2016 Fiscal Year Research-status Report
顕微光応答法による金属／ワイドギャップ半導体界面の不均一な劣化機構の2次元評価
| Project/Area Number |
15K05981
|
|---|
| Research Institution | University of Fukui |
|---|
Principal Investigator |
塩島 謙次 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (70432151)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 明弘 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (10251985)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 界面顕微光応答法 / ショットキー電極 / GaN / SiC / IGZO |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では我々が独自に開発した２次元評価法（界面顕微光応答法）が、ワイドバンドギャップ半導体上に形成した電極の劣化機構の解明に適応できることを実証することが目的である。本研究ではGaN、及びSiCショットキー電極に高電圧印加、又は熱処理を行い、デバイスの実動作環境における劣化過程を評価する。さらに、未結合手をもたないグラフェン層を電極界面に保護膜として介在させた構造の信頼性に対する有効性も明らかにする。
初年度は高電圧印加装置の立ち上げ、SiC、GaNショットキー接触を作製し、電極の熱劣化、高電圧劣化を2次元評価することに注力した。
H28年度は上記検討に加え、半導体表面の損傷や結晶に粒界を多く持つ３C-SiC上のNi電極、及び酸化物半導体であるIGZO上に形成した電極の電圧印加劣化の2次元評価を新たに行った。損傷の評価においては、GaN表面を部分的に塩素系ガスでドライエッチングし、その上にNi電極を形成した試料では、エッチングの損傷を明瞭に像として表すことができた。さらに、SiC表面にNイオンを選択的に注入した試料でも、注入の損傷を可視化することができた。不均一な結晶の評価では、４H-SiC上に３C-SiCを成長した試料では、結晶粒界を光電流の像として示すことが出来、粒界では障壁高さが低いことが明らかとなった。通電劣化の評価では、液晶パネル用のトランジスタとして実用化されているIGZO上の電極に高電圧を加え、電極端から劣化することを可視化し、電流―電圧特性との相関を示した。これらの結果は本手法が電極面内の電気的特性を非破壊で2次元的に評価出来る特徴が大いに役立っていることを示すものである。
一方、グラフェンを介在したNi/SiC電極も作製に成功し、グラフェンがNi電極からはみ出している部分でも2次元像が得られ、電極端面の加工の評価にも本手法が有効であることを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
購入した3kVのソースユニットを用いて、10 fA台の低ノイズレベルで高電圧を印加できる測定系を構築することにより、界面顕微光応答法による各種ワイドバンドギャップ半導体上の電極の2次元評価を系統的に行える環境を整えた。SiC,及びGaNショットキー電極の熱劣化の評価結果が評価され、英国の業界誌に注目すべき研究として取り上げられた（“Probing buried interfaces in Schottky contacts”, Compound semiconductor, Vol 21, Issue 3, Research review, pp. 69-69 (2015) ）。
評価対象の材料は当初のGaN,SiCだけでなく、IGZOといった酸化物半導体にまで範囲を広げている。Si/SiCの半導体/半導体ヘテロ界面を高感度で評価できることも発見した。検出できる物理現象としては、熱劣化、通電劣化だけでなく、イオン注入、又はドライエッチング時の表面損傷にも有効であることを示した。これらの成果はIWN,SSDM等の国際学会、JJAP、PPS(B)の論文誌に採択された。
さらにグラフェンを介在した電極作製にも成功し、2次元評価だけでなく、理論計算を含めて基礎検討が進捗している。
このように本課題はH2８年度中に18件の全国大会での発表（招待講演1件を含む）、7件の国際学会（招待講演1件を含む）、2件の学術論文、1件の特許出願の業績を挙げており、当初の計画通りに進展していると考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
H29年度はGaNパワーデバイスの実用化において重要な課題である高電圧印加による電極の劣化において、ショットキーダイオード、および電界効果トランジスタにリアルタイムで電圧を印加しながら2次元像を撮影した結果を中心として進め、国際学会（SSDM）に投稿する予定である。また、粒界をもつ３C-SiC試料では、本手法のピントを調整することにりSiC膜の表裏両面が評価出来ることを示した結果も報告予定である。酸化物半導体上に形成した電極では、電極材料による熱劣化過程の違いを評価する予定である。
グラフェン膜の評価は、n-SiC基板上に形成したグラフェンにNi薄膜を蒸着し、グラフェン介在電極構造の2次元評価を進める。
|
| Causes of Carryover |
春期応用物理学会講演会で発表する予定であった学生が諸般の事情により、講演が出来なくなり、出張費を次年度使用とした。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の学会発表費用として使用予定である。
|
