2015 Fiscal Year Annual Research Report
超省エネ型パワーデバイス作製用の大型ダイヤモンド単結晶ウェハ合成フロンティア開拓
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25820129
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 英明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 先進パワーエレクトロニクス研究センター, 主任研究員 (90443233)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ダイヤモンドウェハ / マイクロ波プラズマ / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１インチを超える大面積ダイヤモンド単結晶ウェハ上への合成に関する知見を得るため、合成条件に対応した実形状化でのシミュレーションを実施し、実際に合成した結果との比較により、合成メカニズムの理解と、高品質化へ向けての最適化を試みた。
合成中に導入する微量窒素の影響を調べるため、基板温度やパワー密度（実際には投入パワーとガス圧力）、及び窒素流量への依存性を詳細に調べ、最適条件を探索した。合成速度や品質などが基板温度へ比較的強く依存していることを示した。また、その依存性がパワー密度への存性を持つことを示した。一方で、希ガスを導入することで、大面積基板上で更なる合成速度向上を達成できることが分かった。
一方で、電磁流体力学に基づくプラズマシミュレーションを、実機形状下で実施した。化学反応を考慮したシミュレーションを実施することで、気相中のラジカルの分布も解析した。ラジカル密度や、ガス温度、電子密度などの、投入パワーなどのパラメータに対する依存性を明らかにし、合成速度との相関を調べた。得られたシミュレーション結果に基づき実験的に得られる合成速度の分布の説明を試みたところ、従来モデルでは説明できないことを明らかにした。より反応率の高いラジカルの影響を考慮したモデルを独自に提案し、これにより実験結果を説明できる可能性を示した。
大面積の接合型の単結晶ウェハを合成試験したところ、1インチを超える接合領域を持つ場合は、基板の破壊が生ずることが明らかとなった。合成条件や基板の前処理などを精査したところ、接合領域とオフ方向との成す角度が非常に重要な影響を持つことが判った。以上の知見に基づいて前処理の条件やプラズマの条件を改善し、改めて接合型ウェハの作製を実施し、２インチ大ウェハの作製を実証することができた。
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Research Products
(11 results)
