高性能ＳｉＣ　ＭＯＳＦＥＴの実現に向けた界面物性及びキャリア散乱機構の基礎研究

实现高性能SiC MOSFET的界面特性和载流子散射机制的基础研究

• 批准号: 15J04823
• 负责人: 小林 拓真
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04823/
• 关键词: 炭化珪素; 二酸化珪素; 金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ; 界面欠陥; 界面準位; リン処理; MOS構造; MOSFET; サブスレッショルド特性; 界面準位密度; 炭化珪素 (SiC); 二酸化珪素 (SiO2); MOS界面; 界面準位密度 (Dit); チャネル移動度

パワースイッチングデバイスの本命であるSiC MOSFETは、現状その根幹に問題を抱えている。それはチャネル抵抗が高いことである。高いチャネル抵抗は、MOS界面の高密度欠陥に起因すると指摘された。しかし欠陥の起源は明らかでなく、その飛躍的な低減法は見出されていない。欠陥の起源は酸化過程で界面に残留するC由来だと広く認知され、Cを検出するための化学分析が各機関により精力的に行われた。しかし化学分析の定量下限の問題により、C検出は困難を極めた。本研究では、酸素分圧の極端に低い高純度Ar雰囲気でSiO2/SiC試料を熱処理し、界面CをSiO2中に拡散させることで、SIMS分析によって明確に検出することに成功した。さらに、P処理を行うことでC欠陥が除去されることを実験的に確認したため、そのメカニズムを計算科学に基づいて解明することを目指した。先行研究により、P処理を行うことでSiO2中にPが導入され、PSGが形成すると知られていたが、その微視的構造は不明であった。そこで本研究ではまず、第一原理Simulated Annealing計算により、PSGの安定構造を決定した。結果、PSG中のPは4配位でOと結合しネットワークを形成するが、その内の1つのOは1配位で格子間に位置する特異な構造 (-O3PO構造) をとることを確認した。続いて、PSG/SiC系における酸化反応機構について調べた。SiCの酸化反応は理想的にはSiC+3/2O2→SiO2+COに基づいて進行するため、COの界面近傍からの脱離が促進されれば、界面に残留するCが減少すると考えられる。そこでPSG中のCOの挙動に着目した種々の静的な構造最適化計算を行った。結果、PSG/SiC系では界面近傍の-O3POがCOを吸着する効果を示すことを明らかにし、計算科学の立場からP処理による界面C欠陥除去のメカニズムを説明した。

SiC MOSFET are not designed for current situations.それはチャネル抵抗が高いことである。The reason for the high density of MOS interface is due to the high resistance. The origin of the disease is clear, and the low subtraction of the disease is visible. The origin of the problem is the acidification process, the interface residue, the origin of the problem, the chemical analysis of the problem, and the mechanism of the problem. The problem of lower limit of quantification in chemical analysis is extremely difficult. In this study, the SiO2/SiC samples were heat treated and the interface C was dispersed in SiO2. SIMS analysis was successful in identifying the samples. This is the first time I've ever seen a computer science project. The structure of Weishi app is unknown. This study is based on first-principles Simulated Annealing calculations and PSG stability determination. The results show that the P 4 coordination in PSG is O binding, and the O 1 coordination in PSG is O 3 PO. The PSG/SiC system has been modified by the acidification reaction mechanism. SiC acidification reaction is ideal for SiC+3/2O2→SiO2+CO substrate transition, CO separation near the interface is promoted, and C residue at the interface is reduced. The calculation of structural optimization in PSG is carried out. The results show that CO adsorption near the interface of PSG/SiC system is not easy to obtain, and the interface C adsorption near the interface of PSG/SiC is easy to obtain.

项目成果

Accurate Evaluation of Interface State Densities of 4H-SiC(0001) MOS Structures Annealed in POCl3 by C-Ψs Method

C-Ψs法准确评估POCl3退火4H-SiC(0001) MOS结构的界面态密度

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Kobayashi;T. Okuda;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto

Microscopic mechanism of the removal of carbon-associated defects at a SiO2/SiC interface due to phosphorus treatment

磷处理去除 SiO2/SiC 界面碳相关缺陷的微观机制

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuma Kobayashi;Yu-ichiro Matsushita;Tsunenobu Kimoto;and Atsushi Oshiyama
• 通讯作者: and Atsushi Oshiyama

Influence of Conduction-Type on Thermal Oxidation Rate in SiC (0001) with Various Doping Densities

不同掺杂浓度SiC(0001)中导电类型对热氧化速率的影响

• DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.821-823.456
• 发表时间: 2015
• 期刊: Materials Science Forum
• 作者: T. Kobayashi;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto

Reduction of interface state density in SiC (0001) MOS structures by post-oxidation Ar annealing at high temperature

• DOI: 10.1063/1.4980024
• 发表时间: 2017-04-01
• 期刊: AIP ADVANCES
• 影响因子: 1.6
• 作者: Kobayashi, Takuma;Suda, Jun;Kimoto, Tsunenobu
• 通讯作者: Kimoto, Tsunenobu

Evidence of carbon-related defects at the SiC MOS interface and mechanism of defect passivation by nitridation and phosphorus treatment - chemical analyses combined with DFT calculations

SiC MOS界面与碳相关的缺陷的证据以及氮化和磷处理的缺陷钝化机制——化学分析结合DFT计算

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuma Kobayashi;Yu-ichiro Matsushita;Takafumi Okuda;Atsushi Oshiyama and Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: Atsushi Oshiyama and Tsunenobu Kimoto