High radiation resistant CMOS integrated circuits using Wide-Band Gap SiC Semiconductor

• Project/Area Number: 25420331
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Shin-Ichiro Kuroki 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (70400281)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 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

Outline of Final Research Achievements

Radiation-hardened electronics has been required for the decommissioning of the Fukushima-1 plant accident. . 4H-SiC with wide-bandgap energy is one of the candidate for base semiconductor for the radiation-hardened electronics. In this work, 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi silicide contacts were demonstrated in harsh environments of high gamma-ray radiation up to over 100 Mrad and high-temperature up to 450°C. For an integrated logic circuits, pseudo-CMOS and nMOS inverters were also demonstrated.

Research Products

• [Int'l Joint Research] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)
• [Journal Article] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs in Harsh Environments, High-Temperature and High Gamma-Ray Radiation (2016)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Mat. Sci. Forum Volume: 858 Pages: 864-867
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.864
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi Silicide ohmic contacts (2016)
  • Author(s): H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T. Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • Journal Title: Mat. Sci. Forum Volume: 858 Pages: 573-576
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.573
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Low resistance ohmic contact formation on 4H-SiC c-face with NbNi silicidation using nano-second laser annealing (2016)
  • Author(s): M. D. Silva, S. Ishikawa, T. Kikkawa, and S.-I. Kuroki
  • Journal Title: Mat. Sci. Forum Volume: 858 Pages: 549-552
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.549
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Low resistance Ohmic Contact Formation of Ni Silicide on Partially Si Ion Implanted n+ 4H-SiC (2014)
  • Author(s): Milantha De Silva, Tadashi Sato, Shin-Ichiro Kuroki and Takamaro Kikkawa
  • Journal Title: Material Science Forum Volume: 778-780 Pages: 689-692
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.778-780.689
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 4H-SiC MOSFETs and Logic Inverters for Radiation-Hardened Electronics (2016)
  • Author(s): Shin-Ichiro Kuroki
  • Organizer: 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)
  • Place of Presentation: 福島県・いわき市
  • Year and Date: 2016-04-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アルカリ土類金属によるSi及び4H-SiCの増殖酸化 (2016)
  • Author(s): 村岡 幸輔、瀬崎 洋、石川 誠治、前田 智徳、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 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)
  • Author(s): ミランタ デシルワ、川崎 輝尚、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 4H-SiC nMOSFETによるPseudo-CMOS論理インバータの研究 (2016)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 4H-SiC nMOSFETsによる論理インバータ回路の研究 (2016)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都・東工大 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 4H-SiC MOSFETs for power and harsh environment electronics (2016)
  • Author(s): 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
  • Organizer: Annual World Congress of Smart Materials 2016-Develop New Path of Smartness
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2016-03-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi Silicide Contacts After High Gamma-Ray Radiation (2015)
  • Author(s): H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T, Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • Organizer: 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)
  • Place of Presentation: 群馬県・桐生市桐生市・市民文化会館
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 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)
  • Author(s): Milantha De Silva、石川 誠治、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • Organizer: 先進パワー半導体分科会 第2回講演会
  • Place of Presentation: 大阪市・大阪国際交流センター
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 先進パワー半導体分科会 第2回講演会
  • Place of Presentation: 大阪市・大阪国際交流センター
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] 4H-SiC MOSFETsによる極限環境エレクトロニクスへの展開 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会 第12回研究集会
  • Place of Presentation: 京都市・龍谷大学響都ホール校友会館
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] Characterization of 4H-SiC nMOSFETs in Harsh Environments; High-Temperature and High Gamma-Ray Radiation (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 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)
  • Place of Presentation: Giardini Naxos, Italy
  • Year and Date: 2015-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi silicide ohmic contacts (2015)
  • Author(s): H. Nagatsuma, S-I. Kuroki, M. De Silva, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T, Kikkawa, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
  • Organizer: 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)
  • Place of Presentation: Giardini Naxos, Italy
  • Year and Date: 2015-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low resistance ohmic contact formation on 4H-SiC c-face with NbNi silicidation using nano-second laser annealing (2015)
  • Author(s): Milantha De Silva, Seiji Ishikawa, Takamaro Kikkawa, and Shin-Ichiro Kuroki
  • Organizer: 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)
  • Place of Presentation: Giardini Naxos, Italy
  • Year and Date: 2015-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市・名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 4H-SiC MISFETsのためのAl2O3,Al6Si2O13ゲート絶縁膜の研究 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市・名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 極限環境4H-SiC MISFETsのためのAl2O3,Al6Si2O13ゲート絶縁膜の研究 (2015)
  • Author(s): 赤瀬 光、Milantha de Silva、長妻 宏都、吉川 公麿、黒木 伸一郎
  • Organizer: 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
  • Place of Presentation: 徳島市・徳島大 常三島キャンパス
  • Year and Date: 2015-08-01
• [Presentation] 4H-SiC nMOSFETs with As-doped S/D and NbNi silicide (2015)
  • Author(s): Hirofumi Nagatsuma, Shin-Ichiro Kuroki, Milantha De Silva, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, Takamaro Kikkawa, Mikael Ostling and Carl-Mikael Zetterling
  • Organizer: International Workshop on Nanodevice Technologies 2015
  • Place of Presentation: 東広島市
  • Year and Date: 2015-03-03
• [Presentation] Low Resistance Ohmic Contact Formation for SiC Schottky Barrier Diode (2015)
  • Author(s): Milantha De Silva, Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, and Takamaro Kikkawa
  • Organizer: International Workshop on Nanodevice Technologies 2015
  • Place of Presentation: 東広島市
  • Year and Date: 2015-03-03
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [Presentation] 4H-SiCドライ熱酸化膜への疎水化処理の効果 (2014)
  • Author(s): 佐藤 旦，黒木伸一郎，石川誠治, 前田知徳, 瀬崎 洋, 吉川公麿
  • Organizer: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [Presentation] 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)
  • Author(s): Milantha De Silva，黒木伸一郎，石川誠治, 前田知徳, 瀬崎 洋, 吉川公麿
  • Organizer: 応用物理学会 先端パワー半導体分科会 第一回講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [Presentation] Leakage Current Reduction of 4H-SiC Schottky Barrier Diode by Using Sacrificial Oxidation (2014)
  • Author(s): Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, and Takamaro Kikkawa
  • Organizer: 2014 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco (USA)
  • Year and Date: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [Presentation] Leakage Current Reduction of 4H-SiC Schottky Barrier Diode by Using Sacrificial Oxidation (2014)
  • Author(s): Shin-Ichiro Kuroki, Seiji Ishikawa, Tomonori Maeda, Hiroshi Sezaki, Takamaro Kikkawa
  • Organizer: 2014 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Low Ohmic Contact Formation of Ni Silicide on Partially Si Ion Implanted n+ 4H-SiC (2013)
  • Author(s): Milantha de Silva, Tadashi Sato, Shin-Ichiro Kuroki and Takamaro Kikkawa
  • Organizer: The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2013 (ICSCRM2013)
  • Place of Presentation: 宮崎県宮崎市
• [Presentation] 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)
  • Author(s): Milantha de Silva，黒木 伸一郎, 佐藤 旦, 吉川 公麿
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
• [Remarks] 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/
• [Remarks] 広島大学半導体集積科学専攻
  • URL: http://www.seis.hiroshima-u.ac.jp/
• [Remarks] 広島大学研究者総覧
  • URL: http://seeds.hiroshima-u.ac.jp/soran/4596db8/
• [Remarks] 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/
• [Remarks] 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
• [Remarks] 広島大学研究者総覧
  • URL: http://seeds.hiroshima-u.ac.jp/soran/4596db8/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 黒木 伸一郎、ミラン ダ シルワ、石川 誠治
  • Industrial Property Rights Holder: 黒木 伸一郎、ミラン ダ シルワ、石川 誠治
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-008954
  • Filing Date: 2016-01-20