2020 Fiscal Year Research-status Report
A study on scattering mechanisms of inversion layer mobility in SiC MOSFETs
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19K04494
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
畠山 哲夫 富山県立大学, 工学部, 教授 (90222215)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 移動度 / 双極子 / 散乱 / 二次元電子ガス / シリコンカーバイド / 界面 / MOSFET / 遮蔽 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元電子ガスに対する標準的な散乱理論に基づいて運動量緩和時間を計算し、その緩和時間から移動度を求める計算プログラムを開発した。二次元電子ガスのz方向の波動関数は、波動方程式とポアソン方程式の自己無撞着計算により求めた。
移動度の計算結果とこれまでに得た、SiC MOS界面の移動度の温度依存性、キャリア濃度依存性、実効電界依存性を比較し、SiC MOS界面の移動度の律速要因となる支配的な散乱機構を推定した。まずフォノン散乱とは低温での温度依存性が異なるのでフォノン散乱は当該の散乱機構の候補から落とせる。次にクーロン散乱体の場合は遮蔽効果が大きく、キャリア濃度増大に伴い移動度が増大するが、この傾向は実測値とは真逆である。ラフネス散乱に関しては、高電界では主な散乱機構であるが、実効電界減少と共に急激に増大するので、低実効電界領域では主な散乱機構とはなりえない。
以上、Si MOS界面で主な散乱機構と考えられた散乱（フォノン散乱、クーロン散乱、ラフネス散乱）は低実効電界領域のSiC MOSFETの移動度の律速要因とは考えにくい。移動度の実験データを解析すると、実効電界増大に従って移動度は減少し、波動関数と界面の距離に移動度は敏感であるが、一方遮蔽効果は小さいことが分かる。そこでクーロン散乱体より遮蔽効果が小さい双極子散乱による移動度を計算したところ、実験結果を再現することがわかった。現在は双極子の物理的起源について考察を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
移動度計算プログラムがほぼ完成し、SiC MOS界面移動度の散乱機構別の特徴を明確化できたこと。その計算結果と実験結果の比較により、主な散乱機構の候補が絞り込めたこと。研究の目標はSiCMOS界面の移動度の主たる散乱機構とその具体的な原因を突き止めることである。現状、ほぼ研究目標通りに研究は進捗している。残された謎は、主たる散乱要因候補としての双極子の具体的な実体を明確にすることである。孤立した高密度の双極子の原因となる界面欠陥や双極子散乱体の生成機構について学説を確立することが必要である。あと１年研究期間が残されているので、現在温めている構想を論理化し、学説と言えるまで明確化すしていきたい。もちろん散乱体として孤立した双極子以外にも相互作用が短距離かつある程度遮蔽効果がある散乱体の存在の可能性はあるので、その他の可能性も含めてより深い考察を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
SiC MOS界面固有の散乱体形成メカニズムを考察する。移動度から散乱体の相互作用の特徴を押さえることができたので、その散乱体の実体を欠陥の第１原理計算の結果等と参照しながら、SiC MOS界面固有の散乱体形成の物理の学説を構築する。
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| Causes of Carryover |
国際会議キャンセルによる出張費減と、コロナ対応による出張回数減により、出費が減少した。
次年度使用分は今年度論文を集中的に投稿するので論文投稿費用と英文校閲費用に充当する。
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