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2019 年度 実績報告書

低損失p型SiC超接合パワーMOSFETの基盤技術開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H04326
研究機関筑波大学

研究代表者

矢野 裕司  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40335485)

研究分担者 岩室 憲幸  筑波大学, 数理物質系, 教授 (50581203)
岡本 大  筑波大学, 数理物質系, 助教 (50612181)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードパワーデバイス / 炭化ケイ素 / 超接合 / p型MOS
研究実績の概要

本研究では、高効率で大容量かつ使いやすい相補型電力変換器の実現に必要となる高耐圧・低損失p型SiC超接合(Superjunction, 以下SJ)MOSFETの基盤技術開発を目的としている。特に、p-MOS構造の特性向上とSJ構造導入によるドリフト層の低抵抗化を対象としている。令和元年度に得られた主な成果は、下記の通りである。
1.正孔のホール散乱因子に不確定性が残るホール効果を用いずに、Split CV法によりp-MOSFETの実効チャネル移動度を算出する手法を考案した。実効移動度の実効電界依存性及び温度依存性よりチャネル正孔の散乱機構を議論し、高電界領域ではフォノン散乱の影響が大きいことが分かった。また、p-MOSFETのゲートに負の高電圧を印加した際に、ゲート電極から注入される電子によってSiC中で衝突イオン化が起きていることを明らかにした。さらに、ゲート電極材料を仕事関数の大きい金属とすることで電子注入を防ぐことによりSiC中での衝突イオン化の影響を抑制できることを実証し、SiC側からの正孔の酸化膜リーク電流機構は電子電流と同様にFNとPF機構であることを明らかにした。
2.プロセスの簡略化とn型とp型素子をモノリシックに形成することを念頭に置き、横型SJ構造の実現に向けた設計を行った。もっとも単純なSJ構造であるRESURF構造を検討したところ、p型素子のドリフト領域の抵抗はn型素子の約5倍であることが分かった。
3.pチャネルパワーMOSFETのUIS耐量はnチャネル素子に比べて小さかった。得られた特性を説明するため、周辺耐圧構造に起因したスナップバックモデルを提案した。周辺耐圧構造の最適化によりUIS耐量の向上が見込まれる。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Conduction mechanisms of oxide leakage current in p-channel 4H-SiC MOSFETs2020

    • 著者名/発表者名
      Nemoto Hiroki、Okamoto Dai、Zhang Xufang、Sometani Mitsuru、Okamoto Mitsuo、Hatakeyama Tetsuo、Harada Shinsuke、Iwamuro Noriyuki、Yano Hiroshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 044003/1-6

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab7ddb

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of UIS Capability for -600V Class Vertical SiC p-channel MOSFET2019

    • 著者名/発表者名
      Yao Kailun、Yano Hiroshi、Iwamuro Noriyuki
    • 雑誌名

      2019 31st International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)

      巻: ー ページ: 187-190

    • DOI

      10.1109/ISPSD.2019.8757607

  • [学会発表] Influence of Interface Traps on Split C-V Characteristics of 4H-SiC MOSFETs2020

    • 著者名/発表者名
      Gyozen Sai, Dai Okamoto, Noriyuki Iwamoro, and Hiroshi Yano
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] SiC pチャネルMOSFETの正孔輸送機構の解析2020

    • 著者名/発表者名
      岡本大, 周星炎, 張旭芳, 染谷満, 岡本光央, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 -材料・プロセス・デバイス特性の物理- 第25回研究会
  • [学会発表] Conduction mechanism of hole leakage current in 4H-SiC MOSFETs under high negative gate bias2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nemoto, Dai Okamoto, Xufang Zhang, Mitsuru Sometani, Mitsuo Okamoto, Tetsuo Hatakeyama, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, Hiroshi Yano
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 (ICSCRM 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Threshold Voltage Instability in p-channel 4H-SiC MOSFETs Investigated by Non-relaxation Method2019

    • 著者名/発表者名
      Dai Okamoto, Hiroki Nemoto, Xufang Zhang, Xingyan Zhou, Mitsuru Sometani, Mitsuo Okamoto, Shinsuke Harada, Tetsuo Hatakeyama, Noriyuki Iwamuro, Hiroshi Yano
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 (ICSCRM 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Accurate Channel Mobility Extraction and Scattering Mechanisms in 4H-SiC p-Channel MOSFETs2019

    • 著者名/発表者名
      Xingyan Zhou, Dai Okamoto, Xufang Zhang, Mitsuru Sometani, Mitsuo Okamoto, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, Hirosi Yano
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 (ICSCRM 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of three-level charge pumping characteristics of 4H-SiC MOSFETs considering near-interface traps2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Matsuya, Xufang Zhang, Dai Okamoto, Noriyuki Iwamuro, Hiroshi Yano
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 (ICSCRM 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Different Behaviors of Interface Traps for p-type 4H-SiC MOS Capacitors with Wet and Nitrided Gate Oxides2019

    • 著者名/発表者名
      Xufang Zhang, Dai Okamoto, Mitsuru Sometani, Shinsuke Harada, Noriyuki Iwamuro, Hiroshi Yano
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019 (ICSCRM 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of UIS Capability for -600V Class Vertical SiC p-Channel MOSFET2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yao, H. Yano, N. Iwamuro
    • 学会等名
      The 31st International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs (ISPSD2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 界面近傍酸化膜トラップを考慮した4H-SiC MOSFETにおける3レベルチャージポンピング特性の解析2019

    • 著者名/発表者名
      松谷優汰,張旭芳,岡本大,岩室憲幸,矢野裕司
    • 学会等名
      先進パワー半導体分科会 第6回講演会
  • [学会発表] pチャネル4H-SiC MOSFETにおける酸化膜正孔リーク電流伝導機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      根本宏樹, 岡本大, 張旭芳, 染谷満, 岡本光央, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      先進パワー半導体分科会 第6回講演会
  • [学会発表] pチャネル4H-SiC MOSFETのチャネルドリフト移動度の導出と散乱機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      周星炎, 岡本大, 張旭芳, 染谷満, 岡本光央, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      先進パワー半導体分科会 第6回講演会
  • [学会発表] 高速緩和なし法によるpチャネル4H-SiC MOSFETのしきい値電圧変動評価2019

    • 著者名/発表者名
      坂田大輝, 岡本大, 染谷満, 岡本光央, 原田信介, 畠山哲夫, 根本宏樹, 張旭芳, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      先進パワー半導体分科会 第6回講演会
  • [学会発表] pチャネル4H-SiC MOSFETにおける酸化膜正孔リーク電流伝導機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      根本宏樹, 岡本大, 張旭芳, 染谷満, 岡本光央, 畠山哲夫, 原田信介, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 界面近傍酸化膜トラップを考慮した4H-SiC MOSFETの3レベルチャージポンピング特性の解析2019

    • 著者名/発表者名
      松谷優汰, 張旭芳, 岡本大, 岩室憲幸, 矢野裕司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2021-01-27  

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