高性能パワーデバイスに向けたＳｉＣ　ＭＯＳ界面におけるキャリア輸送現象の理論研究

高性能功率器件SiC MOS界面载流子传输现象的理论研究

基本信息

批准号：
18J00168
负责人：
田中一
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00168/
关键词：
SiC MOS Hall移動度モンテカルロ

项目摘要

SiC MOSFETは、次世代パワーデバイスとして注目されているが、そのMOS界面には多数の界面欠陥が存在し、反転層における電子輸送については未解明な点が多い。本研究においては、まず、SiC MOS反転層における電子状態をシュレディンガー方程式とポアソン方程式を自己無撞着に解いて求めた。次に、SiC MOS界面に多数存在する界面準位に捕獲された電子による散乱を定式化した。ここでは、捕獲電荷がクーロン散乱を生じるだけでなく遮蔽効果ももたらすとしたモデル化を行った。さらに、フォノン散乱・ラフネス散乱・イオン化不純物散乱・電気的に中性な欠陥による散乱もモデル化して、このモデルによりHall移動度を計算した。ここで、電気的に中性な欠陥による散乱は、空間的に局在した摂動ポテンシャルにより表現した。その結果、Hall移動度は、高温ほど低下し、かつ界面準位密度にあまり依存しないという、実験結果と整合する結果が得られた。さらに、中性欠陥の密度とラフネスの振幅・相関長をパラメータとして実験結果へのフィッティングを行い、高アクセプタ密度の場合ほど中性欠陥密度が大きくなるとした場合に、実験で報告されているHall移動度のアクセプタ密度および実効垂直電界に対する依存性を再現できることを示した。上の研究においては、空間的に局在した摂動ポテンシャルを用いて中性欠陥による散乱を表現した。このようなポテンシャルが分布する系におけるキャリア輸送を、フェルミの黄金率を用いた散乱レートによる半古典的な計算ではなく、量子論的に扱うため、非平衡グリーン関数法を用いた計算も行った。これにより、空間的に局在したポテンシャルで表現されるような欠陥がHall移動度に与える影響について、量子論的な解析を行った。

SiC MOSFET作为下一代功率器件而备受关注，但MOS界面处存在许多界面缺陷，并且反型层中的电子传输存在许多未知因素。在本研究中，我们首先通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程确定了SiC MOS反型层中的电子态。接下来，我们公式化了 SiC MOS 界面处存在的许多界面态中捕获的电子引起的散射。在这里，我们对捕获的电荷进行建模，不仅会引起库仑散射，而且还会产生屏蔽效应。此外，还对声子散射、粗糙度散射、电离杂质散射和电中性缺陷引起的散射进行了建模，并使用该模型计算了霍尔迁移率。这里，由于电中性缺陷引起的散射由空间局部扰动电势表示。结果，我们发现霍尔迁移率随着温度的升高而降低，并且不太依赖于界面态密度，这与实验结果一致。此外，我们使用中性缺陷密度和粗糙度幅度/相关长度作为参数对实验结果进行拟合，如果我们假设中性缺陷密度随着受体密度的增加而增加，则实验中报告的霍尔运动表明：可以再现该程度对受主密度和有效垂直电场的依赖性。在上述研究中，使用空间局部扰动势来表示中性缺陷引起的散射。为了以量子理论的方式处理具有这种势能分布的系统中的载流子传输，而不是使用费米黄金比例的散射率进行半经典计算，我们还使用非平衡格林函数方法进行了计算。。因此，我们对空间局域势所表达的缺陷对霍尔迁移率的影响进行了量子理论分析。