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電力の変換・制御を司る半導体パワーデバイスの高効率化は低炭素社会実現のキーテクノロジーである。本研究では、SiC特有の物性を活かした動作原理に基づく低エネルギー損失SiCパワーMOSトランジスタの創製を目的とする。実現のための重要な技術課題として金属/SiC界面の接合特性とMOS界面特性の制御があげられる。
前年度までに、デバイスシミュレーションを用いたショットキー接合SiC-MOSFETの動作検証から、ショットキー障壁高さは0.3 eV以下とする必要があることが示唆された。4H-SiCの電子親和力が約3.6 eVであることをから、真空仕事関数が2~3 eVと非常に低いBaを電極材料として検討し、AlあるいはAuキャップの積層がBa層の反応性の高さに起因する特性劣化を回避するのに有効であることを見出した。
本年度は、膜厚傾斜を有するSiO2膜上に真空蒸着によりAl/BaあるいはAu/Ba積層電極を形成し、MOS構造のフラットバンド電圧とSiO2膜厚の関係からBaの実効的な仕事関数を見積もった。その結果、キャップ材料がAuよりもAlの方が1 eV程度低い仕事関数を示し、さらにBa膜厚が厚いほど実効仕事関数は低く10 nm以上で2.5 eVを得たが、一方で電気特性に顕著な経時変化が見られた。そこで、仕事関数3.1 eVで比較的安定なBa 2 nmを電極として、Al/Ba/4H-SiC(0001)構造を作製し、接合特性を評価した。その結果、欠陥を介したトンネル伝導の影響も見られたものの、オーミック特性に近い電流-電圧特性を示し、ショットキーSiC MOSFET実現に向けた重要な知見を得た。また、MOSゲート絶縁膜としてこれまで提案してきたAlON/SiO2積層構造には、界面固定電荷の影響を軽減する効果があることを見出し、ノーマリオフ動作に向けた閾値電圧制御の指針を示した。
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