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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究旨在创新和加深SIC半导体的科学和技术，以实现低损坏的功率设备和高温运行的综合电路，而今年获得的主要结果如下。 1）关于SIC MOS界面的物理特性的阐明，当沟槽侧壁表面（（（11-20）和（1-100）表面）通过主要研究者提出的氧化抑制过程进行了制造，并评估了大约5e10cm-2-1的孔界面密度，可以孔的孔的界面密度非常低。 2）关于改善SIC N通道MOSFET，利用新的氧化抑制过程，在沟槽的侧壁上高浓度的P型体可实现高迁移率130 cm2/vs或更多。此外，在各种设备上进行了MOS-HALL效应测量值，以获取有关电子迁移率和界面状态捕获电子密度的系统数据。 3）我们分析了通过实验和理论在SIC P通道MOSFET中获得相对较高的通道迁移率的原因，并揭示了价值带附近相对较低的界面级别密度，而P频道MOSFET的界面水平密度相对较低，而且P频道MOSFET在较远的表面Fermi水平上具有更遥远的表面Fermi水平，而在较小的band Edge中（差异）较小（差异），并且有效的效应效应效应效应效应效应。 4）关于SIC的高电场特性，我们发现<0001>方向上电子的碰撞电离系数异常很小，并且考虑到SIC独有的频带结构，通过全频段蒙特卡洛模拟来阐明原因。 5）制造了具有各种供体密度的SIC Schottky屏障二极管，并将实际测量的特征与理论计算结果进行了比较。已经表明，当供体密度为2e18cm-3或更高时，可以通过Schottky屏障的隧道电流定量地解释了测量的前进和反向特性。