2022 Fiscal Year Annual Research Report
過酷環境エレクトロニクスにむけた窒化物半導体集積回路プロセス技術の開発
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20K04579
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
岡田 浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30324495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 特任教授 (80149898) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 電子デバイス / 集積回路技術 / プロセス技術 / 絶縁膜形成技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では過酷環境でのエレクトロニクスを可能とする窒化物半導体電子デバイスの開発にむけた検討を行った。当初計画に従い最終年度の研究を進めて得られた成果は３つに要約される。
１点目は過酷環境動作に重要な窒化物半導体に適した絶縁膜形成技術の開発である。申請者らは半導体に対して低ダメージに高品質な絶縁膜形成が期待される基底状態原子支援化学気相堆積技術を提案しており、本研究において過酷環境デバイス用のゲート絶縁膜応用上に重要なリーク電流の低減と界面特性の評価を行った。成果として、堆積後熱処理の効果を検証し、400℃での熱処理によりリーク電流の低減が確認され、3MV/cmの電界印加時に1x10^-9 A/cm2以下のリーク電流の低い絶縁膜が再現性良く得られることを見出した。この手法は窒化物半導体に対しても適用可能であり、絶縁ゲート型窒化物半導体デバイスの実現に有用な知見が得らた。実際に窒化物半導体トランジスタを試作し、195℃でもトランジスタ動作が可能であることを実証した。
２点目は窒化物半導体デバイスの小型化・高性能化に重要なプロセス技術である電極形成技術について、オーミック電極形成技術を検討し、電極を構成するアルミニウムの酸化がコンタクト抵抗に影響し、アルミニウム膜厚の制御がコンタクト抵抗低減に有効であることを見出した。また、集積回路化において重要な素子分離技術についても検討し、隣接デバイス間の影響の評価法や、基板コンタクト形成などを踏まえた素子設計の要諦を実験データに基づいて明らかにした。
３点目は、過酷環境でのエレクトロニクス展開に重要な窒化物半導体集積回路の設計を行い、窒化物半導体ヘテロ接合を用いたインバータや発振回路を設計し、その原理検証実験を開始した。この取り組みはこれまでの知見に基づくもので、シリコン集積回路技術も取り入れた新しい展開に繋げることができた。
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