イオン注入および埋め込み再成長を利用したSiC超接合パワーMOSFETの研究

• 研究課題/領域番号: 18206032
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 木本 恒暢 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80225078)
• 研究分担者: 須田 淳 , 京都大学・工学研究科, 准教授 (00293887)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円); 2008年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2007年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2006年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)
• キーワード: シリコンカーバイド / パワーデバイス / 超接合 / MOSFET / イオン注入 / 埋め込み成長

研究概要

次世代の高性能パワーデバイスとして期待されるSiCパワーMOSFETの特性を極限まで向上させるため、多層pn接合の多次元空乏化を利用する超接合構造に着目した。イオン注入や埋め込み成長により形成したpn接合特性の解析、MOS界面特性の向上、高精度デバイスシミュレーションによる構造設計や微細加工技術を集約して、耐圧1580V、オン抵抗40mΩcm2という優れた性能を達成した。この特性はSiデバイスの理論限界より20倍優れている。

研究成果

• [雑誌論文] Improved performance of 4H-SiC double reduced Surface field metal-oxide- semiconductor field-effect transistors by increasing RESURF doses (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, and T. Kimoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 1 ページ: 1014031-3
  • NAID: 10025082727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct determination of burgers vector sense and magnitude of elementary dislocations by synchrotron white x-ray topography (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Nakamura, S. Yamaguchi, Y. Hirose, T. Tani, K. Takatori, K. Kajiwara, and T. Kimoto
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 103 ページ: 0135101-7
  • NAID: 120001462525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen implantation and annealing-induced exfoliation process in SiC wafers with various crystal orientations (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Senga, T. Kimoto, and J. Suda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 47 ページ: 5352-5354
  • NAID: 210000065207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lifetime-killing defects in 4H-SiC epilayers and lifetime control by low-energy electron irradiation (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kimoto, K. Danno, and J. Suda
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol.(b) 245 ページ: 1327-1336
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4H-SiC MIS Capacitors and MISFETs with deposited SiNx/SiO2 stack-gate structures (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, and T. Kimoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on electron Devices 55 ページ: 2054-2060
  • NAID: 120001462509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation and experimental study on the junction termination structure for high-voltage 4H-SiC PiN diodes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hiyoshi, T. Hori, J. Suda, and T. Kimoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on electron Devices 55 ページ: 1841-1846
  • NAID: 120001462508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvea perrormance 01 4h-STC double reduced Suriace field metal-oxide-semiconductor field-effect transistors by increasing RESURF doses (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, T. Kiraoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express. 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4H-SiC MIS Capacitors and MISFETs with deposited SiNx/Si02 stack-gate structures (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, T. Kimoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on electron Devices. 55 ページ: 2054-2060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation and experimental study on the junction termination structure for high-voltage 4H-SiC PiN diodes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hiyoshi, T. Hori, J Suda, T. Kimoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on electron Devices. 55 ページ: 1841-1846
  • NAID: 120001462508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of carrier lifetime in 4H-SiC epilayers and lifetime control by electron irradiation (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Danno, D. Nakamura and T. Kimoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 90 ページ: 2021091-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep level transient spectroscopy on as-grown and electron-irradiated p-type 4H-SiC epilayers (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Danno and T. Kimoto
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 101 ページ: 1037041-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep level transient spectroscopy study of defects in hydrogen implanted p-type 4H-SiC (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Alfieri and T. Kimoto
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 107 ページ: 1037161-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topographic study of dislocation structure in hexagonal SiC single crystals with low dislocation density (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Nakamura, S. Yamaguchi, I. Gunjishima, Y. Hirose and T. Kimoto
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 304 ページ: 57-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4H-SiC lateral double RESURF MOSFETs with low on-resistance (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda and T. Kimoto
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 54 ページ: 1216-1223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of carrier lifetime in 4H- SiC epilayers and lifetime control by electron irradiation (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Danno, D. Nakamura and T. Kimoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power conversion with SiC devices at extremely high ambient temperatures (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Funaki, J. C. Balda, J. Junghans, A. S . Kashyap, H. A. Mantooth, F. Barlow, T. Kimoto and T. Hikihara
  • 雑誌名: IEEE Trans. Power Electronics 22 ページ: 1321-1329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Embedded epitaxial growth of 4H-SiC on trenched substrates and pn junction characteristics (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Microelectron. Eng. 83 ページ: 27-29
• [雑誌論文] Epitaxial growth of 4H-SiC{0001} and reduction of deep levels (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Superlattices and Microstructures 40 ページ: 225-232
• [雑誌論文] Dose designing and fabrication of 4H-SiC double RESURF MOSFETs (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Proc. 18th Int. Symp. On Power Semiconductor Devices ページ: 273-276
• [雑誌論文] SiC migration enhanced embedded epitaxial growth technology (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Materials Science Forum 527-529 ページ: 251-254
• [雑誌論文] Reduction of on-resistance in 4H-SiC multi-RESURF MOSFETs (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Materials Science Forum 527-529 ページ: 1305-1308
• [雑誌論文] Improved dielectric and interface properties of 4H-SiC MOS structures processed by oxide deposition and N20 (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kimoto 他
  • 雑誌名: Materials Science Forum 527-529 ページ: 987-990
• [学会発表] Electrical characterization of MOS structure with deposited oxides Annealed in N_2O or NO (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Grieb, M. Noborio, D. Peters, A. J. Bauer , P. Friedrichs, T. Kimoto, and H. Ryssel
  • 学会等名: Europ. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2008
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2008-09-10
• [学会発表] First demonstration of SiC MISFETs with 4H-AIN gate dielectric (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Horita, M. Noborio, T. Kimoto, and J. Suda
  • 学会等名: Europ. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2008
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2008-09-10
• [学会発表] Spatial profilling of planar defects in 4H-SiC epilayers using micro-photoluminescence mapping (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Feng, J. Suda, and T. Kimoto
  • 学会等名: Europ. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2008
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2008-09-08
• [学会発表] Capacitance spectroscopy study of midgap levels in n-type SiC polytypes (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Alfieri, and T. Kimoto
  • 学会等名: Europ. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2008
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2008-09-08
• [学会発表] Deep levels generated by ion-implantation in n-and p-type 4H-SiC (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kawahara, G. Alfieri, and T. Kimoto
  • 学会等名: Europ. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2008
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2008-09-08
• [学会発表] 4H-SiC double RESURF MOSFETs with a record performance by increasing RESURF dose (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, and T. Kimoto
  • 学会等名: 20th Int. Symposium on Power Semiconductor Devices & IC's
  • 発表場所: Orlando
  • 年月日: 2008-05-21
• [学会発表] 4H-SiC double RESURF MOSFETs with a record perfomance by increasing RESURF dose (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda, T. Kimoto
  • 学会等名: Proc. of 20th Int. Symposium on Power Semiconductor Devices &IC's
  • 発表場所: Orlando, Florida
  • 年月日: 2008-05-21
• [学会発表] Temperature Dependence of Electrical Properties in Al-doped 4H-SiC Epitaxial Layers Investigated by Hall-Effect Measurements (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, J. Suda and T. Kimoto
  • 学会等名: Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2007
  • 発表場所: Otsu
  • 年月日: 2007-10-17
• [学会発表] Search for hydrogen related defects in p-type 6H and 4H-SiC (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Alfieri and T. Kimoto
  • 学会等名: Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2007 Otsu
  • 発表場所: Otsu
  • 年月日: 2007-10-17
• [学会発表] Enhanced Channel Mobility in 4H-SiC MISFETs by Utilizing Deposited SiN/SiO2 Stack Gate Structures (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda and T. Kimoto
  • 学会等名: Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2007
  • 発表場所: Otsu
  • 年月日: 2007-10-17
• [学会発表] Enhanced Channel Mobility in 4H-SiC MISFETs by Utilizing Deposited SiN/SiO_2 Stack Gate Structures (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Noborio, J. Suda and T. Kimoto
  • 学会等名: Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2007
  • 発表場所: Otsu, Japan
  • 年月日: 2007-10-17
• [学会発表] Bevel mesa combined with implanted junction termination structure for 10 kV SiC PiN diodes (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Hiyoshi, T. Hori, J. Suda and T. Kimoto
  • 学会等名: Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2007
  • 発表場所: Otsu
  • 年月日: 2007-10-16
• [図書] Silicon Carbide and Related Materials 2007 (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki, H. Okumura, T. Kimoto, T. Funaki, K. Fukuda, and S. Nishizawa
  • 出版者: Trans Tech Publications
• [図書] Wide Bandgap Semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, A. Yoshikawa, A. Sandhu, T. Kimoto, 他
  • 出版者: Springer
• [図書] ワイドギャップ半導体光・電子デバイス (2006)
  • 著者名/発表者名: 高橋清、長谷川文夫、吉川明彦、木本恒暢、他
  • 出版者: 森北出版株式会社
• [備考]
  • URL: http://semicon.kuee.kyoto-u.ac.jp/