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2022 年度 実績報告書

SiC MOSFETにおけるチャネル内キャリア散乱機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20J23407
研究機関京都大学

研究代表者

伊藤 滉二  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワード炭化珪素 / 電界効果トランジスタ / 散乱機構 / 界面準位 / 窒化処理 / リン処理
研究実績の概要

先行研究において、Hall効果測定による可動電子移動度の定量が行われているが、界面準位密度の高いSi面上酸化・窒化試料を評価の対象としてきた。そこで、本研究では、界面準位密度を極限に低減することができるリン処理を施したSi面試料や、a, m面上窒化試料について、低温・室温における電気的特性の評価を行ってきた。

前年度の研究では、ボディ層濃度を3×10^14 cm^-3から3×10^18 cm^-3までの広い範囲で系統的に変化させて、酸化、窒化、およびリン処理を施したSiC MOSFETを作製し、室温でHall効果測定を行った。その結果、リン処理を施したSiC MOSFETは、他のゲート酸化膜形成条件の試料と比べて、捕獲電子密度がおよそ1/10と非常に小さいことが判明した。また、いずれのボディ層濃度を有する試料においても、酸化・窒化試料より高いHall移動度が得られた。

当該年度では、上記の結果について解析を深めるべく、Hall移動度の温度依存性および面方位依存性に着目した。まず、77 Kの低温で、窒化あるいはリン処理を施した、幅広いボディ層濃度を有するMOSFETにおけるHall移動度を定量した。その結果、いずれの界面処理を施したMOSFETにおいても、Hall移動度は低温で低下した。しかしながら、室温から低温へ変化させた際のHall移動度の低下率は、窒化処理を施したMOSFETの場合は約19%であるのに対して、リン処理を施したMOSFETの場合は約40%と比較的高かった。また、MOSFETは従来Si面上に作製してきたが、当該年度はa面あるいはm面上にも作製し、Hall移動度の評価を行った。結果として、Si面上窒化MOSFETと比べて、a, m面上窒化MOSFETの捕獲電子密度は約0.26倍と小さく、Hall移動度は約1.5倍高かった。本成果は、捕獲電子密度の高い素子ほどクーロン散乱的振舞いが強いことを示唆しており、散乱機構の解明にあたって重要な知見を与えている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effective channel mobility in phosphorus-treated 4H-SiC (0001) metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with various p-body doping concentrations2022

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, M. Horita, J. Suda, T. Kimoto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 098001~098001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac87e4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mobility degradation under a high effective normal field in an inversion layer of 4H-SiC (0001) metal-oxide-semiconductor structures annealed in POCl32022

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, T. Kimoto
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 ページ: 121006~121006

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aca377

    • 査読あり
  • [学会発表] P-body Doping Dependence of Hall Electron Mobility in SiC (0001), (11-20), and (1-100)/SiO2 Inversion Layers2023

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, M. Horita, J. Suda, T. Kimoto
    • 学会等名
      Int. Symp. on Creation of Advanced Photonic and Electronic Devices 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] SiC (0001), (11-20), (1-100) MOSFETにおけるHall移動度のボディ層濃度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤 滉二, 田中 一, 堀田 昌宏, 須田 淳, 木本 恒暢
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Influence of electrons trapped at the interface states on Hall electron mobility in SiC/SiO2 inversion layers2022

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, M. Horita, J. Suda, T. Kimoto
    • 学会等名
      Int. Conf. on Silicon Carbide & Related Materials 2022
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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