2019 Fiscal Year Annual Research Report
Electron-spin-resonance characterization on interface defects at wide-gap semiconductor (SiC and GaN) MOS interfaces
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17H02781
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藤ノ木 享英 (梅田享英) 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10361354)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 光央 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60450665)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 炭化ケイ素 / 窒化ガリウム / MOS界面 / 界面欠陥 / ダングリングボンド / 電子スピン共鳴 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
4H-SiC MOS界面においては「PbCセンター」と名付けた炭素由来の界面欠陥/界面準位が重要であることが分かってきた。この欠陥の正体を明らかにするため、電流検出型電子スピン共鳴（EDMR）分光を使って微弱な13C核スピン超微細分裂の検出を試み、通常の電子スピン共鳴では4000日以上かかる検出に成功した。PbCセンターの高感度EDMRスペクトルからは炭素原子1サイト分の13C核スピン超微細分裂に加えて、Si原子3サイト分の29Si核スピン超微細分裂が同時に観測された。その結果、PbCセンターが界面に垂直な炭素ダングリングボンド欠陥（Si3≡C・、・は不対電子を表す）であることが確定した。この欠陥はSi(111)/SiO2界面のPbセンター（界面Siダングリングボンド欠陥、Si3≡Si・）によく似ている。さらに東京工業大学の松下雄一郎グループの第一原理計算（VASP＋HSE06）との比較によって、PbCセンターが4H-SiC(0001)面の炭素アドアトム上に発生していることも明らかになった。以上の結果はAppl. Phys. Lett.誌（Vol.116, p.071604 (2020)）にて発表され、Featured articleにも指定された。
PbCセンターはダングリングボンド欠陥なので、中性状態から電子、正孔のどちらも捕獲することができる。このためnチャネル、pチャネルの両方の4H-SiC MOSFETにおいて可動キャリアの減少を招き、これが移動度劣化につながる。界面窒化によってPbCセンターは急速に減少するが、窒化時間が10分を超えて60分、120分になると2種類の窒素関連欠陥が発生することが明らかになった。これらはEDMR解析の結果から、Kセンター（N3≡Si・）とincomplete K center（C2N1≡Si・）である可能性が高いことが分かった。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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