2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K19769
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
古田 潤 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (30735767)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SiC MOSFET / 放射線 / トータルドーズ効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年人工衛星の推進方式に電気推進が利用され、電力変換回路の占める割合が急増している。電力変換回路の小型・軽量化の方法として高速動作可能なSiCやGaNなどの次世代パワー素子が注目されている。宇宙空間では多数の放射線が存在するため、放射線による半導体の特性劣化が問題となっている。本研究では放射線による劣化現象であるトータルドーズ効果（TID）の影響をSiC MOSFETを用いて測定する。
初年度はTIDの影響の評価方法として、従来のガンマ線ではなく利用が容易なアルファ線源を用いる方法を採用した。アルファ線源をSiC MOSFET上に配置し、Id - Vg特性の変化を評価した。その結果、放射線によってVthのシフトが生じるだけでなく、オン抵抗の上昇も生じすることを確認した。オン抵抗の上昇はSiC MOSFETのドリフト層に放射線によって欠陥が生じ、不純物密度が相対的に減少するdisplacement damageが発生していることによると推測される。displacement damageは線エネルギー付与の値が小さいガンマ線の測定では報告されておらず、アルファ線による測定特有の現象である。オン抵抗を小さくすることができるSiCなどの次世代パワー半導体ではdisplacement damageによるオン抵抗の上昇が顕著に発生するため、損失の上昇による寿命も考慮する必要がある。
SiC MOSFETとSi MOSFETにおけるTIDの影響についても測定を行った。Si MOSFETの方がTIDによるVthシフトの影響が強く発生し、Ids - Vgs特性においてVthのシフトのみでなく、傾きが緩やかになる現象が確認された。SiC MOSFETを使用することで電力変換回路の小型・軽量化のみでなく、放射線によるTIDによって律速されている人工衛星などの寿命を大幅に改善できることを確認した。
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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
アルファ線を用いたTIDの影響測定によってSiC MOSFETの特性劣化を測定することができ、SiC MOSFETでも放射線の影響が問題になりうることを確認したため。また電圧ストレスによる経年劣化、BTIについても測定を行っており、こちらについてもSiC MOSFETで生じることを確認した。研究計画で確認したい劣化現象が実際に発生しうることを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
TIDとBTIの2つの劣化現象における相関関係の測定を実施していくとともに、一般的なガンマ線によるTIDの測定を行うことで、アルファ線によるTIDとの違いを明らかにする。
また、当初は想定していなかったdisplacement damageによるオン抵抗の影響についても様々な条件による測定によりSiC MOSFETの寿命に与える影響を見積もる予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの影響により学会の参加のための旅費を全く使用しなかったため、次年度に繰り越した。
また、TIDの影響の測定において当初想定していたVthのシフト以外にもsubthreshold swingの劣化などの影響が生じ、電流量の少ない領域での測定を必要とすることが判明した。そのため、次年度の助成金と合わせてカーブトレーサの購入を行う。
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