炭化珪素接合型電界効果トランジスタによる相補型論理とアナログ回路の高温動作実証

使用碳化硅结场效应晶体管演示互补逻辑和模拟电路的高温运行

基本信息

批准号：
22KJ2013
负责人：
金祺民
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2013/
关键词：
炭化珪素高温動作デバイス半絶縁性基板補償欠陥

项目摘要

炭化珪素(SiC)pチャネル接合型電界効果トランジスタ(JFET)およびnチャネルJFETを組み合わせたSiC相補型JFET(CJFET)は、酸化膜をデバイス構造に使用しておらず、相補型動作により静的消費電力の低減が可能になるため、高温動作集積回路の作製に適している。また、高純度半絶縁性(HPSI)SiC基板は高い抵抗率を有し、n型、p型イオン注入層を容易に形成できることから、高温動作集積回路用基板として有望である。過去にHPSI SiC基板上にpチャネルJFETおよびnチャネルJFETが作製され、400℃の高温動作が報告されている。デバイス作製の観点から、HPSI SiC基板上イオン注入層の補償欠陥密度などの電気的性質に関する知見が求められるが、報告例は僅少で十分に理解されていない。HPSI SiC基板上イオン注入層は、基板由来の真性点欠陥およびイオン注入誘起欠陥を多量に含む。熱酸化処理によりこれらの点欠陥が減少し、補償欠陥密度が低減する可能性はあるが、実験による定量報告は現状ない。当該年度では、HPSI SiC基板上に2×10^16 cm^(－3)から1×10^17 cm^(－3)の注入原子密度を有するP、Alイオン注入層を形成し、Hall効果測定を行い、測定結果に対して電荷中性条件式に基づいた解析を行い、P、Alイオン注入層の補償欠陥密度を抽出した。その結果、熱酸化処理により、P、Alイオン注入層の補償欠陥密度はそれぞれ約0.5×10^15 cm^－3から4×10^15 cm^(－3)、1×10^16 cm^(－3)低減したことがわかった。実験的に初めて定量評価した本結果は、半絶縁性基板上イオン注入法により高温動作デバイスを設計・作製するにあたって、有用な知見であると言える。

SIC互补JFET（CJFET）结合了碳化硅（SIC）P通道连接场效应晶体管（JFET）和N频道JFET不使用设备结构中的氧化物膜，并且互补操作允许静态功耗可减少静态功耗，从而使其适合于制造高温循环循环。此外，高纯度半胰岛（HPSI）SIC底物具有较高的电阻率，并且可以轻松形成N型和P型离子植入层，从而使它们成为高温运行集成电路的底物。过去，P通道JFET和N通道JFET已在HPSI SIC底物上制造，并且报道了400°C时的高温运行。从设备制造的角度来看，需要有关电气特性的知识，例如在HPSI SIC底物上植入的离子植入层的补偿缺陷密度，但报告的实例很小，并且了解不足。 HPSI SIC底物上的离子植入层包含大量固有点缺陷和离子植入诱导的缺陷，这些缺陷来自底物。尽管热氧化处理可以减少这些点缺陷并降低补偿缺陷密度，但没有使用实验进行定量报告。在今年，在HPSI SIC底物上，测量了HPSI SIC底物的效果，基于电荷中性等级的层次和补偿级别的分析，在测量HPSI SIC底物上，在HPSI SIC底物效应上进行了植入原子密度的植入层，从2×10^16 cm^（-3）到1×10^17 cm^（-3）形成。结果，发现通过热氧化处理，分别从约0.5×10^15 cm^-3-3至4×10^15 cm^（-3）和1×10^16 cm^（-3）的补偿缺陷密度从约0.5×10^15 cm^-3-3至4×10^15 cm^（-3）。可以说，这种实验性定量评估对于使用半胰岛底物上的离子植入来设计和制造高温操作设备很有用。