンで約 1.11[V] です、この機会に暗記しましょう。(6)式を言葉で書くと

  温度係数=(順電圧-1.11 )÷温度 …(7)
  温度300k,順電圧 0.65V のとき、-1.5 mV/K ほど。
  温度300k,順電圧 0.51V のとき、-2 mV/K ほど。

変動は、電流が小さいほど(=順電圧が小さいほど)□□く、高温ほど□□いんですね。このように 使用温度、使用電流、品種、製造ロットによって変わるものなのだ、と覚えてください。



 余談;
詳しく言えば切りがないのですが、 Egそのものも温度Tの関数です。係数Aは回路シミュレータでは温度の3乗がよく使われます。SI単位系に慣れましょう。
それから、他人が書いた式を眺めてるだけでは自分の力が付きません、ぜひ式変形を自分の手で最後までやってみましょう。
 
 

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流...続きを読む

QIGBTのウェハーについて

IGBTを製造するためのシリコンウェハーについて、ご存じでしたら教えてください。

IGBTにはFZウェハーしか使えないためにウェハーの大口径化が難しく、現状では5インチウェハーで製造されていると聞きました。もしCZウェハーが使えるならば大口径化が可能になり、コストダウンが可能になります。

なぜCZウェハー+エピではIGBTを作ることができないのでしょうか。

Aベストアンサー

IGBTはエピウエハを使って作られてきました。近頃はFZウエハを使う製品が増えてきているようですが、それでもCZウエハの上にエピ成長させたものの方が多いと思います。6から8インチウエハが量産化されてます。#1の回答のようにIGBTは耐圧が高いために厚いエピ成長が必要です。厚いエピは大変高価になります。
FZウエハは大口径が難しいのですが、エピ工程が不要なことで、高耐圧用では格段に安くなります。3kVから6kVのIGBTではFZが圧倒的に有利ですが、600Vになりますとエピはさほど厚くないし、伝統的な作り方の方が今のところ易しいようです。
電気学会から出ている「パワーデバイス・パワーICハンドブック」を図書館でも見ることをお勧めします。ちょっと古く最近の動向は十分ではありませんが..。

Q応力と凸凹

シリコンウェハ上にSiO2等の膜を成膜した時、凸方向に反ると圧縮、凹方向に反ると引っ張り応力というろ参考書には書いてありますが、なぜそうなるのかがわかりません。シリコンウェハを圧縮しているという意味ですか?教えて下さい!

Aベストアンサー

基板の上面に薄膜があるとします。
この薄膜が圧縮応力を持っているというのは、膜は横から圧縮されている状態と同じです。つまり、膜は無理やり縮められているので、本当は伸びたいと思っています。そういう膜が基板上にあるとき、膜が欲望を出して少し伸びたら基板は上に凸になるでしょう(上面のほうが伸びるので)。薄膜が引張応力を持っているときはその逆になります。

>シリコンウェハを圧縮しているという意味ですか

上の説明でお分かりだと思いますが、薄膜の残留応力は薄膜が感じている応力のことです。薄膜が圧縮応力を持っている場合、シリコンウェハの上面( 薄膜が乗っている面 = 凸面 )は、薄膜によって無理やり引き伸ばされているので引張応力を受けています。下面( 凹面側 ) は圧縮応力を受けています。

QMOSトランジスタのゲート酸化膜厚と寿命の関係

MOSトランジスタのゲート酸化膜厚と寿命の関係
大学でMOSトランジスタの勉強をしているのですが、どうしても分からないところがあるので、教えてください。MOSトランジスタのゲート酸化膜厚を薄くすると特性が上がるのでしょうか?それとも下がるのでしょうか?、ゲート酸化膜厚を薄くすると、トランジスタのホットキャリア寿命はどうなるのでしょうか?どうか分かりやすくメカニズムを交えて教えてください。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>MOSトランジスタのゲート酸化膜厚を薄くすると特性が上がるのでしょうか?それとも下がるのでしょうか?、

ゲート酸化膜厚は、コンデンサの誘電体の厚さみたいなものですから、
ゲート酸化膜厚を小さくすると、それに反比例してゲート容量が大きくなり、チャネルに少数キャリアが引き寄せられます。
ですから、ドレイン電流は、おおむねゲート酸化膜厚に反比例します(能力が上がります)。

ただし、ゲート容量が大きくなるということは、ゲートにつながっている配線の寄生容量が増えるということでもあります。
ですから、回路全体を見たときに、MOSFETの能力向上がそのまま全部、回路の特性向上になるわけではありません。


>>>ゲート酸化膜厚を薄くすると、トランジスタのホットキャリア寿命はどうなるのでしょうか?

ホットキャリア効果は、ドレイン電圧がある程度大きくなければ起こりません。
しかし、ドレイン電圧が小さくてもゲート電圧をかけるだけで、閾値電圧(の絶対値)が上がってしまう効果があります。
ゲート酸化膜厚を薄くすると、この効果による劣化が大きくなります。

ゲート長を小さくするときにはホットキャリア効果に注意する必要があり、
ゲート酸化膜厚を小さくするときには閾値電圧変動に注意する必要があるということです。

理論的なことは知りませんが、私が以前大手エレクトロニクス企業に勤めていたことで、経験的に知っていることです。

こんにちは。

>>>MOSトランジスタのゲート酸化膜厚を薄くすると特性が上がるのでしょうか?それとも下がるのでしょうか?、

ゲート酸化膜厚は、コンデンサの誘電体の厚さみたいなものですから、
ゲート酸化膜厚を小さくすると、それに反比例してゲート容量が大きくなり、チャネルに少数キャリアが引き寄せられます。
ですから、ドレイン電流は、おおむねゲート酸化膜厚に反比例します(能力が上がります)。

ただし、ゲート容量が大きくなるということは、ゲートにつながっている配線の寄生容量が増えるとい...続きを読む

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む


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