2021 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 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 (10595060)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | SiC半導体デバイス / イオンマイクロビーム / イオン源 |
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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、有力な候補は、SiCデバイス内のSi空孔（以下、Vsi）から発せられる光の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。
令和3年度では、①令和2年度に開発したフィラメントを有するPIGモードとデュオプラズマトロンモードの2つを高圧電源や電流電源の接続を変えることで使い分けることができるハイブリッド型イオン源（以下、HBイオン源）の動作条件の研究とSiC半導体試料に低速イオン注入をすることでVsiを製作するための装置整備を行った。
①では、HBイオン源をテストベンチに設置し、長時間安定にイオンビームの発生が期待できるPIGモードで動作試験を行った。プラズマの発生の際に、アノード電圧を印加するとプラズマが発生する前に電極間が放電する現象が発生した。この原因が、ガス導入配管の一部に使用したセラミックス製の絶縁パイプで低電圧放電の発生条件になっていることが分かり、これを緩和する印加電圧にした結果、プラズマの発生及び水素イオンビームが安定に発生できるようになった。
②では、令和5年度のSiC半導体へのイオンマイクロビームの照射の基礎データの取得の一貫として、最適な照射ビームエネルギーを取得するため、令和2年度まで使用してきたイオン源を使用して、SiC半導体デバイスへイオンビームを照射する実験装置を整備した。この中では、イオンビームの分析を行うため、30度の分析電磁石を使用した。
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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3年度は、令和2年度に開発したイオン源の性能試験を行うことと、イオンマイクロビームの半導体デバイスへの照射条件の探索を目標とした。令和3年度の研究では、上記の研究を実施できたため、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
異種イオンマイクロビーム照射を行うため、開発したイオン源での異種イオン源の発生条件の研究を継続すするとともに、KeVイオンマイクロビーム装置にイオン源を搭載し、異種イオンマイクロビームの形成を試みる。一方、令和5年度で、SiC半導体へそのイオンマイクロビームを照射するため、照射条件の探索を継続する。
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