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。

本研究旨在创新和深化SiC半导体理论，以实现低损耗功率器件和高温工作集成电路。今年取得的主要成果如下。 1) 为了阐明SiC MOS界面物理特性，我们使用主要研究者提出的氧化抑制工艺在沟槽侧壁表面（（11-20）、（1-100）平面）上制造并评估了MOS结构，并发现传导我们发现在能带边缘附近获得了约5E10cm-2eV-1的极低界面态密度。 2）在SiC n沟道MOSFET的性能增强方面，通过采用新的氧化抑制工艺，我们在沟槽侧壁的高掺杂p型体上实现了超过130cm2/Vs的高迁移率。我们还在各种器件上进行了 MOS 霍尔效应测量，并获得了电子迁移率和界面级捕获电子密度的系统数据。 3）我们通过实验和理论分析了SiC p沟道MOSFET沟道迁移率相对较高的原因，发现不仅价带边缘附近的界面态密度相对较低，而且还揭示了这是因为与n沟道MOSFET相比，通电时的表面费米能级距离能带边缘（有效质量差）更远，载流子俘获的影响也小。 4）关于SiC的高场物理特性，我们发现<0001>方向电子的碰撞电离系数异常小，并通过考虑独特能带结构的全能带蒙特卡罗模拟阐明了原因。到碳化硅。 5）我们制作了具有不同施主密度的SiC肖特基势垒二极管，并将其测量特性与理论计算结果进行了比较。结果表明，当施主密度为2E18cm-3或更高时，测量的正向和反向特性都可以通过肖特基势垒的隧道电流来定量解释。