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Materials Science and Device Physics in SiC toward Robust Electronics

SiC 中的材料科学和器件物理走向稳健的电子产品

基本信息

批准号：
21H05003
负责人：
木本恒暢
金额：
$ 122.39万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05003/
关键词：
炭化珪素 MOSFET 絶縁破壊パワーデバイス高温動作デバイス MOS界面

项目摘要

本研究では、低損失パワーデバイスおよび高温動作集積回路の実現に向けてSiC半導体に関する学理革新と深化を目指しており、本年度に得られた主な成果は以下の通りである。1) SiC MOS界面物性の解明に関しては、研究代表者が提案した酸化抑制プロセスによりトレンチ側壁面（(11-20), (1-100)面）上のMOS構造を作製・評価したところ、伝導帯端近傍で約5E10cm-2eV-1 という極めて低い界面準位密度が得られることを見出した。2) SiCのnチャネルMOSFETの高性能化に関しては、新規の酸化抑制プロセスを活用することにより、トレンチ側壁面の高濃度p型ボディ上で130cm2/Vs以上という高い移動度を達成した。また、様々な素子でMOS-Hall効果測定を行い、電子移動度と界面準位捕獲電子密度に関する体系的なデータを取得した。3) SiCのpチャネルMOSFETにおいて比較的高いチャネル移動度が得られる原因を実験と理論により解析し、価電子帯端近傍の界面準位密度が比較的低いだけでなく、pチャネルMOSFETの方がnチャネルMOSFETに比べて通電時の表面フェルミ準位がバンド端から離れており（有効質量の違い）、キャリア捕獲の影響が小さいからであることを明らかにした。4) SiCの高電界物性に関しては、<0001>方向の電子の衝突イオン化係数が異常に小さいことを見出し、SiC特有のバンド構造を考慮したフルバンドのモンテカルロシミュレーションによって、その原因を明らかにした。5) 様々なドナー密度を有するSiCショットキー障壁ダイオードを作製し、実測特性を理論計算結果と比較検討した。ドナー密度が2E18cm-3以上では、実測した順方向・逆方向特性ともにショットキー障壁を介したトンネル電流により定量的に説明できることを示した。

This study aims to deepen the theoretical innovation related to SiC semiconductor, and the main achievements of this year are as follows: 1)The research representative proposed the preparation of MOS structures on the sidewall surfaces ((11-20), (1-100)) near the conduction band end, about 5E, 10cm-2eV-1, and the low interface quasi-density. 2)High performance of SiC n-type MOSFETs is required. The new acidification suppression scheme is used to achieve high mobility of 130 cm2/Vs or more on the sidewall surface. MOS-Hall effect measurement of electron mobility and interface alignment capture electron density 3)The reason why the mobility of SiC MOSFET is higher than that of SiC MOSFET is analyzed theoretically. The interface level density near the electron band is lower than that of SiC MOSFET. The surface level of SiC MOSFET is higher than that of SiC MOSFET when it is energized. The influence of SiC MOSFET is smaller than that of SiC MOSFET when it is energized. 4)SiC high electrical <0001>properties related to the direction of the electron collision coefficient is abnormal small, and the SiC unique structure is considered. 5)The SiC spacer barrier material with high density was manufactured, and the measured characteristics were theoretically calculated and compared. The density is above 2E18cm-3, and the characteristics of the forward direction and the reverse direction are measured.