ライフタイム制御と周辺の高耐圧化

1

パワーデバイスにおける

ライフタイム制御と周辺の高耐圧化

群馬大学 松田順一

2015 年 3 月 2 日

2

概要

1.

1. SRH

2.

3.

4.

5. Auger

2.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

1.

2.

3.

After B. Jayant Baliga

（注）群馬大学アナログ集積回路研究会 第

80

2

2008

3

24

3

パワーデバイスのライフタイム制御

4

再結合プロセス

E C

E V

フォノン または フォトン

再結合中心

E r

SRH

Auger

Band to Band

5

SRH 再結合

 ^{n n np n}  ^pn  ^{p n p p p} 

U

n

p   























 

1 0

0 1

0 0

0 0

   ^{E E}  ^kT

v kT

E E C p

n

r v c

r

p N e

e N n

p n

p n

p n



 







1 1

1 1

0 0 0 0

, :

:

Si n

:

Si p

: : :

: :

再結合準位）

ェルミ準位 平衡状態正孔密度（フ

再結合準位）

ェルミ準位 平衡状態電子密度（フ

孔）ライフタイム 内の少数キャリア（正

型 高ドープ

子）ライフタイム 内の少数キャリア（電

型 高ドープ

平衡状態正孔密度 平衡状態電子密度

過剰正孔密度 過剰電子密度

 

 

再結合率（定常状態、単一準位の再結合中心）

6

ライフタイム

• ライフタイム（空間電荷中性： ）

• 規格化ライフタイム（ｎ型 Si ： ）

p n 

 

 

 











 

 

 











 

 n p n

n p

p n

p n

n n

n U

n

n

p 

 



 

 

0 0

1 0

0 0

0

1 0

0

v

c N

N p

n ₀  ₀ , 

   

 

 

 

 

 

 

 

 ^{E  E kT E  E  E kT}

p

F r i F

r e

h h

e h h

2

0 1

1 1

1

1 1 





0 0 0

,

p n

n h n



 

 



但し、 _ｎ型

_Si

7

少数キャリアライフタイム

r cp Tp r

p p

r cn Tn r

n

n C N V N  C N V  N

 1  1 , ^{1 1}

0

0    

再結合中心の密度

捕獲断面積 再結合中心での正孔の

捕獲断面積 再結合中心での電子の

正孔の熱速度 電子の熱速度

捕獲率 再結合中心での正孔の

捕獲率 再結合中心での電子の

: : : : : : :

r cp cn Tp Tn p n

N V V C C

 

cn cp cn

Tn cp Tp p

n

V V











  0 . 827

0

0  





σ

8

注入レベルによるライフタイム

• 低レベル注入

• 高レベル注入

 

 ^{E E kT}  ^{ E E E  kT}

p

LL   e r ^ F  e ² i ^ r ^ F

0

1 





 ^ 



 _{ } 1

0 p HL

⇒ 注入キャリア密度に無関係

（再結合準位位置（E

_r )とキャリア捕獲断面積比（ζ）に依存）

0 ≪ 1 n

n h  

0 ≫ 1 n

n h  

⇒ 一定値に漸近

（再結合準位位置（

E _r

ζ

9

ライフタイムの注入レベル依存性

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

規格化された注入レベル（δ n / n

)

規格化されたライフタイム（

τ

τ

eV 3 . 0

,

10 

 E _r



eV 8 . 0

,

10 

 E _r



eV 55 . 0

,

10 

 E _r

 eV

55 . 0

,

1000 

 E _r



eV 55 . 0

,

100 

 E _r



3 13 cm 10

5 Doping

K,

300   ^

T 

n

Si

低レベル注入（

h ≪ 1

⇒

E _r

ζ

高レベル注入（

h ≫ 1

⇒

E

ζ

10

低レベル注入時のライフタイム

－再結合準位位置依存性－

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

再結合準位位置（eV）

規格化されたライフタイム （

τ LL

τ p 0

 1000



 100



 10



 1



3 13 cm 10

5 Doping

K,

300   ^



n

Si T

ライフタイム： ミッドギャップ近辺で最小

⇒

11

空間電荷発生ライフタイム

－再結合準位位置依存性－

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 再結合準位位置

E _r

規格化ライフタイム

τ sc

τ p 0

3 13 cm 10

5 Doping

K,

300   ^



n

Si T

発生ライフタイム：

ミッドギャップ近辺で最小

⇒リーク電流最大

SC i SC

I qAWn

 

 E _r E _i  kT  E _i E _r  kT

e

e ^  ^

 





 1000



 100



 10



 1



12

再結合準位位置の最適化

－低レベル注入－

1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

再結合準位位置

_r （eV）

ライフタイムの比（

τ sc

τ LL

300K 330K

3 13 cm 10

5 Doping

100,   ^

 

n

Si

:

LL SC 



・リーク電流低減

・スピードアップ

10％低下

10％低下

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16 1.E+17

キャリア密度(cm ^-3 )

再結合準位位置 (eV）

01 . 0 , 1 . 0 , 1 , 10 ,

 100



 10

   1

1 .

 0

   0 . 01

好ましい領域

E C

E i

E V

 100



％低下点でプロット の最大値から

10

LL SC 



再結合準位位置の最適領域

－低レベル注入－

ミッドギャップより上の好ましい領域

⇒

ζ

⇒

ζ

低ドープ材料

⇒広い最適領域

14

ライフタイム比（ τ _SC /τ _LL ） _max のキャリア密度依存性

－低レベル注入－

1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16 1.E+17 キャリア密度（cm

^-3

ライフタイム比（

τ sc

τ LL

m ax

300K

400K

 ^ _SC ^ _LL  _max ^{ e  E}

^{ E}

^{ kT  n} ₀ ⁿ _i

低ドーピング密度かつ高温

⇒

τ _SC /τ _LL

_max

⇒ 高抵抗基板： τ _LL

低レベル注入

再結合中心⇒バンド端近傍 ドーピング密度に依存

良い

15

高レベル注入時のライフタイム

－最適な再結合準位位置－

• パワーデバイスに求められる条件

– 伝導度変調の増大

•

– スイッチング過程のスピードアップ

•

• 最適な再結合準位位置

 ^{E E}  ^kT  ^{E E E}  ^kT

LL HL

r F F i

r e

e ^  ^{ }



  ₂

1

1









  



 ln

0 kT 2

E dE E

d

i r

LL HL r







 



 



 　　 　

最適な再結合準位位置

⇒ 捕獲断面積比と温度に依存

⇒ 最大化（最適）

16

1.E+00 1.E+01 1.E+02

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16

ドナー密度（cm ^‐3 )

ライフタイム比（

τ HL

τ LL

100

, K

300 

 

T

1

, K

400 

 

T

10

, K

400 

 

T

100

, K

400 

 

T

1

, K

300 

 

T 10

, K

300 

 

T

eV 55 .

 0 E r

τ _HL /τ _LL

⇒ 捕獲断面積比：大、ドーピング密度：大、温度：低 n

Si

ライフタイム比（ τ _HL /τ _LL ）のドナー密度依存性

－高レベル注入－

17

低⇒高レベル注入ライフタイムへの移行

• 最適な再結合準位位置

  ^



2 ln

0 E kT E

dh d dE

d

i r

r







 



 



 ⇒

⇒ 最適位置：ミッドギャップ近傍

⇒ 伝導度変調増大 /

⇒ 最適位置では空間電荷リーク電流増大

18

ライフタイム比（ τ _HL /τ _LL ）と _{E r}

－高ドーピング－

高ドーピング

⇒ 広い領域で高いライフタイム比（ τ _HL /τ _LL

1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 再結合準位位置

Er

ライフタイム比（

τ HL

τ LL

T

=300K, ζ =1

T

=400K, ζ =100

=400K, ζ =10

=400K, ζ =1

=300K, ζ =100

T

=300K, ζ =10

3 15 cm 10

5

Doping   ^

n

Si

19

ライフタイム比（ τ _HL /τ _LL ）と _{E r}

－低ドーピング－

低ドーピング

⇒ 狭い領域でのみ高いライフタイム比（τ _HL /τ _LL

1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 再結合準位位置

Er

ライフタイム比（

τ HL

τ LL

_T

T

T

T

T

T

n

Si Doping  5  10 ¹³ cm ^{ 3}

20

0.6 0.7 0.8 0.9 1

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16 1.E+17

キャリア密度（cm^-3)

最適再結合準位位置（eV） T=300K,

ζ

T=300K,

ζ

ζ

ζ

ζ

ζ

ζ

ζ

ζ

高レベル注入時の最適な E _r 位置

T=300K

T=350K

T=400K

_HL /τ _LL

E _i

E _r

∵ τ _LL

E _r

E _i

τ _LL

E _r

E _i

最適再結合準位位置：キャリア密度の低下と共にミッドギャップに接近 （⇒ 高電圧デバイスではリーク電流低減難）

21

補償効果

• 再結合準位密度 ドナー密度

– 電子：ドナー準位 ⇒ 再結合準位

• 伝導帯中の正味の電子低減⇒抵抗率増大

• ブレークダウン電圧と伝導状態に影響

– 対策

• 再結合準位密度の低減

• 電子と正孔のキャリア捕獲断面積拡大



r cp Tp r

p p

r cn Tn r

n

n C N V N  C N V  N

 1  1 , ^{1 1}

0

0    

22

ライフタイム比（ _{τ HL /τ LL} ）の抵抗率依存性

－同じ深い準位の不純物の採用－

E _r =0.7eV ⇒ 抵抗率の広い範囲に対し、ライフタイム比（ τ _HL /τ _LL

1.E+00 1.E+01 1.E+02

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03

抵抗率（Ω cm）

T=300K T=350K 1.E+01

1.E+02

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03

T=300K T=350K 1.E+01

1.E+02

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03

T=300K T=350K

eV 7 .

 0 E r

eV 55 .

 0 E r

eV 4 .

 0 E r

ライフタイム比（

τ HL / τ LL

n

Si   100

23

ライフタイム制御

• 深い準位の形成

– 不純物拡散（ Au 、 Pt など）

• 拡散温度： 800 ～ 900 ℃

– 高エネルギー粒子注入（空孔、格子間原子）

• 電子、 γ 線、プロトン、 He 注入

–

–

–

–

–

400 ℃以下で可能）

–

24

Si 中の再結合準位位置

Au Pt

0.56 0.35

0.27 0.71 0.87

0.26 0.42 0.78 0.91

E C

E V

E C

E V

E i

支配的

支配的

支配的

by B. J. Baliga

Si

25

Si 中の支配的再結合準位

－ Au 、 Pt 、 ER －

by B. J. Baliga

正孔（cm

²

²

Au 0.56 6.08×10

^‐15

^‐17

Pt 0.42 2.70×10

^-12

^-14

（ER) 0.71 8.66×10

^-16

^-16

再結合 準位位置

（eV）

捕獲断面積

ζ

（

τ _n0

τ _p0

26

ライフタイム比（ _{τ HL /τ LL} ）の抵抗率依存性

－ Au 、 Pt 、電子照射（ ER ）－

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 抵抗率（ Ω cm）

ライフタイム比（

τ HL

τ LL

Au(T=300K) Au(T=350K) Pt(T=300K) Pt(T=350K) ER(T=300K) ER(T=350K)

Pt

Au

ER

Au （ ER と比較）： τ _HL /τ _LL 大 ⇒ V _F ：低、ｽｲｯﾁﾝｸﾞｽﾋﾟｰﾄﾞ：ｱｯﾌﾟ

27

ライフタイム比（ τ _SC /τ _LL ）の温度依存性

－ Au 、 Pt 、電子照射（ ER ）－

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03

200 250 300 350 400 450 500 550 温度（K）

ライフタイム比（

τ sc

τ HL

Au ER

Pt

リーク電流低減（順方向伝導特性で規格化）

⇒ ER、Pt ＞ Au

28

Auger ライフタイム

• 高濃度ｎ型 Si への低レベル注入の場合

• 高濃度ｐ型 Si への低レベル注入の場合

• 低濃度（高抵抗）ｎ型 Si への高レベル注入

• 実効的なライフタイム

電子密度 　　

:

10 8

. 2

1

2

31 n

n

N

A   



正孔密度 　　　

:

10 1

1

2

31 p

p

P

A   



過剰キャリア密度 　　

:

10 4

. 3

1

2

31 n

n

n

A 



  _

 

A SRH

eff  



1 1

1  

29

1.E-10 1.E-09 1.E-08 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04

1.E+17 1.E+18 1.E+19 1.E+20 1.E+21

多数または注入キャリア密度（cm ^‐3 ）

Auger再結合ライフタイム（s）

Si

Auger 再結合ライフタイム

Auger

⇒ 高濃度領域（ P ⁺

N ⁺

（サージ電流（

n>

¹⁸ cm ^{－ 3}

P

 A

: P

n A

 

高密度キャリア注入

:

N

 A

N型 :

30

パワーデバイス周辺の高耐圧化

31

平行平板型接合の臨界電界

• アバランシェ破壊条件

• 臨界電界時の空乏層幅とアバランシェ破壊電圧

• 臨界電界

空乏層幅 　

数 インパクトイオン化係 　

:

: 10

85 . 1

1

7 35 0

W

E

W dx

 



 





8 1 3

, _PP 4 . 01 10 _A

c N

E  

 

 ² 

) (

) (

x 2

qN Wx x

V

x qN W

x E

S A S

A













4 3 13

8 7 10

, _PP  2 . 67  10 _A ^ , _PP  5 . 34  10 _A ^

c N BV N

W

臨界電界時の基本的関係

・アバランシェ破壊電圧

・ドーピング密度

・空乏層幅

32

ブレークダウン電圧と空乏層幅

－階段型接合－

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16 1.E+17 ドーピング密度　 N _A （cm ^-3 ）

ブレークダウン電圧

B V pp

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

ブレークダウン時の空乏層幅

W c, pp

μ

33

臨界電界とドーピング密度との関係

－階段型接合－

0 100 200 300 400 500

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16

ドーピング密度　（cm ^-3 ）

臨界電界　（ｋV/cm)

34

ノーマルとパンチスルーダイオードの比較

－電界分布とドーピングプロファイル－

パンチスルー ノーマル

ノーマル型

（階段型接合）

パンチスルー型

N 

P 

P

P 

0 E C

N 

N 

P 

P

P 

電界分布

ドーピング プロファイル

W E 1

W P

N A

N AP

パンチスルー

ノーマル

S

qN A

dx d



 _{ }

2 2

空乏層広がり ノーマル型＞

パンチスルー型

x

x

35

1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16

P ^- 領域のドーピング密度　（cm ^-3 ）

ブレークダウン電圧　（V）

W P

μm)

P ( W

5 100

50 20 10

N  P ^ P ^

ノーマル型

（平行平板（PP））

パンチスルーダイオード

－ブレークダウン電圧 vs. ドーピング密度－

S P AP P

C PT

W W qN

E

V 2 

 2



パンチスルー型はノーマル型に比べ W を小さくできる ⇒ R 減

ブレークダウン電圧=600V

PP ⇒ 45μm, 4×10

cm

PT ⇒ 31μm, 5×10

cm

パンチスルー型（

PT

36

線型傾斜接合ダイオード

N P

) ( x

Q  W 0

V a

x

x x

 W 0

0 0 0

) ( x V

) ( x E

E m

qGx x

Q ( )  

 ^{2 2} 

) 2

( qG W x

x E

S



 

 

 



  

 6 2 3

) (

3 2

3 W x W

x x qG

V

 S

3

3 1





 



 

 qG

W  ^S V ^a

5 2 9

15 7 5 ,

10 2 . 9

10 1 . 9













G BV

G W

LPP L C

ブレークダウン電圧

線型傾斜型接合＞階段型接合 （∵拡散側への空乏層拡張）

G

37

空乏層広がり

⇒低バイアス：線型傾斜領域

⇒高バイアス：均一ドーピング領域

拡散接合ダイオード

x

x

x

ドーピング 密度（対数）

ドーピング 密度（線型）

電界 ブレークダウン電圧

拡散接合型＞階段接合型

（∵拡散側でも電圧支持）

線型傾斜領域 均一ドーピング領域

38

拡散層端に於ける電界集中

浅い拡散

深い拡散

N 

N 

P

P

電界集中

⇒

電界集中

⇒

39

円柱型接合の断面

N 

P r j

dr

r

r d

空乏層端 接合端

 

）

（最大電界 　

j d S

A S

A

r r

r r r

r qN E

rE qN dr

d r



 

 



 









:

) 2 (

1

2 2





円柱座標

40

円柱型接合の電界と電位分布

• 円柱型接合と平行平板型接合の最大電界比

• 電位分布

d S

A PP

m

j d

j d S

A CYL

m

qN r E

r r r

qN r E









,

2

, ( )

2 　　 ≫

j d PP

m CYL m

r r E

E

, 2

, 

 





 





 





 



 

 





 



 



j d

j S

A

r r r

r qN r

r

V ln

2 ) 2

( ²

2 2



ｒ _{→ r d}

V

ｒ

→ V _a

⇒ r _d

PP m CYL

m j

d r E E

r ≫  _, ≫ _,

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

r

r _d E / E m

円柱型接合における電界の近似

 

 



 

 

 



 



r r r qN

E

r r r

r qN E

d S

A d S

A

2

2 2

) 2 (

) 2 (





正確：

接合 近似

正確

d

j r

r  0 . 1

高電界領域： 近似

⇒

42

円柱型接合の臨界電界

• 近似電界を用いてアバランシェ破壊条件計算

• 臨界電界

7 35 1

, ,

10 25

.

3  





 



 





j CYL

c CYL

m E r

E

 

 



 





 ^

  ^{dr E E qN r} _r ^d

S A r _j

2 7

35

2 , 10

85 . 1

,

1  



7 1

35 6

2

10 85

. 1

6

2  





 





 



 _d ^j _

S

A r

qN r

K 

43

臨界電界・ブレークダウン電圧の比較

－円柱型 / 平行平板型－

• 臨界電界の比

• ブレークダウン電圧の比

7 1 ,

, ,

4 3

 





 



 

j PP c PP

c CYL c

r W E

E

PP c CYL

c E

E _,  _,

低ドープ領域のドーピング密度が同じ場合

7 6

, 7

8 ,

7 6

, 2

,

2 1 ln 2 2

1  





 



 

 





 





 





 



 

 





 





 





 



 

 





 



 

PP c

j j

PP c PP

c j PP

c j PP

CYL

W r r

W W

r W

r BV

BV

j PP

c r

W ≫

但し、 _,

44

球型接合の断面

N 

P r j

dr

r

r d

空乏層端

接合端

 

）

（最大電界 　

j d S

A S

A

r r

r r r

r qN E

E qN dr r

d r



 

 



  







:

) 3 (

1

2 3 3

2 2





球座標

45

球型接合の電界と電位分布

• 球型接合と円柱型接合の最大電界比

• 電位分布

) (

2

) 3 (

2 ,

2 3 ,

j d

j d S

A CYL

m

j d

j d S

A SP

m

r r r

r E qN

r r r

r E qN

≫ 　

≫ 　　









j d CYL

m SP m

r r E

E

3 2

,

, 

 





 





 





 



 

 







 



 

 qN r r r r r

r V

j d

j S

A 1 1

2 ) 3

( ³

2 2



ｒ _{→ r}

V

ｒ

→ V

⇒ r

CYL m SP

m j

d r E E

r ≫  _, ≫ _,

46

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

r

r _d E

E m

球型接合における電界の近似

 

 



 

 

 



  

2 3

2 3 3

) 3 (

) 3 (

r qN r

r E

r r r

r qN E

d S

A d S

A





正確：

接合

正確 近似

d

j r

r  0 . 1

高電界領域： 近似

⇒

47

球型接合の臨界電界

• 近似電界を用いてアバランシェ破壊条件計算

• 臨界電界

7 35 1

, ,

10 03

.

7  





 



 





j SP

c SP

m E r

E

 

 



 





 ^

  ^{dr 1 , 1 . 85 10 35 E 7 , E qN} _{3 r} ^{r d 2 3} S

A

r _j   

7 1

35 13 3

10 85

. 1

13

3  





 





 



 _d ^j _

S A S

r r K qN



48

臨界電界・ブレークダウン電圧の比較

－球型 / 平行平板型－

• 臨界電界の比

• ブレークダウン電圧の比

7 1 ,

, ,

8 13

 





 



 

j PP c PP

c SP c

r W E

E

PP c SP

c E

E _,  _,

低ドープ領域のドーピング密度が同じ場合

3 7 2

13

, 3

, 7

6

, 2

,

3 14

.

2  





 





 





 



 

 





 



 

 





 



 

 





 



 

PP c

j PP

c j PP

c j PP

c j PP

SP

W r W

r W

r W

r BV

BV

j PP

c r

W ≫

但し、 _,

49

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

規格化された接合半径　

r _j

W _c,PP

規格化されたブレークダウン電圧

規格化されたブレークダウン電圧

－円柱型と球型接合－

ブレークダウン電圧 円柱型接合＞球型接合

コーナー部での耐圧の増大化（球型

→

⇒コーナー部の半径： W

2

円柱型接合

PP CYL BV BV

球型接合

PP

SP BV

BV

50

単一フローティング･フィールド･リング

－フィールドリングの電圧－

N  N ^

W m

W f

W s

フローティング フィールドリング

P 2 2

2

2 2

2

s S

A a

s S

A ffr

s s

d S

A ffr

qN W V

qN W V

W W qN W

V













 

 



 



仮定：フローティング・フィール・ドリング⇒空乏層広がりを乱さない

W d

V a V _ffr

51

単一フローティング･フィールド･リング

－最適配置時のブレークダウン電圧－

• 仮定

–

–

–

FFR

• ブレークダウン時の FFR の電圧

• ブレークダウン時の主接合と FFR との間の電位差

PP CYL

PP

F BV BV BV

V  /

V F

 





 





 





 





 





 



 

 





 



 

 





 



 

 ^{6 7} _, ^{4 7}

, 7

6

, 2

,

386 . 1 ln 92

. 1 96

. 2 0

1

j PP c PP

c j PP

c j PP

c j PP

F FFR

r W W

r W

r W

r BV

V BV

接合の電圧 ブレークダウン時の主

FFR :

BV

52

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 0.1 0.2 0.3 0.4

規格化された接合半径　

r _j

W _c,pp

BV FFR

BV PP

単一フローティング・フィールド・リング

－リングの有無によるブレークダウン電圧の比較－

円柱型接合 無

有

単一フローティング・フィールド・リング（有 / 無） ⇒ ブレークダウン電圧約2倍上昇 フローティング・フィールド・リング

53

単一フローティング・フィールド・リング

－最適フィールド・リング・スペース－

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

規格化された接合半径　r

_j

_c,pp

W s

W c, pp

FFR a

CYL F

ffr

BV V

BV V

V







実際にはプレーナ接合の横方向拡散を考慮する必要有

W _S

⇒ BV _FFR

W _S

⇒ BV _FFR

W _S

W _S

 

 



 

 

 



 



PP CYL PP

FFR PP

FFR PP

c S

BV BV BV

BV BV

BV W

W

,

54

円柱型接合端での空乏層広がり

－界面電荷の影響－

N 

N 

N 

正電荷

電荷無し

負電荷

P

P P

単一

FFR

（正の界面電荷）

⇒リーチスルー電圧低下

↓

FFR

WS

⇒界面電荷のばらつき

↓

実用面での限界

⇒

FFR

電界増大

空乏層端 空乏層端

空乏層端

（ブレークダウン電圧上昇）

（ブレークダウン電圧低下）

55

単一フローティング・フィールド・リング

－フィールドリング幅の空乏層広がりへの影響－

N 

空乏層端

（ブレークダウン時）

P

N 

P N 

N 

有効なフィールドリング幅

W _f ≒ W _c,PP

（

W _c,PP

広いフィールドリング

狭いフィールドリング 主接合

主接合

W f

PP

W c _,

空乏層端

（ブレークダウン時）

フィールドリングの効果低減

∵空乏層曲率の低下

W _S