Materials Science and Device Physics in SiC toward Robust Electronics

SiC 中的材料科学和器件物理走向稳健的电子产品

• 批准号: 21H05003
• 负责人: 木本 恒暢
• 金额: $ 122.39万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05003/
• 关键词: 炭化珪素; MOSFET; 絶縁破壊; パワーデバイス; 高温動作デバイス; MOS界面

本研究では、低損失パワーデバイスおよび高温動作集積回路の実現に向けてSiC半導体に関する学理革新と深化を目指しており、本年度に得られた主な成果は以下の通りである。1) SiC MOS界面物性の解明に関しては、研究代表者が提案した酸化抑制プロセスによりトレンチ側壁面（(11-20), (1-100)面）上のMOS構造を作製・評価したところ、伝導帯端近傍で約5E10cm-2eV-1 という極めて低い界面準位密度が得られることを見出した。2) SiCのnチャネルMOSFETの高性能化に関しては、新規の酸化抑制プロセスを活用することにより、トレンチ側壁面の高濃度p型ボディ上で130cm2/Vs以上という高い移動度を達成した。また、様々な素子でMOS-Hall効果測定を行い、電子移動度と界面準位捕獲電子密度に関する体系的なデータを取得した。3) SiCのpチャネルMOSFETにおいて比較的高いチャネル移動度が得られる原因を実験と理論により解析し、価電子帯端近傍の界面準位密度が比較的低いだけでなく、pチャネルMOSFETの方がnチャネルMOSFETに比べて通電時の表面フェルミ準位がバンド端から離れており（有効質量の違い）、キャリア捕獲の影響が小さいからであることを明らかにした。4) SiCの高電界物性に関しては、<0001>方向の電子の衝突イオン化係数が異常に小さいことを見出し、SiC特有のバンド構造を考慮したフルバンドのモンテカルロシミュレーションによって、その原因を明らかにした。5) 様々なドナー密度を有するSiCショットキー障壁ダイオードを作製し、実測特性を理論計算結果と比較検討した。ドナー密度が2E18cm-3以上では、実測した順方向・逆方向特性ともにショットキー障壁を介したトンネル電流により定量的に説明できることを示した。

在这项研究中，我们旨在振兴和加深SIC半导体，以实现低斜率的功率设备和高温操作集成电路，今年获得的主要结果如下。 1）关于阐明SIC MOS面对面特性，由研究代表提出的研究代表制备了沟槽侧壁（（11-20），（1-100））的MOS结构（（11-20），（1-100））。发现在尖端附近可以获得非常低的界面密度约为5e10cm-2ev-1。 2）关于SIC N通道MOSFET的高性能，通过利用新的氧化抑制过程来实现沟槽侧壁上高浓度的P型体。此外，通过各种元素测量了MOS-HALL效应，并获得了电子运动和界面捕获电子密度的系统数据。 3）通过实验和理论分析SIC的P通道MOSFET中相对较高的通道运动的原因，与N-通道MOSFET相比，在表面水平密度相对的情况下，p通道MOSFET不仅相对较低。能量时的表面费米水平远非频带的末端（有效量的差异），并且载体捕获的效果很小。 4）关于SIC的高电场特性，发现原因是，<0001>方向的电子碰撞电离系数异常较小，并且由于完整的蒙特卡尔（Montecal Rossimulation）所揭示了原因，该原因已考虑特定于SIC的频带结构。 5）制备具有各种密度密度的SIC SHOT钥匙屏障，并将实际特性与理论计算结果进行了比较。随着2e18cm-3或更高的密度，2e18cm-3或更多的密度可通过在测得的顺序和反向方向特性中通过射击钥匙屏障进行定量解释。

项目成果

Enhanced tunneling current and low contact resistivity at Mg contacts on heavily phosphorus-ion-implanted SiC

大量磷离子注入的 SiC 上的镁接触处增强了隧道电流并降低了接触电阻率

• DOI: 10.35848/1882-0786/acb98b
• 发表时间: 2023
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Hara Masahiro;Kaneko Mitsuaki;Kimoto Tsunenobu
• 通讯作者: Kimoto Tsunenobu

SiC半導体素子の製造方法及びSiC MOSFET

SiC半导体器件及SiC MOSFET的制造方法

• 发表时间: 2021

Reduction of interface state density in the SiC MOS structures by a non-oxidation process

通过非氧化工艺降低 SiC MOS 结构中的界面态密度

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Kimoto;K. Tachiki;T. Kobayashi;and Y. Matsushita
• 通讯作者: and Y. Matsushita

酸化排除による高品質SiC MOS界面の形成（次世代パワー半導体の開発・評価と実用化）

通过消除氧化形成高质量的SiC MOS界面（下一代功率半导体的开发、评估和实际应用）

• 发表时间: 2022
• 作者: 小林拓真;木本恒暢
• 通讯作者: 木本恒暢

Progress and Future Challenges in SiC MOSFETs

SiC MOSFET 的进展和未来挑战

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kimoto;K. Tachiki;K. Ito;K. Mikami;and M. Kaneko
• 通讯作者: and M. Kaneko