2021 Fiscal Year Annual Research Report
オーム性接触形成メカニズム解明に向けた金属/炭化珪素界面に関する基礎研究
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21J22891
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
原 征大 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | SiC / パワーデバイス / オーム性接触 / ショットキー障壁ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiCオーム性接触形成時の高温熱処理による金属/高濃度ドープSiC界面における電気伝導機構の変化を明らかにするための第一段階として、報告者はこれまで、高温熱処理を施さずに形成した金属/高濃度ドープSiCショットキー界面における障壁高さおよびトンネル電流の解析を行ってきた。トンネル電流を記述するモデルは、熱電界放出(TFE)および電界放出(FE)に大別されるが、各モデルから予測される界面コンタクト抵抗の値は大きく異なることから、TFE/FEのうちいずれが支配的であるかを明らかにすることは、オーム性接触の設計において重要である。特に、支配的な電気伝導機構は電界強度に依存して変化することが知られていることから、当該年度は、SiCのドーピング密度およびショットキー障壁ダイオード(SBD)への印加電圧条件を幅広く変化させることにより、広い電界強度の範囲において、トンネル電流の数値計算に基づいた電流-電圧特性の解析を行った。その結果、10^(18) cm^(-3)以上のドーピング密度を有する高濃度ドープSiC SBDに対して逆バイアスを印加したとき、高電界によるTFEからFEへの遷移が生じることがわかった。一方、TFE/FE遷移が生じるときのショットキー界面における電界強度を調べると、ドーピング密度に依存して異なる値をとることがわかった。そこで、高濃度ドープSiC SBD中の急峻な電界分布に着目し、従来用いられてきたショットキー界面の電界に代わり、トンネル電流に最も寄与するエネルギーにおける電界を用いる新たな解析手法を提案し、TFE/FE遷移の臨界電界をドーピング密度によらず統一的に議論することに成功した。本手法は、SiCだけでなく他のワイドギャップ半導体材料を用いる場合にも適用可能であり、オーム性接触の設計において有用な知見である。
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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
現在までの報告者の研究により、金属/高濃度ドープSiC界面における障壁高さおよび電気伝導機構という基本的な特性に関する深い物理的理解が得られた。これらの知見は、SiCオーム性接触のコンタクト抵抗や電流-電圧特性を評価、解析する上で非常に有用である。このように、今後の研究の推進に不可欠な立脚点となる知見を、系統的な研究により得られたことから、研究の進展は順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
実デバイスのオーム性接触の多くが、高濃度イオン注入を施したSiC上に形成されることを踏まえて、高いドーピング密度を有するイオン注入層上のショットキー接触における障壁高さおよび電気伝導機構の評価を行う。その際、イオン注入により多量の欠陥が導入されることを考慮して、欠陥の有無が上記の基礎特性に与える影響を系統的に調べる。さらに、電極金属堆積後の熱処理を様々な温度条件で行い、熱処理による界面反応と電気的特性の変化の関係を定量的に調べる。これにより、現行の高温熱処理によるオーム性接触形成メカニズムの解明を目指す。
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