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SiCパワーデバイス最新技術
=次世代パワーエレクトロニクス=
[コードNo.10STA052]

■体裁/ B5判上製本 309ページ
■発行/ 2010年 5月 14日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-903413-84-6
 
★次世代パワーエレクトロニクスの大本命!めざせ1〜5年以内の普及拡大! (( 最新JAPAN技術 ))
★SiCパワー半導体で、次世代自動車や電力システム技術を効率化!

書籍趣旨

 SiCは単結晶成長が困難でしたが、近年のバルク結晶成長、エピタキシャル成長の研究開発でブレークスルーとなり、SiCパワーデバイスの実用化・普及拡大がいよいよ現実味を帯びてきました。
 また、パワーエレクトロニクス技術は、経済産業省 資源エネルギー庁による「Cool Earth−エネルギー革新技術計画」に記載されている21の重要技術課題の1つと取り上げられ、産官学のプロジェクトとしても活発化しています。
 SiCパワーデバイス技術は、中耐圧〜高耐圧デバイスに応用が見込まれ、CO2削減、省エネ化に欠かせない次世代の電力システム・変換技術におけるキーテクノロジーとなることは間違いないと言っても過言ではないでしょう。

 本書では、そのような「SiCパワーデバイス」の最新技術を、さまざまなプロセス技術から装置技術、分析、特性向上、応用展開まで取り入れています。SiCパワーデバイスの信頼性向上、周辺技術の開発、新市場ビジネスにお役に立てる1冊となれば幸いです。

著者

木本恒暢京都大学
大谷昇関西学院大学
藤本辰雄新日本製鐵(株)
楠一彦住友金属工業(株)
亀井一人住友金属工業(株)
矢代将斉住友金属工業(株)
岡田信宏住友金属工業(株)
宇治原徹名古屋大学
江龍修名古屋工業大学大学院
加藤正史名古屋工業大学大学院
村上彰一住友精密工業(株)
田坂明政同志社大学
石田夕起(独)産業技術総合研究所
田中保宣(独)産業技術総合研究所
土田秀一(財)電力中央研究所
横尾秀和(株)アルバック
松本健俊大阪大学産業科学研究所
小林光大阪大学産業科学研究所
伊瀬敏史大阪大学
丁建華東北大学
須藤祐司東北大学
小池淳一東北大学
関口貴子(独)産業技術総合研究所
北畠裕也AIXTRON AG(アイクストロン社)
奥原朝之東横化学(株)
三谷武志(株)東レリサーチセンター
迫秀樹(株)東レリサーチセンター
藤田高弥(株)東レリサーチセンター
土方泰斗埼玉大学大学院
吉田貞史(独)産業技術総合研究所
奥野英一(株)デンソー
鶴田和弘(株)デンソー
山際正憲日産自動車(株)
山田健二(株)安川電機
齋藤真芝浦工業大学

目次

第1章SiCパワーデバイス技術動向・課題と今後の展開
1SiCの性質
2SiCパワーデバイスの優位性
3SiC材料開発の現状
4SiCパワーデバイス開発の現状
4.1パワーダイオード
4.2パワースイッチングデバイス
第2章SiC単結晶成長技術(昇華法) 〜高品質化・大口径化〜
1昇華法によるSiCの単結晶成長
2昇華法SiC単結晶の大口径化
3SiC単結晶の電気特性制御
4SiC単結晶基板中の結晶欠陥
第3章SiC単結晶ウェーハの開発動向
1SiC単結晶成長技術の概要
2昇華再結晶法におけるマクロおよびミクロ支配要因
3SiC単結晶ウェハの開発動向
4SiC単結晶インゴットのウェハ化加工技術
5SiC単結晶ウェハ上へのSiCエピタキシャル膜成長技術
6SiC単結晶ウェハの転位欠陥低減化
第4章SiCバルク結晶の溶液成長技術
第1節SiC単結晶の溶液成長技術
1SiCの溶液成長の概要
1.1溶液成長の原理と特徴
1.1.1Si-C2元系溶液
1.1.2Si、C含有多元系溶液
1.2SiC溶液成長の手法
1.2.1溶媒移動結晶成長(TSM: Traveling Solvent Method)
1.2.2徐冷法 (Slow Cooling technique)
1.2.3蒸気液相固相法 (VLS: Vapor Liquid Solid)
1.2.4種付け溶液成長法(TSSG: Top Seeded Solution Growth)
2TSSG法によるSiC単結晶成長の具体例
2.1Si-Ti-C3元系溶液からのSiC単結晶育成と結晶品質
2.2溶液流動と成長速度
2.3長尺化と口径拡大
2.4液相エピタキシャル成長の可能性
2.4.1オフ基板
2.4.2ジャスト基板
第2節溶液成長の基礎と応用
1溶液成長への期待
2溶液成長の基礎
2.1溶液成長とは
2.2結晶成長の駆動力
2.3過飽和状態の実現
2.4なぜ溶液成長による結晶は高品質なのか?
3さまざまな溶液成長法
4SiC溶液成長の実際
4.1成長法
4.2溶媒の選定
4.3実際の成長(3C-SiCを例に)
4.3.13C-SiCの重要性
4.3.2成長過程における多形変化
4.3.3異種多形基板上への3C-SiC成長
第5章SiC半導体基板の超平坦化加工/研磨スラリー技術
1SiC単結晶の性質
2メカノケミカルポリシングの考え方
3装置構成
4SiC MCP加工技術
5MCP基板表面の酸素吸着原子状態
6コロイダルシリカ系スラリーのMCPによるSiC表面原子脱離モデル
第6章SiCの異方性エッチング技術
1SiCの物性とエッチング
1.1SiCの物性
1.2SiCのエッチング方法
2SiCパワーデバイスエッチング加工
2.1SiCパワーデバイス用加工の問題点
3SiCエッチング用RIE装置
3.1ICPエッチング装置
3.2SiCエッチング用ICPエッチング装置
4SF6とO2を用いたICPによるSiCのRIEの特徴
4.1バイアスパワー依存性
4.2温度依存性
4.3ガス種依存性
4.4SiCパワーデバイスエッチング加工適用
4.5その他SiCエッチング加工適用
第7章プラズマエッチングによるSiCの表面平滑化
1多結晶SiCのプラズマエッチング
1.1NF3ガスによるSiCのプラズマエッチング
1.2NF3/O2 混合ガスによるSiCのプラズマエッチング
1.3反応容器の形状によるSiCエッチング速度のNF3 圧力依存性
2単結晶SiCのプラズマエッチング
3プラズマエッチングによるSiC表面の平滑化の機構
第8章SiCエピタキシャル成長技術の最新動向
1SiCエピ成長の特徴
1.1概要
1.2ステップフロー制御エピタキシー法
2低オフ角基板上のエピ成長技術
2.1背景
2.2最近の進展
3高速成長技術
3.1背景
3.2塩素系ガス添加による高速成長
3.3炉構造の工夫による高速成長
第9章4H−SiCエピ成長における拡張欠陥の挙動
14H-SiC エピ膜中の代表的拡張欠陥
2エピ成長時の拡張欠陥の挙動
2.1貫通らせん転位
2.1.1μP
2.1.2TSD
2.2ポリタイプインクルージョン
2.2.13C -SiC インクルージョン
2.2.28H 型積層欠陥
2.3BPD
第10章SiC向け半導体製造技術と装置
1パワーデバイス素子材料がSiからSiCへ
1.1SiCパワーデバイスプロセス
2SiC向けイオン注入装置
2.1SiCインプラ装置に求められる技術課題
2.1.1高温注入
2.1.2高エネルギー注入
2.1.3特殊イオン
2.2高スループットと多様な搬送バリエーション
3ポストアニール装置
3.1ポストアニール装置の特徴
3.2PFSシリーズ
4イオン注入及び活性化アニール評価
5コールドウォール型ゲート絶縁膜形成装置
5.1ゲート酸化膜の課題
5.2装置概要
5.3酸化および窒化試験結果
5.4まとめ
第11章SiCパワーデバイス用酸化膜の形成方法
1SiO2およびSiONゲート酸化膜の形成方法
1.1熱酸化膜
1.2低温酸化ゲート酸化膜
1.2.1化学気相成長法
1.2.2プラズマ酸化法
1.2.3O3酸化法
1.2.4硝酸酸化法(NAOS, Nitric Acid Oxidation of Si)
1.2.5過塩素酸酸化法
1.2.6電気化学的酸化法
1.2.7金属触媒酸化法
1.2.8イオン注入によるSiC表面のアモルファス化
2ゲート酸化膜の改質法
2.1H2アニール
2.2窒化によるMOS界面と酸化膜の改質
2.3PのMOS界面への導入
3ゲート酸化膜形成前の処理の効果
3.1H2プレアニール
3.2プレO3酸化によるSiC表面近傍のCに由来する欠陥除去
3.3プレ窒化処理によるSiC表面近傍のCに由来する欠陥除去
4High-k(高誘電)を用いたゲート酸化膜の高性能化
4.1Al2O3, AlON
4.2HfO2
第12章SiCへの金属電極の形成方法
1ショットキー電極
1.1金属の仕事関数
1.2SiC中の不純物濃度
1.3結晶の面方位
1.4結晶欠陥による影響
1.4.1マイクロパイプ
1.4.2三角欠陥、キャロット、コメット
1.4.3ダウンフォール・ピット・突起
1.4.4積層欠陥
1.4.5転位
2オーミック電極
2.1n型領域へのオーミック電極形成
2.2p型領域へのオーミック電極形成
2.3n型・p型領域へのオーミック電極同時形成
第13章パワーデバイス用金属電極/SiCの界面反応組織と信頼性
1三元系状態図に基づく反応後の積層順序および組織形態
2Ni/SiCとTi/SiCの界面反応
2.1形成相と組織形態
2.2Ni/SiCの界面反応速度
2.3Ni/SiCの加熱・冷却サイクルによる組織変化と熱応力負荷
3Ni/Ti/SiCの界面反応
第14章SiCパワーデバイス量産に向けたCVD技術
1CVD装置概略
2CVD装置の特徴
2.1VP508GFR
2.2VP2400HW
2.3AIX2800G4WW
2.4SB100 -Sublimation Equipment-
第15章SiCパワーデバイス超高温熱処理装置
1超高温熱処理
2SiCデバイス用縦型超高温熱処理装置
2.1装置構造
2.2装置構成部材としてのSiC
2.2.1焼結SiC
2.2.1.1Si含浸SiC
2.2.1.2多孔質SiC
2.2.2オールCVD SiC
2.3ガス系
2.4真空排気系
2.5安全対策
3クリーンな環境の構築
4酸化特性
第16章SiCパワーデバイス用SIT
1SiC-BGSITの素子構造
2SiC-BGSITの電気特性
2.1静特性
2.2電気特性のチャネル幅依存性
2.3スイッチング特性
2.4負荷短絡耐量・アバランシェ耐量
3ノーマリオフ型SiC-BGSIT
第17章SiC結晶の評価について
1ラマン散乱
1.1ポリタイプ判定
1.2応力評価
1.3SiC結晶の伝導性評価
1.4極紫外励起ラマン散乱
2カソードルミネッセンス
3フォトルミネッセンス(PL)イメージング法
4透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy:TEM)
4.1SiCエピ膜中の結晶欠陥評価
5電子エネルギー損失分光法(Electron Energy Loss Spectroscopy : EELS)
6走査型キャパシタンス顕微鏡
6.1キャリア濃度分布のイメージング
6.2SiCデバイスの評価への応用
第18章SiCパワーデバイスの欠陥解析・観察技術
1SiC結晶評価技術
1.1結晶欠陥観察技術
1.1.1KOHエッチング
1.2SiC半導体の物性評価技術
1.2.1フォトルミネッセンス法
1.2.2赤外反射分光法
1.2.3ラマン散乱分光法
1.2.4DLTS・ICTS法
2素子接合界面評価技術
2.1金属/SiC界面
2.1.1オーミック接合の評価
2.2酸化膜/SiC界面
2.2.1容量-電圧・コンダクタンス-電圧法
2.2.2光電子分光法
2.2.3分光エリプソメトリ
2.2.4電子スピン共鳴法
第19章SiCパワーデバイスにおける欠陥対策とデバイス特性の向上
1MOSFETの低チャネル移動度に関する取り組み
1.1欠陥メカニズム解明へのアプローチ
1.2MOS界面の欠陥対策
2水素終端による界面欠陥修復
2.1第一原理計算によるMOS界面のモデリング
2.2欠陥修復プロセス
3酸化膜品質の向上
4ダイオード特性と欠陥との関係
第20章SiCパワーデバイスの高耐熱実装技術
1SiCパワーデバイスの高耐熱実装技術
1.1車載パワーモジュールの設計課題
1.2SiC高耐熱実装の目的と課題
1.3はんだ代替技術の信頼性問題
2高耐熱実装構造の信頼性評価技術
2.1高信頼性・高耐熱実装コンセプト
2.2局所的な疲労に基づく熱疲労信頼性評価とその検証
2.3高耐熱薄膜接合層の強度評価
第21章SiCパワーデバイスの応用展開
第1節産業モータドライブへの応用展開
1モータドライブ技術とその歴史
2産業用インバータにおけるパワーデバイスの貢献と弊害
3次世代パワーデバイスへの期待
第2節ハイブリッド電気自動車用SiCパワーデバイス
1ハイブリッド電気自動車システムの現状
2HV・EVにおけるSiCパワーデバイス導入に対する期待
3現状の車載用SiCパワーデバイス開発の現状と課題
第3節太陽光発電システムへの応用展開
1パワーコンディショナ(PCS)とは
2PCSの主な回路構成
2.1産業用
2.2家庭用
3SiCパワーデバイスのPCSへの展開可能性
3.1SiCパワーデバイス適用の意義
3.2低損失化の価値
3.3高周波スイッチングの価値
第4節次世代高圧電力変換システムへの応用展開
1SiCデバイスの次世代高圧電力変換システムへの適用効果
21MWマトリックスコンバータ
3DC/DCコンバータ
4直流送電
5100kVA級SiCインバータ



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