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2017 Fiscal Year Annual Research Report

低損失p型SiC超接合パワーMOSFETの基盤技術開発

Research Project

Project/Area Number 16H04326
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

矢野 裕司  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40335485)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩室 憲幸  筑波大学, 数理物質系, 教授 (50581203)
岡本 大  筑波大学, 数理物質系, 助教 (50612181)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywordsパワーデバイス / 炭化ケイ素 / 超接合 / pMOS
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、大容量の相補型電力変換器の実現に必要となる高耐圧・低損失p型SiC超接合(SJ)MOSFETの基盤技術開発を目的としている。特に、p型チャネル特性の向上をSJ構造導入によるドリフト層の低抵抗化を対象とし、平成29年度は以下の研究に取り組んだ
1.p型SiC-MOS特性の改善と詳細評価:p型4H-SiC上にMOSキャパシタをドライ酸化で形成し、コンダクタンス法による解析を試みたところ、欠陥からの信号として低周波と高周波に応答する成分に分けられることが分かった。高周波応答成分は界面準位からの、低周波応答成分は界面近傍酸化膜トラップ(NIT)からの信号であることが新たに判明し、価電子帯側にもNITが存在することを明確にした。また、そのエネルギー分布を明らかにした。NOガスによる窒化処理によりこれらの欠陥密度が大きく低減する。その効果は10分でも大きく認められ、それ以上の長時間処理を行っても特性改善はわずかである。pチャネルMOSFETの特性からは、窒化時間が長くなるほど電界効果移動度の減少が認められた。しきい値電圧のシフトと併せて考えると、窒化によるSiCチャネル中への窒素ドナーの増加が考えられた。また、ホール効果測定から、電界効果移動度とホール効果移動度はほぼ等しく、稼働電子の捕獲の効果はnチャネル素子に比べて小さいことも明らかになった。
2.p型SJ構造形成プロセス:高エネルギーイオン注入を用いたSJピラー構造形成プロセスフローを検討した。作製プロセスを考慮してSJ構造のピラー幅を2.5umとすると、1300V耐圧時のオン抵抗RonAは9mΩcm2となり、1umのピラー幅に比べて3mΩcm2大きくなることがシミュレーションから判明した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

P型MOS界面特性の評価では新たな知見が得られたことは大きな成果であり順調に進捗していると考えているが、p型SJ構造形成プロセスの開発があまり進んでおらず、やや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

P型MOS界面特性の評価は、引き続き窒化法による試料の特性解析を中心に進めるとともに、リンやホウ素の導入効果の検討を行う。特に、窒化により界面に導入された窒素の振る舞いに着目し、固定電荷と窒素ドナーの切り分けやそれらによりチャネル内の正孔の散乱機構の解明に取り組むとともに、高いチャネル移動度と安定したしきい値電圧の両立プロセスを確立する。
p型SJ構造プロセスの開発については、開発実績を有する産総研の協力のもとに進める予定であり、遅れを挽回したい。特に高エネルギーイオン注入に耐えうるマスクをなるべく細い線幅で形成することがキーとなる。

  • Research Products

    (14 results)

All 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Impact of oxide thickness on the density distribution of near-interface traps in 4H-SiC MOS capacitors2018

    • Author(s)
      X. Zhang, D. Okamoto, T. Hatakeyama, M. Sometani, S. Harada, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 57 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of fast and slow responses in AC conductance curves for p-type SiC MOS capacitors2018

    • Author(s)
      Y. Karamoto, X. Zhang, D. Okamoto, M. Sometani, T. Hatakeyama, S. Harada, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 57 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Robustness Capability of -730 V P-Channel Vertical SiC Power MOSFET for Complementary Inverter Applications2017

    • Author(s)
      J. An, M. Namai, H. Yano, and N. Iwamuro
    • Journal Title

      IEEE Trans. Electron Devices

      Volume: 64 Pages: 4219-4225

    • DOI

      10.1109/TED.2017.2742542

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of Near-Interface Traps at 4H-SiC Metal-Oxide-Semiconductor Interfaces Using a Modified Distributed Circuit Model2017

    • Author(s)
      X. Zhang, D. Okamoto, T. Hatakeyama, M. Sometani, S. Harada, R. Kosugi, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 10 Pages: 064101/1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.10.064101

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Impact of passivation treatments on channel mobility for p-channel 4H-SiC MOSFETs2018

    • Author(s)
      X. Zhou, D. Okamoto, T. Hatakeyama, M. Sometani, S. Harada, Y. Karamoto, X. Zhang, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] pチャネル4H-SiC MOSFETにおける酸化膜リーク電流伝導機構の解析2018

    • Author(s)
      根本宏樹, 岡本大, 染谷満, 木内祐治, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Difference of NIT Density Distribution in 4H-SiC MOS Interfaces for Si- and C-faces2018

    • Author(s)
      Xufang Zhang, Dai Okamoto, Tetsuo Hatakeyama, Mitsuru Sometani, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, and Hiroshi Yano
    • Organizer
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 -材料・プロセス・デバイス特性の物理- 第23回研究会
  • [Presentation] Analysis of Fast and Slow Responses of Interface Traps in p-type SiC MOS Capacitors by Conductance Method2017

    • Author(s)
      Y. Karamoto, X.Zhang, D. Okamoto, M. Sometani, T. Hatakeyama, S. Harada, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Organizer
      2017 International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices - Science and Technology - (2017IWDTF)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Oxide Thickness on the Density Distribution of Near-interface Traps in 4H-SiC MOS Capacitors2017

    • Author(s)
      X. Zhang, D. Okamoto, T. Hatakeyama, M. Sometani, S. Harada, N. Iwamuro, and H. Yano
    • Organizer
      2017 International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices - Science and Technology - (2017IWDTF)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SiC MOSデバイスにおける界面欠陥と信頼性2017

    • Author(s)
      矢野裕司
    • Organizer
      第37回ナノテスティングシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 4H-SiC MOS 界面におけるNIT 密度分布の膜厚依存性2017

    • Author(s)
      Xufang Zhang, Dai Okamoto, Tetsuo Hatakeyama, Mitsuru Sometani, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, and Hiroshi Yano
    • Organizer
      先進パワー半導体分科会 第4回講演会
  • [Presentation] コンダクタンス法によるp型SiC MOS界面の高速及び低速応答準位の解析2017

    • Author(s)
      唐本祐樹, 張旭芳, 岡本大, 染谷満, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • Organizer
      先進パワー半導体分科会 第4回講演会
  • [Presentation] Verification of density distribution of near-interface traps in 4H-SiC MOS capacitors with different oxide thicknesses2017

    • Author(s)
      Xufang Zhang, Dai Okamoto, Tetsuo Hatakeyama, Mitsuru Sometani, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, and Hiroshi Yano
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] コンダクタンス法によるp型SiC MOSキャパシタ界面特性の解析2017

    • Author(s)
      唐本祐樹, 張旭芳, 岡本大, 染谷満, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会

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Published: 2018-12-17  

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