| 研究課題/領域番号 |
23K22824
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01554 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 広島大学 |
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研究代表者 |
東 清一郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (30363047)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2025年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | semiconductor device / self heating / thermometry / 非接触温度測定 / 半導体デバイス / 信頼性 / 界面熱抵抗 / 自己発熱 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は光学干渉非接触温度計測法（Optical Interference Contactless Thermometry : OICT）を用いて、シリコンやシリコンカーバイドパワーデバイス動作時の自己発熱温度の計測を試み、どの様な過程を経て劣化や熱暴走に至るのかを明らかにすることを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
本年度は可視光レーザーを用いたSiCデバイスの自己発熱過程の観測に加え、赤外レーザーを用いたSiデバイス動作時の自己発熱過程の観測環境を構築した。
波長1310nmのレーザー光をシリコンウエハ裏面より入射し、ウエハ表面に作製したMOSFET動作時の反射光強度分布をハイスピードカメラで取得するシステムを構築した。チャネル幅300um、チャネル長500umのn型MOSFETにドレイン電圧40～120V印加した状態でゲート電極に5V、0.2sのパルスバイアスを印加すると、チャネル部の発熱および冷却にともなう明瞭な干渉縞の分布が観測され、ドレイン電圧の増加に伴って発熱部がドレイン端に集中する様子が観測された。ピンチオフによるドレイン端への電管集中にともなう自己発熱分布を直接的に観測可能であることを実証することができた。
また、パワーデバイスで重要となる放熱の課題に対して、半導体ウエハと有機薄膜の界面における熱抵抗を抽出する研究に取り組んだ。OICTを積層構造へ適用可能なモデルへと発展させ、界面熱抵抗の計測が可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
デバイス発熱過程を直接観測するOICTシステムの構築から、可視光を用いたワイドバンドギャップデバイスと赤外光を用いたシリコンデバイスの自己発熱過程の観測に成功し、当初計画を達成することができた。一方でハイスピードカメラのフレームレートの制約から、可視光観察ではマイクロ秒時間分解能が達成されるのに対して、赤外光観察ではミリ秒の分解能が限界であることが明らかになり、これに対する対策を練る必要性が明らかになった。
更に界面熱抵抗の計測という新たな研究展開を図り、当初計画以上の進展を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はこのシステムを用いて、様々な駆動条件下におけるデバイスの自己発熱過程の詳細な観測や、連続駆動による経時的な発熱過程の変化に着目し、デバイス劣化の要因を明らかにする取り組みを進める。自己発熱とデバイス信頼性向上に必要な設計および駆動上の重要なファクターを明らかにする。時間分解能の制約に関しては、等価時間サンプリングなどの対応を検討する。
デバイス自己発熱と放熱材料との界面熱抵抗の計測技術を組合わせ、デバイスが発生した熱の流れをシステムとして可視化できる研究への展開も進めていく。
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