2021 Fiscal Year Annual Research Report
4H-SiCパワーデバイス用転位動力学シミュレータの開発
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20K22384
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榊間 大輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50884194)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 4H-SiC / 積層欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代パワーデバイスとして期待される4H-SiC半導体素子では、順方向動作中に積層欠陥が急速に拡大する事によりデバイス性能が劣化する順方向劣化現象が問題となっている。同様の現象は高ドープ基板の高温アニールでも観察されおり，SiC半導体特有の克服すべき課題となっている。この自発的な積層欠陥拡大は、電気的なエネルギー低下、積層欠陥エネルギー、分解せん断応力の3つの要素に基づいて理論モデリングが可能であると考えられているが、これらを統合したモデリングは実現されていない。本研究では、電気・熱・応力の影響を一体的に取り扱う事のできる解析手法の提案を目指している。
2020年度は，順方向劣化現象へ応力が与える影響に関する実験，デバイスシミュレーション，有限要素法を活用したモデリングの結果についてまとめ，学術誌にて公表した。この期間に公表された実験に基づく積層欠陥エネルギーの推定結果と第一原理計算に基づく計算結果に差異があったことから，2021年度は，モデリングの基礎となる室温域における積層欠陥エネルギーの推定についてさらなる検討を行った。この結果，第一原理計算においてこれまで考慮されていないなったvan der Waals（vdW）相互作用の考慮が大きな影響を与えうる事が発見された。vdW相互作用を考慮した計算を行うことにより，まずvdW補正手法の選択により定性的な結果に影響があることを示した。加えて、ダブルショックレー型積層欠陥の積層欠陥エネルギーが負であることがわかった。これは，積層欠陥エネルギーが正であるという従来の積層欠陥の自発的拡大のモデリングの前提と矛盾する結果であり，モデリングにさらなる修正が必要である可能性があることを示している。以上の結果は，学術誌にて出版された。転位動力学に基づく本成果を踏まえたさらなるモデリングについては，今後の課題である。
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