低エネルギー損失に向けた炭化ケイ素トランジスタの絶縁膜／炭化ケイ素界面の高品質化

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低損失SiC MOSFETの実現に向けて、伝導帯端近傍の界面準位の低減、および、正確な界面特性の評価方法の確立が重要である。そこで、本研究ではAl/Al2O3/SiCゲートスタック構造を持つMOSキャパシタを作製し、C-V法およびコンダクタンス法を用いて、MOS界面特性を詳細に調べた。また、Si MOS界面特性評価は、既に精錬された技術となっていることから、同じ金属/絶縁膜構造を有するSi MOSキャパシタと比較することによって、評価の妥当性、SiC MOS界面の特異性を調べた。また、伝導帯端の界面特性を正確に評価するために、測定温度を変化させ、多数キャリアと界面準位の応答時間を変化させた。SiC MOSキャパシタでは、Si MOSキャパシタと比較して、非常に多量の遅い準位および界面準位が存在することが明らかとなった。一方、コンダクタンスカーブの周波数軸方向への広がりが、SiC MOSでは、Si MOSよりも小さかった。このコンダクタンスカーブの広がりの大きさは、界面に存在する電荷量に対応する。そのため、実験結果から、SiC MOS界面の界面電荷量は、Si MOSと比較して小さいことになる。この結果を説明するためには、Si MOS界面には、遅い準位と界面準位に比較して、多量の固定電荷を考える必要があり、一般的なSi MOS界面の性質からは考え難い。更に、SiC MOSキャパシタとSi MOSキャパシタの伝導帯端近傍に存在する界面準位の性質が異なることが明らかとなった。Si MOSでは、伝導帯端近傍にアクセプタ型の界面準位が存在した。この結果は、一般的なSi MOS界面の性質と一致する。一方で、SiC MOS界面では、ドナー型の界面準位存在することが明らかとなった。この結果は、SiO2/SiC界面における界面準位の性質とも異なる。今後、これらの結果が、本質的に基板材料に起因しているかどうかを明らかにすることが重要であると考えられる。