Elucidation of SiC-MOS interfaces by developing electronic structure calculation methods
| Project/Area Number |
21H04553
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (90762336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤ノ木 享英 (梅田享英) 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10361354)
大島 武 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, センター長 (50354949)
吉岡 裕典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60712528)
土方 泰斗 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021)
押山 淳 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任教授 (80143361)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2021: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000)
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| Keywords | SiC / DFT / 界面欠陥 / 量子コンピュータ / 電子状態計算 / 界面 / 局在 / SiC-MOS / 移動度キラー |
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| Outline of Research at the Start |
SiC-MOSデバイスは、Siに変わる次世代パワーデバイスとして大きな注目を集めている。しかし、そのSiC-MOS界面（SiC/SiO2界面）には多くの課題が山積している。界面近傍において電子や正孔の移動度に影響を与える欠陥が多量に存在していることが知られている。それらデバイス特性に影響を与える欠陥構造を理論と実験の共同研究により改名することが本研究課題の目的である。また、それを実現するための理論計算手法の確立も本研究課題の目的の１つである。これにより、電子・正孔特性に影響を及ぼすSiC/SiO2界面近傍の欠陥の特定と、界面処理法として知られる窒化界面処理法の微視的有効性の解明を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
外部電場下におけるSiC/SiO2界面の電子状態解析を行った。その結果、界面の構造チャネル構造に大きく影響し、電子状態が強く局在化することがわかった。SiC界面において、A面やM面では、電子の界面近傍での閉じ込め効果は有効質量近似でよく記述されていることがわかった。一方で、Si面における界面近傍での電子状態の影響は強く、有効質量近似が破綻していること、さらには原子層1-2層と極近傍に強く局在していることがわかった。このことはSi面では、電子キャリアが界面欠陥に対して敏感に影響され、大きく散乱される可能性を示唆している。これが、Si面で移動度劣化が大きいという実験と確かに矛盾しないことを確認した。次に、Si面において、有効質量近似が破綻する理由としては、4H-SiC結晶が持つSi面垂直方向への長周期性に由来することを晶Kにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
A面やM面がSi面よりも移動度が良い理由はこれまで未解明であった。今回の成果により、それが、4H-SiC結晶の構造周期性が持つ本質的な性質と不可欠に生じうる問題であることを初めて解明することに成功した。さらには、半導体テクノロジーがこれまで信じていた有効質量近似の破綻とつながることを明らかにした。これは、SiCパワエレだけに限らず、一般の半導体材料に対していうことのできる一般性のある、重要な基礎科学の知見を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次に、界面近傍での窒素ドーパントの役割の解明と、さらなる界面特性改善の方法の提案を行う。また、界面欠陥の電子状態の高精度な計算手法を、実験と比較する形で実施する。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
