2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the physical origin of the dominant scattering mechanism of electron mobility in SiC MOS interfaces
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23K03928
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
畠山 哲夫 富山県立大学, 工学部, 教授 (90222215)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | SiC / 第一原理計算 / MOS界面 / シリコンカーバイド / 双極子 / 欠陥 / バンド配列 / 伝導帯オフセット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代省エネ電力用半導体であるSiC-MOSFETの重要な課題はSiC-MOS界面における電子の低移動度である。この問題に対処するため、低移動度の物理的要因を明確にすることが本研究の目的である。ホール効果による移動度測定と有効質量近似を用いた擬二次元電子ガスの散乱理論による移動度の計算から、高密度な界面電気双極子散乱体が移動度低下の主要な原因であることが示されている。本研究は、界面の電気双極子散乱体の物理的実体とその起源を明確にすることを目指している。
当該年度には、4H-SiC/SiO2界面におけるバンド配列（伝導帯オフセット）および界面双極子の形成を第一原理計算に基づき理論的に検討した。SiC基板の面方位や界面の化学結合が異なる複数のケースについて計算を実施した結果、エネルギー的に安定な結合から構成される界面構造に注目し、伝導帯オフセットの値はSi面で2.40 eV、C面で1.43 eV、m面で1.30 eVの値を得た。この面方位依存性はXPSによる実験結果と一致している。さらに、界面の電界密度から見積もられる界面双極子の面方位依存性と伝導帯オフセットの相関が存在することを示し、界面における結合種と大きく相関する界面双極子がバンドオフセットの決定要因であることが示された。
4H-SiC/SiO2界面においては、C-C結合を含む欠陥構造が形成される確率が高いことが第一原理計算によって示されている。この欠陥が界面双極子の形成に与える影響を調査するため、C-Cを含む界面構造の安定性を評価した。その結果、Si-C-C-Si構造が安定であることが示された。今後は、界面双極子と欠陥の相互作用についての検討を進める予定である。
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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
当該年度の研究予定として、SiC-MOS界面における電荷移動（電気双極子形成）及びSiCと酸化膜のバンド配列について、第一原理計算を活用して解析することを計画していた。研究実績に示されるように、予定していた研究項目はすべて実施され、電荷移動による界面双極子形成およびバンド配列に関して具体的かつ定量的な説明が可能な研究成果を得ることができた。このため、研究は概ね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究予定として以下の内容を実施する。
（１）第一原理計算を活用して、界面欠陥と界面の電荷移動の関係、及び界面双極子との相互作用を調査し、SiC MOS界面の移動度を制限する双極子欠陥の形成メカニズムを解明することを目指す。
（２）SiC MOS界面の移動度に関する基礎研究の社会実装を目指し、SiC MOSFET開発に必須のツールであるTCADで使用するSiC-MOS界面の移動度の物理モデルを考案する。
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| Causes of Carryover |
旅費に関しては、別の資金で海外出張分を充当したため、繰り越しが発生した。円安の影響で海外出張費が大幅に高騰しているため、繰り越し等の手段を用いて柔軟に予算を確保する必要があある。繰り越した資金は海外出張費の増加分に充当する予定である。
物品費に関しては、計算機の購入を計画していたが、共同研究者が他研究機関の共同利用計算機システムの計算時間使用権を保持していたため、共同利用計算機を使用して研究を実施した。繰り越した資金は、物品費として円安で高騰する計算機やSiC-MOSFETの移動度測定に用いる半導体測定機器の購入に充当する予定である。
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Research Products
(8 results)
