SiC MOSFET「二重トレンチ（Double Trench）」や「電界緩和層」

SiC MOSFETの最新技術である「二重トレンチ（Double Trench）」や「電界緩和層（シールド層）」は、トレンチ型の弱点である「ゲート酸化膜の破壊」を防ぎつつ、極限までオン抵抗を下げるための高度な構造です。

主にローム（ROHM）や三菱電機などがこの分野で世界をリードしています。

1. 二重トレンチ構造（Double Trench）

通常のトレンチ構造はゲート用の溝が1つだけですが、二重トレンチでは「ゲート用トレンチ」の両脇に「ソース用トレンチ」を配置します。

• 構造: 中央の深い溝（ゲート）の横に、さらに深い、または同等の深さのソース電極に直結した溝を掘ります。

• メリット:

• • 電界の遮蔽: 高いドレイン電圧がかかった際、両脇のソーストレンチ（およびその底部にあるp型領域）が電界を「横取り」し、中央のゲート酸化膜に強い電界が届かないようにガードします。

  • ゲート容量の低減: ゲート面積を最適化できるため、スイッチングスピードが速くなります。

2. 電界緩和層（シールド層 / ボトム保護層）

トレンチ底部に不純物（主にp型）を深く注入し、電界を物理的にブロックする構造です。メーカーによって「ボトムプロテクション」や「シールド構造」と呼ばれます。

• 仕組み:

• • ドレインに高電圧がかかると、トレンチ底部のp型領域から空乏層が広がり、ゲート酸化膜の角（コーナー部）に電界が集中するのを防ぎます。

  • これにより、SiCの限界に近い高い電圧（例えば1200Vや3300V）をかけても、薄いゲート酸化膜が破れずに済みます。

• 課題と対策:

• • このp型層が厚すぎると、今度は電流の通り道が狭くなり、抵抗が上がってしまいます。

  • 最新技術: 三菱電機の「斜めイオン注入」などの技術を用いて、トレンチの「底」だけに精密に保護層を作り、抵抗上昇を最小限に抑えています。

3. なぜこの構造が重要なのか？（物理的理由）

SiCは材料自体の絶縁破壊電界強度がSi（シリコン）の約10倍と非常に高いのが特徴です。

1. 高電界設計: SiCの能力を活かすには、デバイス内部で高い電界をかける設計にします。

2. 酸化膜の限界: しかし、ゲート絶縁膜（$SiO_{2}$）自体の強度はSiもSiCも変わりません。

3. 矛盾の解消: 「SiCには高い電界をかけたいが、酸化膜にはかけたくない」という矛盾を解決するために、二重トレンチや電界緩和層によって電界をデザイン（マネジメント）する必要があるのです。

4. 各社の独自アプローチ

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