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耐放射線窒化ガリウム電子デバイス実現に向けた放射線誘起欠陥と素子特性劣化の解明

阐明辐射引起的缺陷和器件特性恶化，以实现抗辐射氮化镓电子器件

基本信息

批准号：
22KJ1583
负责人：
青島慶人
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Nagoya 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1583/
关键词：
窒化ガリウム放射線欠陥トラップ DLTS 劣化予測エネルギー準位 NIEL

项目摘要

本研究は、様々な種類の放射線によりGaN結晶中に形成されるトラップを評価し、ion-ionizing energy loss (NIEL)の観点から生成レートを比較することで、トラップ生成を統一的に議論できる基盤を確立することを目的として行われた。本年度は、ガンマ線照射によりn型GaN中に形成された電子トラップのうち、EC-(0.12-0.20) eVに準位を形成するトラップに着目し、先行研究による他の種類の放射線によりn型GaNの同準位に形成されるトラップの生成レートとNIELの観点から比較した。NIELを用いた比較にむけ、まずはGaN中における各放射線のNIELを計算した。荷電粒子線のNIELは、screened-relativistic (SR)法を用いて計算した。また、ガンマ線のNIELはGEANT4によるモンテカルロシミュレーションを用いてGaN中の相互作用に加えて周辺の遮蔽環境も考慮することで計算した。計算したNIELを用いて、様々な放射線照射によりEC-(0.12-0.20) eVに準位を形成するトラップの生成レートを比較することで、生成レートがNIELに比例して増加していることを見出し、生成レートとNIELとの相関係数を得た。続いて、得られた関係式を用いたトラップ密度予測の妥当性検証のために、n型GaNに対して様々なエネルギーの陽子線を照射した。照射によりEC-0.12 eVに形成される電子トラップの生成レートを求めたことろ、実験により得られた生成レートとNIELとの関係式から得られた計算値とはよく一致していることを確認した。そこで、n型/p型GaNに対するガンマ線/陽子線照射により形成される他のエネルギー準位のトラップについても生成レートとNIELとの比較を行うことで、他のトラップに対してもNIELを用いた生成レートの予測手法が適応できることを示した。

In this study, we evaluated the formation of different kinds of radiation in GaN crystals, compared the formation of ion-ionizing energy loss (NIEL) with that of GaN crystals, and discussed the establishment of a unified substrate. This year, the formation of electrons in n-type GaN by radiation, EC-(0.12-0.20) eV alignment, and the formation of electrons in n-type GaN by other types of radiation are studied in advance. NIEL is calculated for each radiation in GaN by comparison. The NIEL of charged particle lines is calculated by screened-relativistic (SR) method. The NIEL for the GEANT4 is calculated by considering the interaction between GaN and the surrounding shielding environment. The calculation of NIEL is based on EC-(0.12-0.20) eV, and the correlation coefficient of NIEL is calculated. In addition, the relationship between n-type GaN and GaN can be used to predict the proper density of GaN. E-C-0.12 eV is generated by the electron beam and confirmed by the NIEL. For example, n-type/p-type GaN can be produced by irradiation of the anode/cathode lines, and its production level can be compared with NIEL.