ワイドバンドギャップSiC半導体による放射線耐性に優れたCMOS集積回路の研究

• 研究課題/領域番号: 25420331
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (70400281)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 極限環境エレクトロニクス / シリコンカーバイド / 集積回路 / MOSFET / 耐放射線 / 耐高温 / 原子力発電所廃炉 / シリコンカーバイド極限環境エレクトロニクス / CMOS集積回路

研究成果の概要

福島第一原子力発電所廃炉では超高放射線環境での作業が必要であり、ロボットの投入による速やかな廃炉活動が求められている。しかし通常ロボットの頭脳であるSi半導体集積回路は、放射線耐性が低く、高い放射線環境下では容易に破損する。本研究では4H-SiC半導体による放射線耐性に優れた集積回路の研究を行った。本研究で作製した4H-SiC MOSFETsについて高ガンマ線曝露実験および高温動作実験を行い、それぞれ1.13 MGy曝露後での動作および、450℃での高温動作を示した。また集積回路の基本構造であるインバータ回路について、nMOSインバータ、Pseudo-CMOSインバータ回路の研究を行った。

研究成果

• [国際共同研究] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)
• [雑誌論文] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs in Harsh Environments, High-Temperature and High Gamma-Ray Radiation (2016)
  • 著者名/発表者名: S-I. Kuroki, H. Nagatsuma, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T. Kikkawa, T. Makino, T. Ohshima, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • 雑誌名: Mat. Sci. Forum 巻: 858 ページ: 864-867
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.864
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi Silicide ohmic contacts (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T. Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • 雑誌名: Mat. Sci. Forum 巻: 858 ページ: 573-576
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.573
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low resistance ohmic contact formation on 4H-SiC c-face with NbNi silicidation using nano-second laser annealing (2016)
  • 著者名/発表者名: M. D. Silva, S. Ishikawa, T. Kikkawa, and S.-I. Kuroki
  • 雑誌名: Mat. Sci. Forum 巻: 858 ページ: 549-552
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.549
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low resistance Ohmic Contact Formation of Ni Silicide on Partially Si Ion Implanted n+ 4H-SiC (2014)
  • 著者名/発表者名: Milantha De Silva, Tadashi Sato, Shin-Ichiro Kuroki and Takamaro Kikkawa
  • 雑誌名: Material Science Forum 巻: 778-780 ページ: 689-692
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.778-780.689
  • 査読あり
• [学会発表] 4H-SiC MOSFETs and Logic Inverters for Radiation-Hardened Electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin-Ichiro Kuroki
  • 学会等名: International Workshop on Radiation Resistant Sensors and Related Technologies for Nuclear Power Plant Decommissioning 2016 (R2SRT2016, 廃炉に向けた耐放射線センサー及び関連研究に関するワークショップ)
  • 発表場所: 福島県・いわき市
  • 年月日: 2016-04-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アルカリ土類金属によるSi及び4H-SiCの増殖酸化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村岡 幸輔、瀬崎 洋、石川 誠治、前田 智徳、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] レーザアニールによる4H-SiC C面上のTi-Si-Cオーミックコンタクトの形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: ミランタ デシルワ、川崎 輝尚、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 4H-SiC nMOSFETによるPseudo-CMOS論理インバータの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長妻 宏郁、黒木 伸一郎、黒瀬 達也、石川 誠治、前田 知徳、瀬崎 洋、吉川 公麿、牧野 高紘、大島 武、Mikael Ostling、Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 4H-SiC nMOSFETsによる論理インバータ回路の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬 達也、黒木 伸一郎、長妻 宏郁、石川 誠治、前田 知徳、瀬崎 洋、吉川 公麿、牧野 高紘、大島 武、Mikael Ostling、Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 4H-SiC MOSFETs for power and harsh environment electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin-Ichiro. Kuroki, Hirofumi Nagatsuma, Milantha De Silva, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, Takamaro Kikkawa, Takahiro Makino, Takashi Ohshima, Mikael Ostling, and Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: Annual World Congress of Smart Materials 2016-Develop New Path of Smartness
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-03-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi Silicide Contacts After High Gamma-Ray Radiation (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T, Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • 学会等名: The 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications(RASEDA2015、第11回宇宙用半導体素子放射線影響国際ワークショップ)
  • 発表場所: 群馬県・桐生市桐生市・市民文化会館
  • 年月日: 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素侵入型金属とレーザアニールを用いた4H-SiCパワーデバイスのための低抵抗オーミック抵抗の形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: Milantha De Silva、石川 誠治、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会 第2回講演会
  • 発表場所: 大阪市・大阪国際交流センター
  • 年月日: 2015-11-09
• [学会発表] NbNiシリサイドコンタクト4H-SiC nMOSFETsの高ガンマ線照射後及び高温時の動作特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長妻 宏郁、黒木 伸一郎、Milantha De Silva、石川 誠治、前田 知徳、瀬崎 洋、吉川 公麿、牧野 高紘、大島 武、Mikael Ostling、Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会 第2回講演会
  • 発表場所: 大阪市・大阪国際交流センター
  • 年月日: 2015-11-09
• [学会発表] 4H-SiC MOSFETsによる極限環境エレクトロニクスへの展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 黒木伸一郎、長妻宏郁、Milantha De Silva, 石川誠治、前田知徳、 瀬崎洋、 吉川公麿、 牧野高紘、 大島武、Mikael Ostling、Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会 第12回研究集会
  • 発表場所: 京都市・龍谷大学響都ホール校友会館
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs in Harsh Environments; High-Temperature and High Gamma-Ray Radiation (2015)
  • 著者名/発表者名: S-I. Kuroki, H. Nagatsuma, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T. Kikkawa, T. Makino, T. Ohshima, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • 学会等名: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2015(ICSCRM2015, シリコンカーバイト及び関連材料に関する国際会議)
  • 発表場所: Giardini Naxos, Italy
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi silicide ohmic contacts (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T, Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • 学会等名: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2015(ICSCRM2015, シリコンカーバイト及び関連材料に関する国際会議)
  • 発表場所: Giardini Naxos, Italy
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Low resistance ohmic contact formation on 4H-SiC c-face with NbNi silicidation using nano-second laser annealing (2015)
  • 著者名/発表者名: Milantha De Silva, Seiji Ishikawa, Takamaro Kikkawa, and Shin-Ichiro Kuroki
  • 学会等名: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2015(ICSCRM2015, シリコンカーバイト及び関連材料に関する国際会議)
  • 発表場所: Giardini Naxos, Italy
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] レーザアニールとカーボン侵入型金属による低抵抗SiCオーミック接触の形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: ミランタ デシルワ、石川 誠治、前田 知徳、瀬崎 洋、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋市・名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 4H-SiC MISFETsのためのAl2O3,Al6Si2O13ゲート絶縁膜の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤瀬 光、石川 誠治、前田 知徳、瀬崎 洋、Milantha de Silva、長妻 宏都、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋市・名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 極限環境4H-SiC MISFETsのためのAl2O3,Al6Si2O13ゲート絶縁膜の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤瀬 光、Milantha de Silva、長妻 宏都、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • 学会等名: 2015年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • 発表場所: 徳島市・徳島大 常三島キャンパス
  • 年月日: 2015-08-01
• [学会発表] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi silicide (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Nagatsuma, Shin-Ichiro Kuroki, Milantha De Silva, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, Takamaro Kikkawa, Mikael Ostling and Carl-Mikael Zetterling
  • 学会等名: International Workshop on Nanodevice Technologies 2015
  • 発表場所: 東広島市
  • 年月日: 2015-03-03
• [学会発表] Low Resistance Ohmic Contact Formation for SiC Schottky Barrier Diode (2015)
  • 著者名/発表者名: Milantha De Silva, Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, and Takamaro Kikkawa
  • 学会等名: International Workshop on Nanodevice Technologies 2015
  • 発表場所: 東広島市
  • 年月日: 2015-03-03
• [学会発表] Nb/Niシリサイドによる４H-SiCオーミックコンタクト電極の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長妻宏郁，黒木伸一郎，MILANTHA DE SILVA，赤瀬光, 古林寛, 石川誠治，前田知徳, 瀬崎洋, 吉川公麿
  • 学会等名: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [学会発表] 4H-SiCドライ熱酸化膜への疎水化処理の効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 旦，黒木伸一郎，石川誠治, 前田知徳, 瀬崎 洋, 吉川公麿
  • 学会等名: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [学会発表] 部分的アモルファス化によりオーミック抵抗の低減とSBD特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: Milantha De Silva，黒木伸一郎，石川誠治, 前田知徳, 瀬崎 洋, 吉川公麿
  • 学会等名: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [学会発表] Leakage Current Reduction of 4H-SiC Schottky Barrier Diode by Using Sacrificial Oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, and Takamaro Kikkawa
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] Leakage Current Reduction of 4H-SiC Schottky Barrier Diode by Using Sacrificial Oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, Takamaro Kikkawa
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Low Ohmic Contact Formation of Ni Silicide on Partially Si Ion Implanted n+ 4H-SiC (2013)
  • 著者名/発表者名: Milantha de Silva, Tadashi Sato, Shin-Ichiro Kuroki and Takamaro Kikkawa
  • 学会等名: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2013 (ICSCRM2013)
  • 発表場所: 宮崎県宮崎市
• [学会発表] 部分的アモルファス化によるn+ 4H-SiC上のNiシリサイド・オーミック抵抗のTLMパターン依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: Milantha de Silva，黒木 伸一郎, 佐藤 旦, 吉川 公麿
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
• [備考] 広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所
  • URL: http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 広島大学半導体集積科学専攻
  • URL: http://www.seis.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 広島大学研究者総覧
  • URL: http://seeds.hiroshima-u.ac.jp/soran/4596db8/
• [備考] 広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所
  • URL: http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 広島大学大学院先端物質科学研究科半導体集積科学専攻
  • URL: http://www.seis.hiroshima-u.ac.jp/index.php?id=246
• [備考] 広島大学研究者総覧
  • URL: http://seeds.hiroshima-u.ac.jp/soran/4596db8/index.html
• [産業財産権] 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 黒木 伸一郎、ミラン ダ シルワ、石川 誠治
  • 権利者名: 黒木 伸一郎、ミラン ダ シルワ、石川 誠治
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-008954
  • 出願年月日: 2016-01-20