2014 Fiscal Year Annual Research Report
超高次非線形誘電率顕微鏡による次世代電子デバイスのナノスケール評価技術の研究
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14J08084
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
茅根 慎通 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 超高次非線形誘電率顕微鏡法 / 非線形誘電率顕微鏡法 / 走査型プローブ顕微鏡法 / 半導体デバイス評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，電力をコンピュータ等を用いて精密に制御する技術が身の回りの家電製品や自動車・鉄道において発展しており，将来的には電力網全体を緻密かつ高効率に制御する技術が検討されている．これらの技術において重要な役割を果たすのは電力を制御するために用いられるパワー半導体デバイスである．典型的な例はダイオードやトランジスタ（特にMOSFET）である．近年，これまでのシリコン（Si）デバイスを超える特性を持つと期待され研究開発が進められているのがシリコンカーバイト（SiC）をはじめとするワイドギャップ半導体を用いたパワー半導体デバイスである．この新しいデバイスは，従来では取扱が非常に困難で大型な装置を必要としていた送電網級の電力を直接取り扱うことも可能であると期待されており，電力網や鉄道などの分野におけるパワーエレクトロニクスの中心的な役割を担うことになると期待されている．一方でデバイスのキャリア分布評価が難しいためにデバイスが意図した構造になっているのかや，意図した振る舞いをしているのかなどを鮮明に観測する術がなく，研究開発コストが大きくなるなどの問題も抱えている．
ゲートにバイアスを印加した状態のSiCパワーMOSFET断面のキャリア分布測定技術の開発を，超高次非線形誘電率顕微鏡法（SHO-SNDM）と呼ばれる走査型プローブ顕微鏡法を応用することにより行った．これまでにもSiデバイスに対して走査型静電容量顕微鏡による動作中解析の報告はされてきたが，本研究では静電容量の非線形性を詳細に解析できる点や，連続的に変化するバイアスに対する変化を比較的短時間に解析できる点，また探針試料間電位差を補償しながら測定する点で，測定手法に独自性がある．本研究成果はSiCパワーデバイスの研究開発における強力なツールの一つになり得ると期待され，半導体産業の発展に資する可能性があるものと期待される．
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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
SiCパワーデバイスの評価技術の開発に関しては期待以上に進展したと考えているが，微細デバイスの評価技術については期待した進展が無かったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
SiCパワーデバイス評価に関してはサンプルに印加するバイアス条件をより実際のアプリケーションに近づけることを目標とする．現在はバイアスを印加しているのはゲートのみであり，周波数も直流から100 Hz程度である．少なくともkHzのオーダーまで上昇させる必要がる．また，キャリア濃度の定量化も行っていく必要がある．
微細デバイスの評価に関しては研磨技術の高度化が必要である．研磨条件の最適化を行う必要がある．
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