高エネルギーイオン注入による劣化抑制技術、MOSFETとPiNダイオード違い

高エネルギーイオン注入による劣化抑制技術を、MOSFETとPiNダイオードという2つの代表的なデバイスに適用する場合、その「狙い（構造的な要所）」に違いがあります。

どちらも「基底面転位（BPD）を動かさない」という目的は共通していますが、デバイスの構造上、電流が流れる経路や欠陥が発生しやすい場所が異なるためです。

1. SiC MOSFET における適用

MOSFETの場合、劣化が問題になるのは主にスイッチング時に「ボディダイオード」へ電流が流れるシーンです。

構造的特徴: ソース・ドレイン間に寄生するPN接合（ボディダイオード）が活性化すると、エピタキシャル層全体に少数キャリア（正孔）が注入されます。
注入の狙い: * バッファ層付近への注入: 基板からエピ層へBPDが入り込む「入り口」にピン留め層を作ります。
- トレンチ底部（トレンチ型の場合）: 電界が集中しやすく、欠陥の拡張が始まりやすい場所に点欠陥を導入してガードします。
代替案との比較: 最近ではMOSFET内にSBD（ショットキーバリアダイオード）を内蔵させ、ボディダイオード自体に電流を流さない構造も一般的ですが、高エネルギー注入は「デバイス面積を犠牲にせず、既存のMOS構造のまま信頼性を高める」手段として有効です。

2. SiC PiNダイオードにおける適用

PiNダイオードは、そもそも「バイポーラ動作（電子と正孔の両方が流れる）」を前提とした高耐圧デバイスであるため、MOSFETよりも劣化リスクが非常に高いのが特徴です。

構造的特徴: p⁺層 / n^-層（i層） / n⁺層というシンプルな積層構造ですが、大電流を流すためエピ層内のキャリア密度が極めて高くなります。
注入の狙い: * キャリアライフタイムの制御: 高エネルギー注入により意図的に欠陥（再結合中心）を作ることで、基板付近まで到達する正孔の量を制限し、BPDの拡張エネルギーを削ぎ落とします。
- 界面の「防護壁」: 基板とエピ層の界面付近に高濃度の点欠陥層を形成し、基板側のBPDがエピ層側へ這い上がってくるのを強力にブロックします。

3. 構造と対策の比較まとめ

特徴	SiC MOSFET	SiC PiNダイオード
主な電流経路	通常はチャネル（電子のみ）	厚いエピ層全体（電子＋正孔）
劣化のタイミング	還流時（ボディダイオード通電）	常に（順方向通電時すべて）
イオン注入の役割	寄生ダイオードの「弱点」を補強	デバイス全体の「屋台骨」を強化
注入深さの工夫	ゲート酸化膜を避けた深層部	エピ層と基板の境界（バッファ層）

出典：Google Gemini

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