2023 Fiscal Year Annual Research Report
炭化珪素半導体MOS界面科学と界面設計指針の再構築
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21K18170
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
渡部 平司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90379115)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 炭化珪素 / パワーデバイス / MOS構造 / 界面科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭化珪素（SiC）半導体の研究開発が進み、電界効果トランジスタ（MOSFET）の実用化に至っている。しかし、その移動度はバルク移動度の数%に留まっている。これは、MOS界面の欠陥に大部分の電子が捕獲されることに加え、従来のMOS界面科学では説明できないキャリア散乱が生じる為である。具体的には、SiCの伝導帯下端がフローティングステートで構成されることが近年報告され、本質的な問題として懸念されている。本研究では、SiC MOS界面の特異性に関する議論に決着を付けると共に、界面設計指針の再構築を目的として、SiC表面の酸化を伴わないMOS構造作製技術や、フローティングステートの空間的な揺らぎを観測可能なまでに微細化したデバイスの試作と特性解析を目標に掲げた。
非酸化MOS構造の形成では、従来のNO窒化手法で形成されたMOS界面の解析から着手した。その後、当初計画に従って、SiC基板の熱酸化に頼らないMOSデバイスの作製法として、貼り合わせ技術の開発と、貼り合わせ前の表面安定化法として窒素プラズマを用いたSiC表面の直接窒化技術を検討した。その結果、シリコン基板上に形成した高品質SiO2絶縁膜とSiC基板とを安定して貼り合わせることに成功し、高温熱酸化に頼らないSiC MOSデバイスを実現した。また、SiC表面への絶縁膜の直接堆積に際しては、プラズマ窒化によるSiC表面の安定化が極めて効果的であり、試作したMOSデバイスの性能評価から当該手法の優位性実証にも成功した。一方、極微細SiC MOSFETの特性解析に関しては、ゲート周辺からのリーク電流成分が原因でSiC MOS界面の特異性の直接観測には至っていないが、引き続きデバイス構造とプロセス技術の高度化に取り組み、非酸化MOS構造形成技術との複合化を通じて、SiC MOS界面科学の再構築に挑む。
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