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第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関

研究課題

研究課題/領域番号 16K18075
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東京工業大学 (2018)
東京大学 (2016-2017)

研究代表者

松下 雄一郎  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT / 界面準位 / MOSデバイス / SiC / 単一光子光源 / 界面 / POCl3 / 酸化 / 基礎物理学 / 界面物性
研究成果の概要

SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に由来する新しいタイプの界面欠陥準位であることを明らかにした。また、得られた結果は近年の実験報告とも定性的に整合することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在、SiC-MOSデバイス研究開発が全世界的に競争を増している。その中でも、多くの研究者が強い関心を集めているのが界面準位の特定である。今回の研究成果では、その界面準位の候補を絞り込むことに成功した。これまでの理論のアプローチとは異なるエネルギー論に立脚したアプローチを用いることにより、初めて達成した。本成果は、デバイス開発にとっての極めて重要な知見であり、さらなるデバイス開発に向けての指針を与えるものである。SiC-MOSデバイス開発にとって重大な成果が得ることが出来た。

報告書

(3件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ソフィア大学(ブルガリア)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Unfolding energy spectra of double-periodicity two-dimensional systems: Twisted bilayer graphene and MoS2 on graphene2018

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Yu-ichiro、Nishi Hirofumi、Iwata Jun-ichi、Kosugi Taichi、Oshiyama Atsushi
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 2 号: 1 ページ: 010801-010806

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.010801

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Prediction of Densities of Amorphous Materials: The Case of Amorphous Silicon2018

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Yoritaka、Matsushita Yu-ichiro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 2 ページ: 024701-024701

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.024701

    • NAID

      40021463317

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive Study on Band-Gap Variations in sp3-Bonded Semiconductors: Roles of Electronic States Floating in Internal Space2017

    • 著者名/発表者名
      Yu-ichiro Matsushita and Atsushi Oshiyama
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 5 ページ: 054702-054709

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.054702

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of single and composite structural defects in pure amorphous silicon: A first-principles study2017

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Yoritaka、Matsushita Yu-ichiro
    • 雑誌名

      Journal of Non-Crystalline Solids

      巻: 473 ページ: 64-73

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2017.07.031

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Intrinsic Interface State Controlled by Atomic Stacking Sequence at Interfaces of SiC/SiO22017

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Yu-ichiro、Oshiyama Atsushi
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 17 号: 10 ページ: 6458-6463

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.7b03490

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Periodicity-Free Unfolding Method of Electronic Energy Spectra2017

    • 著者名/発表者名
      Kosugi Taichi、Nishi Hirofumi、Kato Yasuyuki、Matsushita Yu-ichiro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 12 ページ: 124717-124717

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.124717

    • NAID

      210000134639

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles calculations that clarify energetics and reactions of oxygen adsorption and carbon desorption on 4H-SiC (11-20) surface2017

    • 著者名/発表者名
      Han Li, Yu-ichiro Matsushita, Mauro Boero, and Atsushi Oshiyama
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 号: 7 ページ: 3920-3928

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b11942

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microscopic Mechanism of Carbon Annihilation upon SiC Oxidation due to Phosphorous Treatment: Density-Functional Calculations Combined with Ion Mass Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Kobayashi, Yu-ichiro Matsushita, Takafumi Okuda, Tsunenobu Kimoto, and Atsushi Oshiyama
    • 雑誌名

      arXiv:1703.08063

      巻: 1 ページ: 1-14

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mechanisms of initial oxidation of 4H-SiC (0001) and (000-1) surfaces unraveled by first-principles calculations2017

    • 著者名/発表者名
      Yu-ichiro Matsushita and Atsushi Oshiyama
    • 雑誌名

      arXiv 1612.00189

      巻: 1 ページ: 1-28

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A novel intrinsic interface state controlled by atomic stacking sequence at interfaces of SiC/SiO22017

    • 著者名/発表者名
      Yu-ichiro Matsushita and A. Oshiyama
    • 雑誌名

      arXiv:1704.07094

      巻: 1 ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-Principles Prediction of Densities of Amorphous Materials: The case of Amorphous Silicon2017

    • 著者名/発表者名
      Yoritaka Furukawa and Yu-ichiro Matsushita
    • 雑誌名

      arXiv:1704.06107

      巻: 1 ページ: 1-5

    • NAID

      40021463317

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 結合クラスター理論と自己エネルギー汎関数理論に基づく原子の電子状態の比較2018

    • 著者名/発表者名
      小杉太一, 西紘史, 古川頼誉, 松下雄一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Coupled-cluster理論に基づくグリーン関数による周期系の電子状態計算2018

    • 著者名/発表者名
      古川頼誉, 小杉太一, 西紘史, 松下雄一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 角度分解光電子分光と第一原理計算を用いた層状強磁性V1/3NbS2の電子構造の研究2018

    • 著者名/発表者名
      吉田訓, 松下雄一郎, 岩田潤一, 厳正輝, 坂野昌人, 下志万貴博, 堀場弘司, 小野寛太, 組頭広志, 長鶴徳彦, 高阪勇輔, 井上克也, 秋光純, 石坂香子
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Floating Electron states in SiC and its impact on the SiC electronic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Yu-ichiro Matsushita
    • 学会等名
      2017 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES
    • 発表場所
      総合文化センター(奈良)
    • 年月日
      2017-11-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 第一原理計算によるアモルファスの密度決定手法の提案2017

    • 著者名/発表者名
      古川頼誉, 松下雄一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会プログラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] SiC/SiO2界面における電子状態とそのデバイスへの影響2017

    • 著者名/発表者名
      松下 雄一郎
    • 学会等名
      第30期CAMMフォーラム
    • 発表場所
      アイビーホール(東京)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-22  

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