2020 Fiscal Year Research-status Report
Understanding of NBTI phenomenon and its control guidelines for high reliability SiC power devices
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20K04574
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
岡本 大 筑波大学, 数理物質系, 助教 (50612181)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SiC MOSFET / NBTI / 信頼性 / しきい値電圧変動 / MOS界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンカーバイド(SiC)を用いた電力変換素子は、低炭素社会を目指していくための必須技術である。本研究では、SiC MOSFETで問題となっている負のゲートバイアス印加時のしきい値電圧不安定性（NBTI）の原因を特定することを目的とし、評価手法の検討と素子作製プロセス依存性についての調査を行っている。初年度である令和２年度には、研究の立ち上げと、デバイスのNBTI特性の評価手法の確立についての検討を主に行い、以下の成果を得た。まず、pチャネルSiC MOSFETに対して、高速I-V測定装置を用いたOn-the-fly測定によって負バイアス時のしきい値電圧測定を行う手法を検討した。その結果、これまでに考慮されてきていなかったストレス印加時のgm変動を考慮しなければ、On-the-fly法では誤差が大きくなることを明らかとし、それを補正する手法を提案した。これまでの手法では測定できていなかった100 nsオーダーの短時間領域のしきい値電圧変動測定が可能となり、これを基にしきい値変動メカニズムの議論を行うことができた。次に、ストレス印加によって新たな界面準位が生成されるのかを検証するため、On-the-flyチャージポンピング測定を用いたSiC MOSFETの評価に取り組んだ。測定プログラムを自作して測定を行い、負バイアスしきい値印加時に新たな界面準位が生成されていく様子を観察することができた。このようにSiC MOSFETの新しい評価手法を確立することに成功した。これらの成果を基に、２年目以降も引き続きNBTIメカニズムの解明に取り組んでいく。
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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年度中に改良高速On-the-fly法とOn-the-flyチャージポンピング法の２つの評価手法を確立することができた。これらの手法は、NBTIのメカニズムを解明していくうえで、強力なツールとなると考えられ、２年目以降の研究推進の基盤となると考えられる。国内での研究会での２件の報告など、外部発表も順調に行えており、原著論文投稿の準備もできている。一方で、産総研で測定を行うことを計画していた別の測定手法については、コロナウイルスの影響により、出張ベースでの測定を断念したものもある。しかし、令和２年度中に行なう予定であった研究計画は、一部計画変更はあったものの、おおむね遂行できたと考えられる。よって、(2)おおむね順調に進展していると評価した次第である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度に確立できた測定手法を用いて、さらに詳細にNBTIメカニズムの検討を行っていく。測定条件をさらに詳細に変化させ、活性化エネルギーなどの情報を得ることにより、NBTIの原因の特定を試みる。一方で、産総研への出張ベースでの測定は、今後の状況が見通せないため、富山県立大学内の測定環境を充実させる必要があると考えられる。来年度は、科研費によって測定環境を整え、社会情勢に依存せずコンスタントに結果が得られるよう環境整備を行う。最終的には、NBTIを抑制するためにはどのようなプロセスを用いればよいのかについての指針を示すことを目指す。
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| Causes of Carryover |
未使用額が発生した理由は、研究の進捗状況に合わせ、予算執行計画を変更したためである。特に令和２年度においては、出張ベースでの測定が困難となった影響が大きい。また、貴重な予算を節約しながら有効に使用しているため、次年度使用額が生じた。来年度はこの未使用額を用いて測定環境などを改善することで、さらに研究を加速して推進していく。
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Research Products
(2 results)
