2020 Fiscal Year Annual Research Report
SiC半導体中のSi空孔製作用の異種イオン混合サブミクロンビーム形成技術の開発
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20H02673
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
石井 保行 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 放射線高度利用施設部, 課長 (00343905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 雄一 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, 主幹研究員(定常) (10595060)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シリコン空孔 / イオンマイクロビーム / 異種イオン混在ビームの発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代パワーデバイス材料の炭化ケイ素半導体（以下、SiCデバイス）の内部の温度や磁場による 電流分布等（以下、物理量）のその場観察が重要である。現在その方法がないが、有力なのは、SiCデバイス内のSi空孔（以下、Vsi）からの発光波長の変化から物理量を測定する量子センシング技術である。本研究では、代表者らが開発した単一種類ガスイオンのkeVサブミクロンビーム形成装置を基に、異種ガスイオンを混在させたkeVサブミクロンビームを形成し、一回の照射でSiCデバイス内の深度が異なる複数の重要要素にVsiを製作する照射技術の開発を試みる。
初年度（令和2年度）の研究目標は、単一種類ガスイオンビーム装置に設置されているイオン源と同じ既存のデュオプラズマトロン型イオン源を用いて、異種ガスイオンを混在させたイオンビームを発生させその性質を調べる。その後、今回の研究に適したイオン源を開発することである。これを行うため、既存のデュオプラズマ型イオン源を分析電磁石が設置されているテストベンチに設置して動作するようにした。実際にこのイオン源にそれぞれ水素（H2）、ヘリウム（He）及びアルゴン（Ar）のガスを導入して、異種イオンの発生の実験を行い、その性質として、イオン種分析を行った。この結果、水素ガス単独で、2原子（H2）イオンと3原子（H3）イオンのビーム電流を、またHeガスとArガスの異種イオンの混合で、HeイオンとArイオンのビーム電流をそれぞれ同時に発生できることが分かった。これらの実験結果を基に、異種イオンビームを発生しやすくしたイオン源を開発した。また、最終年度に行う異種ガスイオンを混合したイオンマイクロビームのSiCデバイスへの照射の先行研究として、そのデバイスの深さ方向の各機能部位に適した深度で止まるイオン種の選定を進めた。
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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
令和2年度に研究目標は、既存のイオン源を用いて、異種ガスイオンを混在させたイオンビームを発生させその性質を調べる。その後、今回の研究に適したイオン源を開発することとした。これに対して、研究の概要に記述した通り、令和2年度の研究目標をほぼ達成したため、概ね順調であるとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度に開発したイオン源から異種ガスイオンが混在したイオンビームを引き出し、ビーム電流、異種イオンの混在率等のイオンマイクロビーム形成に必要なイオンビームの性質を調べる。さらに、このビームとこれまでのイオン源で発生した水素イオンビームと比較して、マイクロビーム形成にて適したビームが発生できるようにイオン源を改良する。また、Vsiの製作に適したイオンの混合割合になるよう、異種ガスイオンの混合の割合を調節する。一方、最終年度に行う異種ガスイオンを混合したイオンマイクロビームのSiCデバイスへの照射の先行研究として、引き続きそのビームの照射方法等の検討を進める。
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[Journal Article] Carrier dynamics of silicon vacancies of SiC under simultaneous optically and electrically excitations2021
Author(s)
Yamazaki Yuichi, Chiba Yoji, Sato Shinichiro, Makino Takahiro, Yamada Naoto, Sato Takahiro, Kazutoshi Kojima, Yasuto Hijikata, Hidekazu Tsuchida, Norihiro Hoshino, Sang-Yun Lee, Ohshima Takeshi
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 118
Pages: 021106
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 炭化ケイ素中のシリコン空孔 を用いた量子センシング2020
Author(s)
山崎雄一, 千葉陽史, 佐藤真一郎, 牧野高紘, 山田尚人, 佐藤隆博, 土方泰斗, 児嶋一聡, 土田秀一, 星乃紀博, 大島武
Organizer
先進パワー半導体分科会
