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2007 年度 実績報告書

炭化ケイ素半導体の酸化膜界面欠陥構造への計算科学的解析に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19560329
研究機関独立行政法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

宮下 敦巳  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (00354944)

キーワード炭化珪素半導体 / 界面物理 / 第一原理計算 / 分子動力学 / 欠陥構造
研究概要

大規模SiO_2/SiC界面モデルを用いた第一原理分子動力学法による加熱・急冷シミュレーションで実デバイス模擬界面構造を生成した。計算条件は、初期構造を結晶SiO_2/結晶SiCとし、固定終端条件で4000K・3psの加熱、次に3500Kまで冷却後に固定端を解放、さらに3500K・2psの継続加熱、最後に界面での可動層拡大の後、室温まで急速冷却としている。冷却過程における降下速度が界面欠陥の生成にどう影響するか調べるため、降下速度を-2000K/ps、-1000K/ps、-500/psと変えて界面構造、欠
界面構造生成時に発生した欠陥構造について、界面付近とSiO_2内部とに分けて欠陥構造を分類すると、冷却速度が-2000K/psの場合、界面にはSiダングリングボンド、Si-Si結合、5配位Siが見られ、SiO_2内部にはSiダングリングボンド、Oダングリングボンド、3配位O、5配位Si、Si-Si結合、4員環が見られた。SiCからアモルファスSiO_2への接合では大きな構造変化があり、界面付近でストレスが入りやすい構造となるため、歪を緩和するために各種欠陥構造が入ると考えられる。
冷却速度を-2000K/psから-500K/psに下げた所、界面でのSi-Si結合+5配位Si欠陥構造が緩和され、通常のSi-O構造になっている事が観察された。SiO_2層について動径分布関数を評価した所、Si-O-Si結合角を-2000K/ps、-1000K/ps、-500K/psと遅くすると、135°、137°、140°と広くなっており、よりシリカガラスでの結合角に近くなった。界面構造の室温冷却後の全エネルギーは-2000K/psの時を基準にして、それぞれ-7.2eV、-13.9eV低くなっており、冷

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Generation of amorphous SiO_2/SiC interface structure by the first-principles molecular dynamics simulation2007

    • 著者名/発表者名
      A. Miyashita, T. Ohnuma, M. Iwasawa, H. Tsuchida, M. Yoshikawa
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 556-557

      ページ: 521-524

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical simulation of SiO_2/4H-SiC(0001)interface oxidation process:from first-principles2007

    • 著者名/発表者名
      T. Ohnuma, A. Miyashita, M. Iwasawa, M. Yoshikawa, H. Tsuchida
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 556-557

      ページ: 615-620

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Molecular Dynamics Simulation of Oxide Layer for SiC Devices2007

    • 著者名/発表者名
      A. Miyashita, T. Ohnuma, M. Iwasawa, M. Yoshikawa, et. al.
    • 雑誌名

      Annual Report of the Earth Simulator Center Apr.2006-Mar.2007

      ページ: 241-245

  • [学会発表] アモルファスSiO_2/SiC界面構造の第一原理計算による生成III2008

    • 著者名/発表者名
      宮下 敦巳、大沼 敏治、岩沢 美佐子、土田 秀一、吉川 正人
    • 学会等名
      2008年春季第55回応用物理学関係連合講i演会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2008-03-28
  • [学会発表] SiO_2/4H-SiC(000-1)C面における酸化過程の第一原理分子動力学計算2008

    • 著者名/発表者名
      大沼 敏治、宮下 敦巳、岩沢 美佐子、吉川 正人、土田 秀一
    • 学会等名
      2008年春季第55回応用物理学関係連合講i演会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2008-03-28
  • [学会発表] First-principles molecular dynamics study of the oxidation process in theSiO_2/4H-SiC(0001)interface2007

    • 著者名/発表者名
      T. Ohnuma, A. Miyashita, M. Iwasawa, M. Yoshikawa, H. Tsuchida
    • 学会等名
      Conference on Computational Physics 2007
    • 発表場所
      Brussels
    • 年月日
      20070905-08
  • [学会発表] シミュレーションによるアモルファスSiO_2/SiC界面の生成〜温度条件による界面構造の違い〜2007

    • 著者名/発表者名
      宮下 敦巳、大沼 敏治、岩沢 美佐子、土田 秀一、吉川 正人
    • 学会等名
      SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会第16回講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2007-11-29
  • [学会発表] SiO_2/4H-SiC(000-1)C面における熱酸化過程の第一原理分子動力学シミュレーション-Si面との違い-2007

    • 著者名/発表者名
      大沼 敏治、宮下 敦巳、岩沢 美佐子、吉川 正人、土田 秀一
    • 学会等名
      SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会第16回講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2007-11-29
  • [学会発表] Dynamical simulation of SiOa/4H-SiC interface on C-face oxidation process:from first principles2007

    • 著者名/発表者名
      T. Ohnuma, A. Miyashita, M. Iwasawa, M. Yoshikawa, H. Tsuchida
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2007
    • 発表場所
      Otsu
    • 年月日
      2007-10-19
  • [学会発表] 第一原理計算によるSiC酸化と界面準位発生の問題-熱酸化過程の動的シミュレーション-2007

    • 著者名/発表者名
      大沼敏治、宮下敦巳、岩沢美佐子、吉川正人、土田秀一
    • 学会等名
      SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会第2回個別討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2007-07-27
  • [学会発表] 第一原理計算によるSiC酸化と界面準位発生の問題-界面構造生成と欠陥構造-2007

    • 著者名/発表者名
      宮下 敦巳、大沼 敏治、岩沢 美佐子、土田 秀一、吉川 正人
    • 学会等名
      SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会第2回個別討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2007-07-27

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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