二次元核発生頻度の制御による双晶が無い立方晶の炭化ケイ素成長

通过控制二维成核频率实现无孪晶立方碳化硅生长

• 批准号: 23560367
• 负责人: 畑山 智亮
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23560367/
• 关键词: 炭化ケイ素; 半導体; 結晶工学

立方晶炭化ケイ素は物理的な性質から200度以上でも使える半導体材料であるが、双晶と呼ばれる結晶欠陥が高密度で存在するためデバイス作製に向けて立方晶基板の高品位化が望まれている。本研究では基板に微細な凹凸を設け、成長初期における二次元結晶核の発生頻度を制御する。そして双晶の発生を抑制した立方晶の炭化ケイ素基板の成長とそれを使って電子デバイスを試作、評価する事を目的とする。立方晶の炭化ケイ素は種佶晶や基板は市販されていない。昇華法を用いて作成した六方晶炭化ケイ素基板を用いる。六方晶と立方晶の結晶構造は異なるが、格子定数と熱膨張係数が同じなので格子不整合の心配はない。六方晶と立方晶では積層順序が異なるため、六方晶基板を使うと双晶を含む立方晶炭化ケイ素が必ず成長する。双晶の発生を抑制するため、まず六方晶基板を微細加工して表面に凹凸構造を作る。凸構造上部の限られた領域に生えた立方晶の二次元結晶核をもとに立方晶炭化ケイ素を成長する。成長初期の過飽和度を下げて結晶核の数を少なくして双晶の発生密度を抑制し大面積の立方晶炭化ケイ素を成長する。三フッ化塩素、塩素・酸素混合ガス、臭化水素、など種々のハロゲンガスを用いて炭化ケイ素表面の微細加工を行った。マスク材を用いて選択エッチングすることにより凹凸構造の作成に成功した。凸構造中央付近では基板に関係した六方晶炭化ケイ素が得られたが、凸構造周辺部には目的とする立方晶炭化ケイ素が成長しているのが確認できた。成長条件によっては最表面が全て立方晶炭化ケイ素で構成されている部分が得られ、その部分の双晶の有無を解析した。成長温度を低下させると立方晶が得られる確率は増加するが核発生密度が増えるため単一部の面積が小さくなる。素子寸法を踏まえた成長条件の最適化が必要である。熱酸化により形成された酸化膜を用いてMOS構造を作成し界面の電子状態を評価した。

The physical properties of cubic crystals are more than 200 degrees, so that the semiconductor materials and bicrystals have high density. In this study, the frequency of formation of secondary crystal nuclei in the early growth stage was controlled by the design of fine irregularities in the substrate. For the purpose of testing and evaluating the growth of crystalline silicon, Cubic crystals and carbon atoms are used as seed crystals and substrates. Sublimation is used to make hexagonal carbon substrates. The crystal structure of hexagonal crystal and cubic crystal is different, the lattice constant is different, the thermal expansion coefficient is different, the lattice unconformity is different, and the center is different. The hexagonal crystal and cubic crystal layers are different in order, and the hexagonal crystal substrate is formed by double crystal and cubic crystal. Bi-crystal growth suppression, micromachining and surface roughness of hexagonal substrates The upper part of the convex structure is limited to cubic crystals and quadratic crystals. In the early stage of growth, the supersaturation decreases the number of crystalline nuclei, and the growth density of twins is suppressed. 3. Chemical element, chemical element and acid mixture, chemical element, chemical element The construction of concave and convex structures is successful. The convex structure is close to the substrate, and the hexagonal structure is close to the substrate. The growth conditions are: the surface of the crystal is completely cubic, the composition of the crystal is partially cubic, and the existence of the crystal is partially cubic. When the growth temperature decreases, the accuracy of cubic crystal growth increases, the density of nuclei increases, and the area of one part decreases. Optimization of growth conditions is necessary The thermal acidification film is formed by MOS structure and the electronic state is evaluated.

项目成果

Comparison of etch pit shapes on off-oriented 4H-SiC using different halogen gases

使用不同卤素气体在偏向 4H-SiC 上的蚀坑形状比较

• 发表时间: 2013
• 期刊: Materials Science Forum
• 作者: T. Hatayama;T. Tamura;H. Yano and T. Fuyuki
• 通讯作者: H. Yano and T. Fuyuki

Single etch-pit shape on off-angled 4H-SiC(0001) Si-face formed by chlorine trifluoride

由三氟化氯形成的斜角 4H-SiC(0001) Si 面上的单蚀刻坑形状

• 发表时间: 2012
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: T. Hatayama;T. Tamura;H. Yano;and T. Fuyuki
• 通讯作者: and T. Fuyuki

塩素系ガスによるSiCのプラズマレス・エッチング

使用氯气对 SiC 进行无等离子体蚀刻

• 发表时间: 2012
• 期刊: 信学技報
• 作者: 畑山 智亮;堀 良太;田村 哲也;矢野 裕司;冬木 隆
• 通讯作者: 冬木 隆

光学的および回折法によるSiC結晶多形の解析

光学和衍射法分析SiC晶体多态性

• 发表时间: 2013
• 作者: 畑山 智亮;矢野 裕司;冬木 隆
• 通讯作者: 冬木 隆

ハロゲン系ガスにより熱エッチングされた炭化ケイ素の表面形状

卤素气体热蚀刻碳化硅的表面形状

• 作者: 畑山 智亮;田村 哲也;矢野 裕司;冬木 隆
• 通讯作者: 冬木 隆