低電界および高電界における炭化ケイ素中のキャリア輸送機構と異方性の解明

阐明低电场和高电场下碳化硅中的载流子传输机制和各向异性

• 批准号: 22KJ1957
• 负责人: 石川 諒弥
• 金额: $ 1.47万
• 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-22KJ1957/
• 关键词: 炭化ケイ素; 移動度; キャリア輸送機構; 異方性; バンド構造

炭化ケイ素(SiC)中のキャリア輸送機構を明らかにするため、本年度は、低電界の正孔移動度にフォーカスした研究を行った。様々なドーピング密度を有するSiC(11-20)単結晶上にHallバー構造を作製し、広い温度範囲においてHall効果測定を行うことで、異方性を考慮した正孔移動度の評価に取り組んだ。その結果、c軸方向([0001]方向)の正孔移動度が、c軸垂直方向と比較して10%程度低いことを実験的に明らかにした。また、実験結果に基づき、正孔移動度の温度依存性・不純物密度依存性・輸送方向依存性を包括的に再現する経験式を決定した。これらの結果は、SiCデバイスの特性計算や最適設計に不可欠な指針である。さらに、正孔移動度の異方性の起源に関して、有効質量の異方性に着目した理論的検討を行った。実験的に得られた正孔移動度の異方性と、先行研究により得られている価電子帯頂上での有効質量の異方性が大きく乖離していることを踏まえ、厳密な比較のためには正孔のエネルギー分布を考慮に入れるべきだと着想した。結果として、SiCのバンド構造と正孔のエネルギー分布から計算された平均的な有効質量の異方性により、正孔移動度の異方性が定量的に説明できることを明らかにした。これらの知見および移動度の異方性の起源に関する解析手法は、他の異方性を有する半導体材料におけるキャリア輸送機構のさらなる理解にもつながる、有用な知見である。

为了阐明碳化硅（SiC）中的载流子传输机制，今年我们重点开展了低电场下空穴迁移率的研究。通过在具有不同掺杂密度的 SiC(11-20) 单晶上制造霍尔棒结构并测量宽温度范围内的霍尔效应，我们在考虑各向异性的情况下评估了空穴迁移率。结果，实验表明c轴方向([0001]方向)上的空穴迁移率比垂直于c轴的方向上的空穴迁移率低约10％。此外，根据实验结果，我们确定了一个经验公式，可以全面再现空穴迁移率的温度依赖性、杂质密度依赖性和传输方向依赖性。这些结果为计算 SiC 器件的特性和优化设计提供了重要的指导。此外，我们还对空穴迁移率各向异性的起源进行了理论研究，重点关注了有效质量的各向异性。考虑到实验获得的空穴迁移率各向异性与前期研究获得的价带顶部有效质量各向异性存在较大差异，我们进行了严格的比较，认为空穴的能量分布应为考虑到。结果表明，空穴迁移率的各向异性可以通过根据SiC的能带结构和空穴能量分布计算出的平均有效质量的各向异性来定量解释。这些关于迁移率各向异性起源的发现和分析方法是有用的发现，将有助于进一步了解其他各向异性半导体材料中的载流子传输机制。

项目成果

SiCにおける電子・正孔移動度の異方性の評価と解析

SiC中电子和空穴迁移率各向异性的评价与分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 石川 諒弥; 原 征大; 田中 一; 金子 光顕; 木本 恒暢
• 通讯作者: 木本 恒暢