界面制御による窒化ガリウムパワートランジスタの高性能化

通过接口控制提高氮化镓功率晶体管的性能

基本信息

批准号：
20K04587
负责人：
色川芳宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04587/
关键词：
GaN MOS 水素窒化ガリウムトランジスタ界面

项目摘要

近年、省エネルギーの観点から、インバータ等の電力変換モジュールに用いられるパワーデバイスの低損失化が求められている。GaN等のバンドギャップが大きい半導体は、材料の絶縁破壊電圧が高いために、電力損失の低減が期待されている。本研究では、MOS（金属／酸化物／半導体）型FET（電界効果トランジスタ）の酸化物／半導体界面を制御することで、GaNからなるパワートランジスタを高特性化することを目標としている。現状では、GaN MOSFETは、酸化物／半導体界面の知見が十分に得られていないために、理論的に期待される特性が得られていない。申請者らは、この酸化物／半導体界面に結晶性の酸化ガリウム界面層がナノシート状に存在することを世界で初めて確認しており、この界面層の性状を制御することによって界面特性を向上させ、素子の高特性化に繋げる。ところで、Si等のMOS界面においては、水素が界面特性を向上させることが古くから知られているが、GaN MOS界面において、水素の果たす役割について多くは知られていない。そこで、水素がMOS界面に及ぼす影響を調べるために、水素と酸化物／半導体界面に存在する結晶性の酸化ガリウム界面層との相互作用を調べた。昨年度までの研究では、サファイア基板を用いた素子において、デバイスの水素応答性は界面層によって引き起こされている可能性が大きいことが明らかになった。また、バルク基板の素子でも同様の効果がみられることが明らかになったため、基板の結晶性の影響は少ないと考えられる。昨年度においては、GaN MOSキャパシタにおける絶縁膜の種類や形成条件を変えて、同様の実験を行った。その結果、デバイスの水素応答性は絶縁膜の酸素欠損に起因する可能性が明らかになった。本結果を用いることで、これまで評価することが難しかったMOSFET絶縁膜の酸素欠損評価に繋がる可能性がある。

近年来，从节能的角度来看，在电源转换模块（例如逆变器）中使用的电源设备中的低损失需求。具有较大带隙（例如GAN）的半导体对材料的分解电压高，因此有望降低功率损耗。在这项研究中，目标是通过控制MOS（金属/氧化物/半导体）型FET（现场效应晶体管）的氧化物/半导体界面来改善GAN功率晶体管的表征。当前，GAN MOSFET尚未获得足够的氧化物/半导体界面知识，因此未获得理论上预期的特性。申请人在世界上首次确认，在该氧化物/半导体界面处的纳米片形式存在氧化壳晶体界面层，并且通过控制该界面层的性能，可以改善界面特性，从而导致设备的更高特性。顺便说一句，早就知道，氢可以改善诸如SI之类的MOS界面的界面特性，但是对于氢在GAN MOS界面上扮演的作用并不多。因此，为了研究氢对MOS界面的影响，我们研究了存在氧化物/半导体界面上存在的氢与氧化壳晶体界面层之间的相互作用。直到去年的研究表明，在使用蓝宝石底物的设备中，设备的氢反应性很有可能是由界面层引起的。此外，已经揭示了在散装底物的元素中观察到相似的效果，因此认为底物的结晶度的影响被认为很小。去年，我们通过更改了绝缘膜的类型和GAN MOS电容器的形成条件进行了类似的实验。结果，已经揭示了该设备的氢反应性可能是由于绝缘膜中的氧缺乏造成的。使用这些结果可能会导致评估MOSFET绝缘膜中的氧缺乏，到目前为止很难评估。