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2012 年度 実施状況報告書

炭化ケイ素半導体の酸化誘因欠陥の形成メカニズム解明

研究課題

研究課題/領域番号 24560365
研究種目

基盤研究(C)

研究機関埼玉大学

研究代表者

土方 泰斗  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード炭化ケイ素半導体
研究概要

本年度は,(30)Si同位体で構成されたSiO2薄膜を作製する予定であったが、(30)Si同位体は非常に高額なため、HfO2膜で代替することにした。代わりとして、酸化誘因欠陥により生じた結晶欠陥をイメージングする「赤外超高感度CCDカメラ」を導入した。
まず、HfO2薄膜の成長条件を検討した。HfO2成膜装置として研究室既存の電子ビーム蒸着装置を用い、成長したHfO2薄膜は分光エリプソメトリを用いて組成・膜厚を解析した。解析データに基づき蒸発源電流密度、蒸着時間等の成膜条件を絞り込み、所望の膜厚4nmで化学量論組成を有するHfO2薄膜の成膜条件を確立した。また、原子間力顕微鏡によりHfO2薄膜の表面凹凸を観察したところ、本実験目的の遂行に耐える十分な平坦性を有することを確認した。
次に、HfO2薄膜/SiC構造に対して(18)O同位体ガスによる追い酸化を行った。分光エリプソメータにより追い酸化した試料の膜構造を解析した結果、“HfO2/Si(18)O2/SiC構造”が発現し、さらに酸化時間の増加と共にHfO2表面にもSi(18)O2層が形成されていることがわかった。
これと平行し、酸化前後でのSiC基板の結晶欠陥イメージングの比較を行った。その結果、ショックレー型積層欠陥という結晶面の滑りによって生じた欠陥は酸化により縮小もしくは消失するが、フランク型積層欠陥と呼ばれる結晶面の挿入あるいは抜けによって生じる欠陥は酸化によって形成もしくは拡張することがわかった。さらに、フランク型積層欠陥の周囲は、高出力レーザ照射による結晶ダメージとしてショックレー型積層欠陥が形成されやすいことがわかった。

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

前年度は、当初の計画通り「HfO2/Si(18)O2/SiC構造」の作製に成功した。従い、今年度に予定通りこの試料に対する深さ方向分析を行えば、本研究目的である「酸化中にSiやC原子が酸化界面から酸化膜に放出されるか」という命題について解が得られる。
これに加え、当初の計画にはなかった「結晶欠陥の酸化による影響」について新たな知見を得ることができたので、このような自己評価とした。

今後の研究の推進方策

前年度作製したHfO2/Si(18)O2/SiC構造に対し、二次イオン質量分析法(SIMS)による酸化膜深さ方向分析を分析業者に依頼し、SiCから放出されたSiおよびC格子間原子の検出とその密度分布測定を試みる。次に、酸化温度・酸素分圧などの酸化条件を変えた試料を作製し、酸化条件による酸化膜中のOの挙動、界面あるいは表面付近におけるSiおよびCの挙動の変化を追究していく。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) 図書 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Model calculations of SiC oxide growth rates at sub-atmospheric pressures using the Si and C emission model2013

    • 著者名/発表者名
      Yasuto Hijikata, Shuhei Yagi, Hiroyuki Yaguchi, and Sadafumi Yoshida
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 740-742 ページ: 833-836

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.740-742

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro-Photoluminescence study on the influence of oxidation on stacking faults in 4H-SiC epilayers2012

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Yamagata, Shuhei Yagi, Yasuto Hijikata, and Hiroyuki Yaguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 5 ページ: 051302

    • DOI

      10.1143/APEX.5.051302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen partial pressure dependence of the SiC oxidation process studied by in-situ spectroscopic ellipsometry2012

    • 著者名/発表者名
      Keiko Kouda, Yasuto Hijikata, Shuhei Yagi, and Hiroyuki Yaguchi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 112 ページ: 024502

    • DOI

      10.1063/1.4736801

    • 査読あり
  • [学会発表] Model calculations of SiC oxide growth rates at sub-atmospheric pressures using the Si and C emission model

    • 著者名/発表者名
      Y. Hijikata, S. Yagi, H. Yaguchi, and S. Yoshida
    • 学会等名
      9th European Conference of SiC and Related Matterials
    • 発表場所
      Russia (Saint-Petersburg)
  • [学会発表] スパッタ薄膜成長による4H-SiC 基板中の非発光再結合中心生成

    • 著者名/発表者名
      加藤 寿悠 ,八木 修平 ,土方 泰斗 ,矢口 裕之
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山(愛媛/松山大学)
  • [学会発表] 堆積と熱酸化による4H-SiC MOS 構造の作製

    • 著者名/発表者名
      大谷 篤志,八木 修平,土方 泰斗,矢口 裕之
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山(愛媛/松山大学)
  • [学会発表] 堆積と熱酸化による4H-SiC MOS 構造の作製

    • 著者名/発表者名
      大谷 篤志,八木 修平,土方 泰斗,矢口 裕之
    • 学会等名
      第21回SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会
    • 発表場所
      大阪(大阪市中央公会堂)
  • [学会発表] 4H-SiCエピ膜中積層欠陥への熱酸化の影響について

    • 著者名/発表者名
      宮野 祐太郎,矢口 裕之,土方 泰斗,八木 修平
    • 学会等名
      第60回春季応用物理学会講演会
    • 発表場所
      厚木(神奈川工科大学)
  • [図書] Physics and Technology of Silicon Carbide Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Yasuto Hijikata
    • 総ページ数
      402
    • 出版者
      INTECH open access publisher
  • [図書] Nondestructive and Contactless Characterization Method for Spatial Mapping of the Thickness and Electrical Properties in Homo-Epitaxially Grown SiC Epilayers Using Infrared Reflectance Spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida, Y. Hijikata, and H. Yaguchi
    • 総ページ数
      26
    • 出版者
      INTECH open access publisher
  • [図書] Thermal Oxidation Mechanism of Silicon Carbide2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Hijikata, S. Yagi, H. Yaguchi, and S. Yoshida
    • 総ページ数
      26
    • 出版者
      INTECH open access publisher
  • [備考] Paper List vol.4

    • URL

      http://www.opt.ees.saitama-u.ac.jp/~yasuto/Gyouseki_YHiji4.html

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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