| 研究課題/領域番号 |
21K18170
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
渡部 平司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90379115)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | 炭化珪素 / パワーデバイス / MOS構造 / 界面科学 / 炭化珪素半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭化珪素半導体パワーデバイスの研究開発が進み、SiC MOSFETの実用化に至っているが、その電界効果移動度はバルク移動度の数%に留まり、材料本来の特性を引き出しているとは言い難い。これは、SiO2/SiC界面に蓄積された電子の大部分が捕獲されFETのオン電流に寄与しない事に加え、従来のMOS界面科学では説明できない電子散乱が生じる為である。本研究では、SiO2/SiC界面に発現する特異な電子捕獲や散乱現象の解明に向け、SiC基板の酸化を伴わないMOS構造形成技術の構築や、微細デバイスの試作とその特性評価を通じて、SiC MOS界面の設計指針を獲得する。
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| 研究実績の概要 |
炭化珪素（SiC）半導体の研究開発が進み、電界効果トランジスタ（MOSFET）の実用化に至っている。しかし、その移動度はバルク移動度の数%に留まっている。これは、MOS界面の欠陥に大部分の電子が捕獲されることに加え、従来のMOS界面科学では説明できないキャリア散乱が生じる為である。具体的には、SiCの伝導帯下端がフローティングステートで構成されることが近年報告され、本質的な問題として懸念されている。本研究では、SiC MOS界面の特異性に関する議論に決着を付けると共に、界面設計指針の再構築を目的として、SiC表面の酸化を伴わないMOS構造作製技術や、フローティングステートの空間的な揺らぎを観測可能なまでに微細化したデバイスの試作と特性解析を目標に掲げた。
非酸化MOS構造の形成では、従来のNO窒化手法で形成されたMOS界面の解析から着手した。その後、当初計画に従って、SiC基板の熱酸化に頼らないMOSデバイスの作製法として、貼り合わせ技術の開発と、貼り合わせ前の表面安定化法として窒素プラズマを用いたSiC表面の直接窒化技術を検討した。その結果、シリコン基板上に形成した高品質SiO2絶縁膜とSiC基板とを安定して貼り合わせることに成功し、高温熱酸化に頼らないSiC MOSデバイスを実現した。また、SiC表面への絶縁膜の直接堆積に際しては、プラズマ窒化によるSiC表面の安定化が極めて効果的であり、試作したMOSデバイスの性能評価から当該手法の優位性実証にも成功した。一方、極微細SiC MOSFETの特性解析に関しては、ゲート周辺からのリーク電流成分が原因でSiC MOS界面の特異性の直接観測には至っていないが、引き続きデバイス構造とプロセス技術の高度化に取り組み、非酸化MOS構造形成技術との複合化を通じて、SiC MOS界面科学の再構築に挑む。
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