| Project/Area Number |
22K14294
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
平井 悠久 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, 研究員 (10828122)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
|
|---|
| Keywords | 半導体 / パワーデバイス / 結晶 / 界面 / エッチング / 電気特性 / 窒化ガリウム / パワーエレクトロニクス / トランジスタ / 省エネ / MOS |
|---|
| Outline of Research at the Start |
2050年カーボンニュートラルの達成へ向けて、電力の制御に用いられる電子部品であるパワーMOSデバイスについて、電力損失の小さい次世代型素子の普及拡大が重要である。次世代型素子は現状生産コストが高く、コストの削減が必要である。コスト削減においては、半導体チップサイズを縮小することによる半導体ウェハ1枚あたりの生産数増加が有効であり、パワーMOSデバイスの面積あたり抵抗を削減する技術革新が必要である。本研究は次世代パワー半導体GaNを用いたパワーMOSデバイスについて、デバイスに内在するMOSチャネル抵抗を削減する技術を、量産適合性も考慮しながら獲得することを目指すものである。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
予算申請時に検討していたエピ構造のGaN基板について、メーカーとエピ構造についてうちあわせ、正確な評価を可能にするエピ構造の設計を検討し、購入へ進んだ。完成品においてチャネル長1.5μmが正確に作製されていることを外注分析を用いて確かめることができ、またチャネル部における不純物密度も設計どおりであることを確認した。同基板を用いてトレンチMOSチャネルを評価するためのMOSFETパターンを新規に検討し、フォトマスクを作製してMOSFETを試作した。数か月の試作期間を経て、本研究で着目する微傾斜結晶面においてGaNのMOSFET動作を確認することができた。作製したMOSFETは素子構造によっては歩留まりに課題があり、素子の段差部に由来して電流リークが発生していると考えられたため、電流リークをさえぎるための絶縁層を作製する工程を追加する改善プロセスを適用した試作を実施している。一方、チャネルの抵抗値を正確に抽出する課題においては、チャネル以外の抵抗値を正確に比較除去する評価方法を確立し、それらとの差分として>100cm2/Vsのチャネル移動度が得られ、評価素子として使用できることを確かめた。これらをもって、微細なトレンチ側壁のチャネル移動度の評価TEGを確立できており、３年次にはより高い歩留まりの素子でプロセス依存性の詳細を検討できる見込みである。また、本研究の成果に基づいて特許出願した。さらに、国内学会2件において成果発表を実施し、ワイドギャップ半導体のパワーデバイス応用分野にアピールすることができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の特徴的な微傾斜結晶面を用いてMOSFETを作製した。さらに、専用設計のエピ基板とフォトマスクを用いて正確なチャネル抵抗の評価を可能にし、微傾斜結晶面を用いたオリジナルのプロセス開発を実験的に実証した。歩留まりの改善に課題があるものの、原因解明と対策プロセスを適用した試作をすでに実施しており、MOSFET動作も確認することができたことから、二年次の目標を達成したと言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究の特徴的な微傾斜結晶面を用いてMOSFETを試作でき、特性の正確な抽出が可能であることを確かめたため、当初の予定どおりプロセス依存性の評価および、高移動度の実証へ進む。MOSチャネル移動度>150cm2/Vsを微傾斜結晶面で達成する。微傾斜結晶面である場合とそうでない場合の特性の相違について、チャネル移動度のみならずしきい電圧などのMOSデバイスに重要なパラメータについて多角的に比較することで、微傾斜結晶面のパワーデバイス応用におけるポテンシャルを見極めるための実験と解析を進める。
|
