2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research on Radiation-Hardened CMOS Integrated Circuits using Wide Bandgap SiC Semiconductor(Fostering Joint International Research)
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15KK0240
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (70400281)
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| Project Period (FY) |
2016 – 2017
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| Keywords | 極限環境エレクトロニクス / シリコンカーバイド / CMOS集積回路 / MOSFETs / 耐放射線 / 耐高温動作 / 廃炉技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在福島第一原発の廃炉活動が進められているが、その廃炉工程には高放射線環境での作業が必要であり、ロボットの投入による速やかな廃炉活動が求められている。しかし通常ロボットの頭脳であるSi半導体集積回路は、放射線耐性が低く、高い放射線環境下では破損する。本研究は4H-SiC半導体による放射線耐性に優れたCMOS集積回路の研究を行い、廃炉工程に関わるロボット群の頭脳を構築することを目標としている。本研究は、国際共同研究としてスウェーデン王立工科大学（KTH Royal Institute of Technology）のProf. Carl-Mikael Zetterlingと推進した。平成28年度は4H-SiC MOSFETsデバイスの高性能化、小規模集積回路研究、特にPseudo-CMOS回路の研究を進めたが、平成29年度はこれら研究を引き続き行いつつ、高周波動作のための研究、とくに高周波動作を制限しているMOSFETsデバイスの寄生容量を低減した新しいセルフアライメントプロセスを提案し、試作し実証した。この新しいセルフアライメントプロセスでは、従来ゲート構造を使いゲートとソース・ドレインのアライメントを行うのに対して、先にソース・ドレイン不純物構造を形成したのちに、ドライエッチングで4H-SiC基板側にゲート構造を埋め込むトレンチ構造を作ることでセルフアライメントを実現している。4H-SiC nMOSFETsの高性能化の研究として、ゲート絶縁膜/4H-SiC界面にBa(バリウム）原子、F（フッ素）原子を導入することで、キャリア移動度の向上を行った。これらを総合的に進めることで、4H-SiC MOSFETs回路の高周波動作の指針を与えることができた。またこれらデバイスの500℃までの動作実験を行った。これらを総合的に進めることで、4H-SiC MOSFETsを用いた耐放射線・耐高温集積回路の研究を進めた。
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[Journal Article] 4H-SiC Pseudo-CMOS Logic Inverters for Harsh Environment Electronics2017
Author(s)
S-I. Kuroki, T. Kurose, H. Nagatsuma, S. Ishikawa, T. Maeda, H. Sezaki, T. Kikkawa, T. Makino, T. Ohshima, M. Ostling, and C.-M. Zetterling
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Journal Title
Mat. Sci. Forum
Volume: 897
Pages: 669-672
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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