高性能ＳｉＣ　ＭＯＳＦＥＴの実現に向けた界面物性及びキャリア散乱機構の基礎研究

实现高性能SiC MOSFET的界面特性和载流子散射机制的基础研究

• 批准号: 15J04823
• 负责人: 小林 拓真
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04823/
• 关键词: 炭化珪素; 二酸化珪素; 金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ; 界面欠陥; 界面準位; リン処理; MOS構造; MOSFET; サブスレッショルド特性; 界面準位密度; 炭化珪素 (SiC); 二酸化珪素 (SiO2); MOS界面; 界面準位密度 (Dit); チャネル移動度

パワースイッチングデバイスの本命であるSiC MOSFETは、現状その根幹に問題を抱えている。それはチャネル抵抗が高いことである。高いチャネル抵抗は、MOS界面の高密度欠陥に起因すると指摘された。しかし欠陥の起源は明らかでなく、その飛躍的な低減法は見出されていない。欠陥の起源は酸化過程で界面に残留するC由来だと広く認知され、Cを検出するための化学分析が各機関により精力的に行われた。しかし化学分析の定量下限の問題により、C検出は困難を極めた。本研究では、酸素分圧の極端に低い高純度Ar雰囲気でSiO2/SiC試料を熱処理し、界面CをSiO2中に拡散させることで、SIMS分析によって明確に検出することに成功した。さらに、P処理を行うことでC欠陥が除去されることを実験的に確認したため、そのメカニズムを計算科学に基づいて解明することを目指した。先行研究により、P処理を行うことでSiO2中にPが導入され、PSGが形成すると知られていたが、その微視的構造は不明であった。そこで本研究ではまず、第一原理Simulated Annealing計算により、PSGの安定構造を決定した。結果、PSG中のPは4配位でOと結合しネットワークを形成するが、その内の1つのOは1配位で格子間に位置する特異な構造 (-O3PO構造) をとることを確認した。続いて、PSG/SiC系における酸化反応機構について調べた。SiCの酸化反応は理想的にはSiC+3/2O2→SiO2+COに基づいて進行するため、COの界面近傍からの脱離が促進されれば、界面に残留するCが減少すると考えられる。そこでPSG中のCOの挙動に着目した種々の静的な構造最適化計算を行った。結果、PSG/SiC系では界面近傍の-O3POがCOを吸着する効果を示すことを明らかにし、計算科学の立場からP処理による界面C欠陥除去のメカニズムを説明した。

SIC MOSFET是电源开关设备的主要最爱，目前在核心方面存在问题。这是高通道电阻。值得注意的是，高通道电阻是由MOS界面处的高密度缺陷引起的。但是，缺陷的起源尚不清楚，也找不到减少它的方法。缺陷的起源被广泛认可为C，在氧化过程中保留在界面上，并且各机构都会大力进行化学分析以检测C。但是，由于化学分析的定量确定下限的问题，C检测变得极为困难。在这项研究中，我们通过在高纯度AR大气中进行热处理，成功地成功地检测了SIO2/SIC样品，其氧气的部分压力极低，并通过将界面C扩散到SIO2中。此外，我们通过实验证实，可以通过进行P处理来消除C缺陷，​​因此旨在阐明基于计算科学的机制。先前的研究表明，P处理将P引入SIO2并形成PSG，但其显微镜结构尚不清楚。因此，在这项研究中，通过第一原理模拟退火计算确定PSG的稳定结构。结果，已经证实，PSG中的P与O中的O结合并形成一个网络，但是其中一个在一个协调中采用了位于晶格之间的独特结构（-O3PO结构）。接下来，研究了PSG/SIC系统中的氧化反应机制。 SIC的氧化反应理想地基于SIC+3/2O2→SIO2+CO进行，因此，如果促进了从界面附近的CO解吸，则在界面上保留的C将减小。因此，对PSG中CO的行为进行了各种静态结构优化计算。结果，据透露，在PSG/SIC系统中-O3PO附近的界面表现出吸附CO的效果，从计算科学的角度来看，通过P处理删除界面C缺陷的机制。

项目成果

Accurate Evaluation of Interface State Densities of 4H-SiC(0001) MOS Structures Annealed in POCl3 by C-Ψs Method

C-Ψs法准确评估POCl3退火4H-SiC(0001) MOS结构的界面态密度

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Kobayashi;T. Okuda;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto

Microscopic mechanism of the removal of carbon-associated defects at a SiO2/SiC interface due to phosphorus treatment

磷处理去除 SiO2/SiC 界面碳相关缺陷的微观机制

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuma Kobayashi;Yu-ichiro Matsushita;Tsunenobu Kimoto;and Atsushi Oshiyama
• 通讯作者: and Atsushi Oshiyama

Influence of Conduction-Type on Thermal Oxidation Rate in SiC (0001) with Various Doping Densities

不同掺杂浓度SiC(0001)中导电类型对热氧化速率的影响

• DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.821-823.456
• 发表时间: 2015
• 期刊: Materials Science Forum
• 作者: T. Kobayashi;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto

Reduction of interface state density in SiC (0001) MOS structures by post-oxidation Ar annealing at high temperature

• DOI: 10.1063/1.4980024
• 发表时间: 2017-04-01
• 期刊: AIP ADVANCES
• 影响因子: 1.6
• 作者: Kobayashi, Takuma;Suda, Jun;Kimoto, Tsunenobu
• 通讯作者: Kimoto, Tsunenobu

Evidence of carbon-related defects at the SiC MOS interface and mechanism of defect passivation by nitridation and phosphorus treatment - chemical analyses combined with DFT calculations

SiC MOS界面与碳相关的缺陷的证据以及氮化和磷处理的缺陷钝化机制——化学分析结合DFT计算

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuma Kobayashi;Yu-ichiro Matsushita;Takafumi Okuda;Atsushi Oshiyama and Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: Atsushi Oshiyama and Tsunenobu Kimoto