2015 Fiscal Year Annual Research Report
４Ｈ－ＳｉＣ熱酸化界面構造の理解に基づくＭＯＳＦＥＴ高性能化のための材料設計
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15J10704
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平井 悠久 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / ワイドギャップ半導体 / 炭化ケイ素 / MOSFET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
4H-SiCは優れた物性を有しており、パワーMOSFETに適用することで、電力損失の削減が期待されている。しかしながら現状のMOSFETは4H-SiCの物性から期待される品質をはるかに下回っており、MOS界面に対する理解に基づくデバイス設計指針が必要である。
本研究で注意深く作成した評価用デバイスは、従来と類似の手法を用いながらも、従来の性能に対し、数倍高いキャリア移動度を示すことがわかった。そこでまず本年度は、作成した素子の特性評価手法について検討した。チャネル長が10μm以下のMOSFET素子を用い、Split C-V測定において100kHzの高周波を適用することで、特性評価における界面欠陥の影響を軽減することを可能とした。このような精度を高めた評価手法を適用し、本研究で作成したMOSFETが過去の報告に比べて高い性能を示すことを確かめた。当研究成果は、デバイス・材料分野で広く認知されているJJAP誌へ掲載された。
また、本研究で用いた手法のどの点が、従来法との差を生んでいるかを明らかにするためには、デバイス作成プロセスの各段階が与える影響を、切り分けることが重要である。そこで、4H-SiC MOSFETを作成する際に必須のプロセスである1650℃程度の超高温熱処理に着目した。超高温熱処理は基板表面にダメージを導入しうるプロセスであるにもかかわらず、MOSFET移動度に与える影響の議論は見落とされてきた。これに対し本研究では、熱処理温度が比較的低い1300℃の条件でもMOSFET特性が評価できることを見出し、少なくとも本研究の条件下では、移動度に対し10%程度の劣化効果を及ぼしうることを明らかにした。この値は小さくはないものの、本研究と従来法との素子性能差を説明するには小さく、超高温熱処理が移動度に与える影響は限定的であることが確かめられた。
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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
実際に素子を作成し評価した結果、従来の手法に比べ数倍程度の移動度の向上が見られたため。また、初年度の計画であるデバイスプロセスの低温化による超高温熱処理の影響評価についても、約10%程度の影響にとどまっていることがわかり、移動度に与える影響が支配的でないことを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き本研究の素子の特徴解明を継続し、高移動度素子形成に重要な工程を明らかにする。特に、SiC MOSデバイスを形成する際には、ゲート酸化工程や犠牲酸化工程において熱酸化で基板の表面領域を消費するが、この時に基板深部に及ぼされる影響は明らかではなく、評価の余地があると考えられる。
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