| 研究課題/領域番号 |
21K14209
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
金子 光顕 京都大学, 工学研究科, 助教 (60842896)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 炭化ケイ素 / 電界効果トランジスタ / 論理回路 / 閾値電圧 / イオン注入 / 厳環境 / 接合型電界効果トランジスタ / 深いドナー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、200℃以上の高温環境で動作可能な集積回路に注目が集まっているが、既存のシリコン集積回路は材料物性の制約上動作が不可能である。高温動作が可能なシリコンカーバイドを使用した集積回路に注目が集まっているが、論理閾値電圧が温度と共に変化する課題を抱えている。本研究では材料科学・電子デバイス工学的観点でトランジスタ特性を制御することにより室温-400℃の超広温域における論理閾値電圧の安定化を目指す。
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| 研究実績の概要 |
高温・高圧・高放射線環境下などの厳環境で動作する集積回路は石油・ガスの掘削作業、惑星探索、エンジン燃焼室の燃費向上など様々な応用先が存在する。既存のシリコン（Si）集積回路では動作不可能であるため、ワイドギャップ半導体である炭化ケイ素（SiC）による集積回路の作製が期待されているが、Si集積回路の構成デバイスであるCMOSをSiCで作製すると、閾値電圧が大きく変動するなど実用化に大きな課題があるのが現状である。
本研究では、集積回路の構成デバイスとして接合型トランジスタ（JFET）を使用することでCMOSが抱える信頼性の問題を回避し、厳環境動作可能なSiC集積回路の開発を目指す。材料科学・電子デバイス工学的観点から室温-400℃の超広温域において論理閾値電圧の変動を抑えた相補型素子作製の基盤技術を開発することを目的としている。
昨年度、相補型JFET回路の論理閾値電圧変動抑制に有効と考えられるSiC中の深いドナーがS（硫黄）であることを同定した。本年度はSドープnチャネルJFETを用いた相補型JFET回路を作製し、実際に論理閾値電圧変動が抑制されるか検討を行った。相補型JFETの作製は高純度半絶縁性基板へイオン注入を行うことでn、p型領域を形成した。室温から200℃まで温度を変化させてSドープnチャネルJFETの特性を評価すると、pチャネルJFETと同様に相互コンダクタンスが上昇し、それぞれの温度依存性が均衡することができていることがわかった。実際に、相補型JFETインバータを作製し、電圧伝達特性の温度依存性を評価すると、論理閾値電圧が室温から200℃の範囲で0.06Vと非常に小さくなっていることがわかった。これは、従来のNドープnチャネルJFETを使用した場合に比べ半分以下の値であり、論理閾値電圧変動の抑制に成功したと言える。
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