パワーデバイス劣化機構の解明に向けた格子欠陥のオペランド観察技術の開発
| Project/Area Number |
23K26565
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| Project/Area Number (Other) |
23H01872 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Mie University (2024)
Japan Fine Ceramics Center (2023) |
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Principal Investigator |
姚 永昭 三重大学, 研究基盤推進機構, 教授 (80523935)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 由加里 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 特任主幹研究員 (60416196)
菅原 義弘 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (70466291)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | Ga2O3 / 結晶欠陥 / X線トポグラフィー / オペランド観測 / 転位 / パワーデバイス / オペランド観察 / 放射光 / crystal defect / dislocation / power device / operando / X-ray topography |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、実際の電力変換・制御時と同様な高電圧・大電流・高温の条件でデバイスを動作させながら、半導体結晶に含まれる格子欠陥の挙動をサブμmの高空間分解能かつリアルタイムで可視化する手法―パワーデバイス格子欠陥のオペランド観察法―を開発する。観察の結果に基づき、劣化を引き起こすキラー欠陥の正体と劣化の機構を突き止め、高性能・高信頼性のパワーデバイスを実現するために必要な欠陥低減の指針を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ワイドギャップ化合物半導体パワーデバイスの劣化機構の徹底的解明に向けて、実際の電力変換・制御時と同様な高電圧・大電流・高温の条件でデバイスを動作させながら、半導体結晶に含まれる格子欠陥の挙動をサブμmの高空間分解能かつリアルタイムで可視化する手法―パワーデバイス格子欠陥のオペランド観察法―の確立を目的とした。
R5年度は光学系の構築に取り組んだ。表面のエピタキシャル層（エピ層）を観察する反射配置と下地の基板内部を観察する透過配置をそれぞれ単独に実施する光学系を構築した。反射配置では、X線回折強度、放射光ビームラインの光学系配置、X線の結晶中への侵入深さを考慮し、回折条件と撮影条件検討を行った。回折ベクトルにg316を用い、約20度の入射角度でデバイス表面にX線を照射することで、厚み100nmのTi/Au電極を通してエピ層およびエピ層と基板の界面付近の欠陥を高感度で検出することを確認した。透過配置では、デバイスの裏面よりX線を入射し、基板、エピ層、および界面を全て含む情報を2D投影像として取得する方法を確立した。
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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
R5年度は欠陥をリアルタイムで撮影する光学系を構築した。表面のエピタキシャル層（エピ層）を観察する反射配置と下地の基板内部を観察する透過配置をそれぞれ単独に実施する光学系を検討した。厚み100nmのTi/Au電極を通してエピ層およびエピ層と基板の界面付近の欠陥を高感度で検出することを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記手法の更なる高度化を図り、光学系を改良することで、リアルタイム撮影の高速化と高空間分解能の同時実現に取り組む。また、表面側からは反射g波でエピ層、裏面側からは透過o波でデバイス全体、の欠陥を同時にリアルタイムで観察する方法の確立に取り組む。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
