GaN/SiCデバイスのC–V測定とは
～次世代パワーデバイスの電気特性を非破壊で評価する基本手法～
■ 定義
GaN（窒化ガリウム）やSiC（炭化ケイ素）を材料としたパワー半導体デバイスに対して、静電容量とバイアス電圧の関係（C–V特性）を測定する手法を「C–V測定」と呼びます。
この手法により、デバイス内部のドーピング分布、空乏層の広がり、界面準位、しきい値電圧などの重要パラメータを非破壊かつ高分解能で評価できます。
■ なぜGaN/SiCにC–V測定が必要か？
| 理由 | 説明 |
|---|---|
| ✅ 高耐圧・高周波用途 | 空乏層制御・寄生容量の最適化が求められる |
| ✅ 新材料特有の界面問題 | Siとは異なるトラップ・界面準位の影響を把握 |
| ✅ プロセス管理 | ドーピング制御・酸化膜形成のばらつき評価 |
| ✅ 信頼性・寿命設計 | バイアスストレスによる特性変動の事前把握 |
■ 測定対象となる構造例
| デバイス | 測定対象 |
|---|---|
| GaN HEMT | ゲート下のキャリア密度・空乏制御 |
| SiC MOSFET | 酸化膜容量（Cox）、界面準位（Dit）、しきい値電圧（Vth） |
| ダイオード（SBD, PiN） | 結合容量、拡散深さ、空乏層容量変化 |
| MIS構造（AlGaN/GaNなど） | 絶縁膜特性、界面欠陥密度 |
■ 測定の基本構成
C–V測定は以下のような測定器構成で行われます：
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CVU（Capacitance–Voltage Unit）
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高電圧DCバイアス源（±数10V～±1kV）
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周波数可変のAC信号源（例：1kHz～1MHz）
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プローブステーション or 専用ソケット
■ 主な測定パラメータと抽出例
| パラメータ | 内容 | 応用 |
|---|---|---|
| C–V曲線 | 電圧に対する静電容量変化 | 空乏領域の広がり、しきい値電圧 |
| 1/C²–Vプロット | 線形化してドーピング密度を抽出 | 拡散プロファイル評価 |
| Cox（酸化膜容量） | 酸化膜厚から推定 | 絶縁膜の均一性・プロセス管理 |
| Dit（界面準位密度） | HF–LF差分やコンダクタンス法で抽出 | 信頼性・トラップ評価 |
■ 測定時の留意点（GaN/SiC特有）
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| ✅ 高抵抗材料への対応 | AC信号周波数・振幅の最適化が重要 |
| ✅ 界面トラップ応答 | 周波数依存性を考慮してHF/LF測定併用 |
| ✅ 寄生インダクタンス抑制 | 高周波ノイズ対策・ケーブル配置に注意 |
| ✅ プラズマダメージの影響 | プロセス由来の界面欠陥を含めて解析 |
■ 測定例：SiC MOSFETのC–V曲線
■ T&Mコーポレーションの対応ソリューション
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✅ GaN/SiC対応のC–V測定装置（例：TECHMIZE TH512）
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✅ ±100V以上のゲートバイアス印加対応
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✅ サンプル形状に応じたプローブ冶具設計
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✅ 高温環境でのC–V測定にも対応可（要オプション）
■ まとめ
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 定義 | GaNやSiCなどのワイドバンドギャップ半導体デバイスに対する静電容量-電圧測定 |
| 目的 | ドーピング評価、界面品質確認、MOS構造の信頼性確認など |
| 利点 | 非破壊、定量的、製造工程の評価に有効 |
| 関連装置 | CVU、LCRメーター、プローブステーション、高電圧バイアス電源 |
T&Mコーポレーションでは、次世代パワーデバイス向けのC–V測定評価環境をトータルでサポートいたします。測定項目の選定から装置導入、解析支援まで一貫して対応可能です。お気軽にご相談ください。