2018 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-scale calculations for complex correlation appearing in SiC oxidation and its impact on electronic properties
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18H03770
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
押山 淳 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任教授 (80143361)
土方 泰斗 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021)
大島 武 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (50354949)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | SiC / 界面 / 単一光子光源 / 欠陥 / 酸化 / 第一原理計算 / 密度汎関数理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、SiC/SiO2界面近傍における欠陥構造特定に向けて研究を進めた。実際に、３つの大きな成果を得ることに成功した。①SiC/SiO2界面近傍における炭素関連欠陥の生成エネルギー計算、②SiC表面単一光子光源の波長ゆらぎの微視的メカニズム解明、③、PbCセンターの生成機構解明、である。以下において、その成果を具体的に説明する。
①SiC/SiO2界面近傍における炭素関連欠陥の生成エネルギー計算。エネルギー論に立脚してSiC/SiO2界面近傍における欠陥構造を絞り込んだ。SiC側、SiO2側、SiC/SiO2ジャスト界面、の３つの領域で炭素欠陥構造を作り込み、static計算を行い欠陥の形成エネルギーを初めて求めることに成功した。網羅的な欠陥構造に対して、その生成エネルギーの酸化条件依存性を明らかにした。その結果、高温低酸素条件下において欠陥の生成エネルギーが高くなり、欠陥濃度が小さくなることが理論的にわかった。このことは、近年の実験事実とも整合していることを明らかにした。
②SiC表面単一光子光源の波長ゆらぎの微視的メカニズム解明。SiC/SiO2界面に出来ている単一光子光源の発行波長が場所場所によって大きくばらつくことが実験的に知られていたが、その微視的メカニズムは理解されてこなかった。本研究では、その微視的メカニズムが単一光子光源近傍の局所歪みによって生じていることを理論計算によって明らかにした。
③PbCセンターの生成機構解明。①の研究で得られた計算結果において見られた特徴的な欠陥の１つに、ジャスト界面における炭素ダングリングボンド（PbCセンター）がある。PbCセンターはごく最近、電子スピン共鳴(ESR)測定で発見された欠陥構造である。我々は、PbCセンターの歪み依存性を計算し、界面でのPbCセンター生成メカニズムを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度は、３つの大きな成果を得ることができた。これは実験との共同研究が進んだこと、そして実験サイドから大きな進展があったためである。量的にも質的にもSiC-MOSデバイス開発に貴重な成果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の成果を受け、令和元年では、次の大きく2つの事柄を進める。(1) SiC-MOSの界面準位低減の理論的提案、(2) SiC中の単一光子光源の電子状態解明。(1) では、得られた成果を元に酸化条件や酸化方法を再考することにより、界面準位提言の理論的提案を行う。(2) では、SiC中の単一光子光源の電子状態計算を計算し、電子注入による励起とスピン偏極のメカニズムを理解する。また、その上で、それを実現するデバイス構造に挑戦する。
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