2019 Fiscal Year Research-status Report
原子レベルの欠陥制御に資する計算手法の開発とパワーデバイス用半導体への適用
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19K05294
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| Research Institution | Okayama Prefectural University |
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Principal Investigator |
末岡 浩治 岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (30364095)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 秀和 千葉工業大学, 工学部, 教授 (00581141)
中塚 理 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | パワーデバイス / 欠陥制御 / 計算手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の全体構想は，点欠陥の熱平衡濃度に与えるドーパントと不純物の影響，さらに各要素間の結合エネルギーについて，実験パラメータを用いることなく算出可能な手法として開発した“箱庭法”により計算し，その結果を結晶成長の連続体シミュレーションに組み込むことで形成しうる欠陥種と濃度を予測可能な計算手法へと発展させ，それを適用してSi，SiC，GaNなどパワーデバイス用半導体の高品位化に貢献することである．
2019年度は，Si結晶中の窒素（N），水素（H）が点欠陥（原子空孔Vと格子間Si I）濃度に与える影響と各要素間の結合エネルギーについて箱庭法により計算し，その結果を結晶成長の連続体シミュレーションであるSTR社製CGSimへインストールすることで，生成しうる欠陥種と濃度を予測可能な計算手法を開発した．得られた主要な結果は以下の通りである．(1)Nドープ，HドープのいずれにおいてもSi結晶はV-richとなる．(2)その効果はNドープの方が大きく，ドープ量の約10%の濃度分のVを増加させる．本研究成果に関係する数件の論文発表を行うとともに，新型コロナウイルスのために中止となったが，2020年5月に開催予定であった欧州材料学会において2件の論文が採択された．
なお，次の2つの課題については，予定通り次年度に実施する．(i) IGBT用MCZ-Si結晶として，NとHを同時添加した無欠陥Si結晶の可能性を示す．(ii) SiパワーMOSFET用超高濃度Pドープn型Si結晶において，ボイド欠陥の消滅に伴うP析出物の形成過程の解明と抑制技術を提案する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度には「Si結晶中で生成しうる欠陥種と濃度を予測可能な計算手法の開発」を目指していたが，作業は順調に進行した．
さらにこのプログラムを用い，Si結晶中の窒素（N），水素（H）が点欠陥（原子空孔Vと格子間Si I）濃度に与える影響について研究を行った．得られた主要な結果は以下の通りである．
(1)Nドープ，HドープのいずれにおいてもSi結晶はV-richとなる．
(2)その効果はNドープの方が大きく，ドープ量の約10%の濃度分のVを増加させる．
本研究成果に関係する数件の論文発表を行うとともに，新型コロナウイルスのために中止となったが，2020年5月に開催予定であった欧州材料学会において2件の論文が採択された．さらに次年度からの研究に向けて，SiCとGaNに関する予備計算を行った．
このように，研究はおおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は開発した計算手法を用い，以下の2つの課題に取り組む．
(i) IGBT用MCZ-Si結晶として，NとHを同時添加した無欠陥Si結晶の可能性を示す．
(ii) SiパワーMOSFET用超高濃度Pドープn型Si結晶において，ボイド欠陥の消滅に伴うP析出物の形成過程の解明と抑制技術を提案する．
さらに，2020年度の後半からは，4H-SiCとGaNにおける不純物や点欠陥制御も視野に入れ，六方晶構造についても計算可能なプログラムを開発する．とくに，SiCとGaN結晶について点欠陥の物性やドーパントの活性化，さらにこれらの複合体形成などの基礎データを得る．
なお，現在の新型コロナウイルスのため，学内での研究活動は制限を受けている．今後の状況にもよるが，必要に応じて，学外からの計算機アクセスを可能とするなどの対策を検討する．
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| Causes of Carryover |
共同研究者（千葉工業大学 山本秀和教授）の研究実施において，15万円分を次年度に使用した方が成果につながると判断したため，次年度に繰り越して使用する．
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