先端半導体デバイスと材料の放射線損傷

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09045063
• Research Institution: Kumamoto National College of Technology
• Principal Investigator: 大山 英典 熊本電波工業高等専門学校, 電子工学科, 助教授 (80152271)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SIMOEN Eddy IMEC, 主任研究員 ; CLAEYS Cor IMEC, 教授 ; 博多 哲也 熊本電波工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助手 (60237899) ; 工藤 友裕 熊本電波工業高等専門学校, 情報通信工学科, 助手 (90225160) ; 葉山 清輝 熊本電波工業高等専門学校, 電子工学科, 講師 (00238148)
• Keywords: 半導体デバイス / 高エネルギー粒子線 / 放射線損傷 / 特性劣化 / 格子欠陥 / SiGe / InGaAs / HEMT

Research Abstract

近年の原子炉・高エネルギー粒子加速器及び人工衛星の発達に伴い、放射線環境下でも正常に動作する半導体デバイスの開発に関する研究が各地で行われている。本研究は先端半導体デバイス及び材料の放射線損傷に関するもので、高速Si系、化合物系半導体ヘテロデバイス(SiGeHBT、InGaAsHEMT等やSi撮像デバイス等)に各種放射線(電子、中性子、陽子、X線等)を照射しデバイス特性の劣化機構の解明から、宇宙や原子炉等の過酷な環境下においても高信頼性動作が可能な耐環境強化デバイスを開発することを目的とする。
主な研究成果は次の通りである。
1. SiGeデバイスの照射により損傷は照射量と供に増加する一方、Ge含有量と供に減少する。
2. 照射後、ボロンに関連する格子欠陥がSiGeエピタキシャル層内に導入に形成される。それは、生成・再結合中心として働きデバイス特性の劣化に主に関連する。
3. InGaAsHEMTの損傷は電子供給層に導入された格子欠陥に起因すると思われる。
4. 陽子線の損傷係数は中性子線のそれとほぼ同程度ある一方、電子線の3桁程大きい。この原因は質量と核衝突の差に基づく格子欠陥形成確立の差によると思われる。
5. 劣化した特性と導入格子欠陥は熱処理により回復する。

Research Products

• [Publications] H.Ohyama et al.: "Impact of high energy particles InGaP/InGaAs pseudomorphic HEMTs" IEEE Trans. on Nucl. and Sci.45. 2861-2866 (1998)
• [Publications] E.Simoen et al.: "Factors determining the damage coefficients and the low-frequency noise in MeV proton irradiated silicon diodes" IEEE Trans. on Nucl. and Sci.45. 89-97 (1998)
• [Publications] E.Simoen et al.: "Factors determining the lifetime damage coefficients and the low-frequency noise in MeV proton irradiated silicon diodes" J. Radioanal. Nucl. Chem.239. 207-211 (1999)
• [Publications] H.Ohyama et al.: "Radiation damage in Si_<1-X>Ge_X heteroepitaxial devices" J. Radioanal. Nucl. Chem.239. 351-355 (1999)
• [Publications] T.Kudou et al.: "Effect of irradiation in InGaAs photo devices" J. Radioanal. Nucl. Chem.239. 361-364 (1999)
• [Publications] T.Hakata et al.: "Degradation of MOSFETs on SIMOX by irradiation" J. Radioanal. Nucl. Chem.239. 357-360 (1999)