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2013 年度 実績報告書

炭化珪素半導体の欠陥制御と超高耐圧ロバスト素子への応用

研究課題

研究課題/領域番号 21226008
研究機関京都大学

研究代表者

木本 恒暢  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80225078)

研究分担者 須田 淳  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00293887)
西 佑介  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10512759)
研究期間 (年度) 2009-05-11 – 2014-03-31
キーワード炭化珪素 / パワーデバイス / キャリア寿命 / 絶縁破壊 / 深い準位
研究概要

1) 耐圧構造の改善
シミュレーションと実験の両方のアプローチにより、20kV超級のSiC PiNダイオードやバイポーラトランジスタの耐圧制限要因を明らかにした。この結果および昨年度までに実施したSiCデバイスの端部における電界集中抑制構造(改良型空間変調JTE)、表面保護法をさらに改善し、20kV以上の超高耐圧を安定して達成する構造を提唱した。この結果、26.9kV以上という固体素子として最高の耐圧を有するSiC PiNダイオード、23kVの耐圧を有するSiCバイポーラトランジスタを実現した。また、耐圧やリーク電流に及ぼす転位欠陥の影響は小さく、エピタキシャル成長時に生成する積層欠陥の影響が大きいことを示した。200℃以上の高温特性も評価し、アバランシェ破壊が支配的であることを明らかにした。
2) オン特性の向上
昨年度までの欠陥制御の成果を活用して、厚さ100-200ミクロンの高純度SiC厚膜(耐圧維持層)におけるキャリア寿命制限欠陥を消滅させることに成功し、室温で50マイクロ秒以上の長いキャリア寿命を達成した(従来は約1マイクロ秒)。この手法を活用し、さらに電極の接触抵抗を低減することによって、20kV級SiC PiNダイオードのオン特性を著しく向上することに成功した。具体的には、微分オン抵抗を従来の約40mΩcm2から10mΩcm2以下に低減した(20kV級デバイス)。オン特性の温度依存性も評価し、ほぼ理想的な特性を示すことが分かった。
3) 欠陥制御
従来の研究をさらに発展させ、SiCにおける少数キャリアトラップの検出と低減、長年の課題であったp型SiCにおけるキャリア寿命の向上、基底面転位の挙動解明などの成果を挙げた。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 高耐圧SiCパワーデバイスの進展と課題2014

    • 著者名/発表者名
      木本恒暢
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 49 ページ: 35-43

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrahigh-voltage SiC PiN diodes with an improved junction termination extension structure and enhanced carrier lifetime2013

    • 著者名/発表者名
      N. Kaji, H. Niwa, J. Suda, and T. Kimoto
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 52 ページ: 070204/1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.070204

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation on origin of Z1/2 center in SiC by deep level transient spectroscopy and electron paramagnetic resonance2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawahara, X. T. Trinh, N. T. Son, E. Janzen, J. Suda, and T. Kimoto,
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 ページ: 112106/1-4

    • DOI

      10.1063/1.4796141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep levels generated by thermal oxidation in n-type 4H-SiC2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawahara, J. Suda, and T. Kimoto,
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Exp.

      巻: 6 ページ: 051301/1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.6.051301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep levels generated by thermal oxidation in p-type 4H-SiC2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawahara, J. Suda, and T. Kimoto,
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 113 ページ: 033705/1-9

    • DOI

      10.1063/1.4776240

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement of carrier lifetimes in highly Al-doped p-type 4H-SiC epitaxial layers by hydrogen passivation2013

    • 著者名/発表者名
      T. Okuda, T. Kimoto, and J. Suda,
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Exp.

      巻: 6 ページ: 121301/1-3

    • DOI

      10.7567/APEX.6.121301

    • 査読あり
  • [学会発表] Progress and future challenges of high-voltage SiC power devices2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kimoto, H. Miyake, H. Niwa, T. Okuda, N. Kaji, and J. Suda
    • 学会等名
      2013 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      20131201-20131206
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrahigh-voltage (> 20 kV) SiC PiN diodes with a space-modulated JTE and lifetime enhancement process via thermal oxidation2013

    • 著者名/発表者名
      N. Kaji, H. Niwa, J. Suda, and T. Kimoto
    • 学会等名
      Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2013
    • 発表場所
      Miyazaki
    • 年月日
      20130929-20131004
  • [学会発表] Temperature dependence of impact ionization coefficients in 4H-SiC2013

    • 著者名/発表者名
      H. Niwa, J. Suda, and T. Kimoto
    • 学会等名
      Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials 2013
    • 発表場所
      Miyazaki
    • 年月日
      20130929-20131004
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrahigh-voltage SiC devices for future power infrastructure2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kimoto
    • 学会等名
      43th Europ. Solid-State Device Research Conf.,
    • 発表場所
      Bucharest, Romania
    • 年月日
      20130916-20130920
    • 招待講演
  • [学会発表] Junction technology in SiC for high-voltage power devices2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kimoto, K. Kawahara, H. Niwa, T. Okuda, and J. Suda
    • 学会等名
      IEEE 13th Int. Workshop on Junction Technology
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20130606-20130607
    • 招待講演
  • [学会発表] Fundamentals and frontiers of SiC power device technology2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kimoto
    • 学会等名
      Short Course of 25th Int. Symp. of Power Semiconductor Devices & ICs
    • 発表場所
      Kanazawa
    • 年月日
      20130526-20130530
    • 招待講演
  • [産業財産権] 半導体装置、半導体装置の製造方法および熱処理装置2013

    • 発明者名
      須田淳、奥田貴史、木本恒暢
    • 権利者名
      京都大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-143504
    • 出願年月日
      2013-07-09

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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