炭化珪素半導体MOS界面科学と界面設計指針の再構築

重构碳化硅半导体MOS接口科学及接口设计指南

• 批准号: 21K18170
• 负责人: 渡部 平司
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18170/
• 关键词: 炭化珪素; パワーデバイス; MOS構造; 界面科学; 炭化珪素半導体

炭化珪素（SiC）半導体パワーデバイスの研究開発が進み、金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）の実用化に至っている。しかし、現在のSiC MOSFETの電界効果移動度はバルク移動度の数%に留まり、材料本来の特性を引き出しているとは言い難い。これは、MOS構造を構成するSiO2/SiC界面に蓄積された電子の大部分が捕獲されてFET動作に寄与しない事に加え、従来のMOS界面科学では説明できない電子散乱が生じる為である。近年の第一原理計算からSiCの伝導帯下端がフローティングステートで構成される事が報告され、SiC MOS界面の本質的な問題として懸念されている。本研究では、従来のMOS界面科学の理解を超えてSiO2/SiC界面の特異性に関する上記の議論に決着を付けると共に、界面設計指針の再構築を目的として、SiC表面の酸化を伴わないMOS構造の実現や、フローティングステートの空間的な揺らぎを観測可能なまでに微細化した極微細デバイスの試作と特性解析を当初の目標に掲げている。初年度（令和3年度）では、本研究が最終的な目標とする理想SiC MOS界面との比較対象となる現行のNO窒化SiC MOSデバイスの特性評価を通じて、現在の技術水準の把握と問題点を明らかにした。また、SiC表面の酸化を排除したMOS構造形成技術の開発を現在進めており、本研究課題の最終年度では、新技術で作製したSiC MOSデバイスの界面物性解析を進める。一方、微細MOSFETの試作と評価に関しては、電子ビーム露光を用いたデバイス試作を行ったが、ゲート長とゲート幅を数十nmにまでスケーリングしたデバイスでは、MOSゲートの周辺領域を流れる電流成分が実験の障害となる事が明らかとなった。また、初年度と当該年度での備品導入により、最終年度に重点的に実施予定のMOSデバイス評価の為の実験環境が整った。

Progress has been made in the research and development of SiC semiconductor devices, and the application of metal-acid-semiconductor devices (MOSFETs) has reached its peak. Now, the mobility of the electrical properties of SiC MOSFETs is a few percent of the mobility, and the inherent characteristics of the material are difficult to extract. Most of the electrons accumulated in the SiO2/SiC interface are trapped in the MOS structure, and the electrons are scattered in the MOS interface. In recent years, first-principle calculations have been carried out on the lower end of SiC conduction band. The composition of SiC MOS interface has been reported. The nature of SiC MOS interface has been discussed. This study aims to improve the understanding of MOS interface science and improve the specificity of SiO2/SiC interface. It also aims to improve the interface design and reconstruction of SiC surface acidification. It aims to reveal the structure of MOS and the spatial characteristics of SiC surface. It aims to analyze the characteristics of fine particles. In the first year (2002 - 2003), the final objective of this study is to compare the ideal SiC MOS interface, evaluate the characteristics of the current SiC MOS interface, and clarify the problems in grasping the current technical level. The development of MOS structure formation technology for the elimination of acidification of SiC surface is progressing. The final year of this research project is to make progress in the analysis of interface physical properties of SiC MOS structure. A side, micro MOSFET trial operation and evaluation of the light, electronic exposure, trial operation, the length, amplitude, tens of nm, MOS peripheral current components, and the damage. In the first year and the second year, the key points of the introduction of spare parts and the final year are determined, and the environment is adjusted.

项目成果

ワイドバンドギャップ半導体MOS界面特性の類似性と相違点

宽禁带半导体MOS接口特性的异同

• 发表时间: 2021
• 作者: 溝端秀聡;和田悠平;野﨑幹人;小林拓真;細井卓治;加地徹;志村考功;渡部平司;横山士吉;横山士吉;渡部平司
• 通讯作者: 渡部平司

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Nitridation-induced degradation of SiC (1-100) MOS devices

SiC (1-100) MOS 器件的氮化引起的退化

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuma Kobayashi;Takato Nakanuma;Asato Suzuki;Mitsuru Sometani;Mitsuo Okamoto;Akitaka Yoshigoe;Takayoshi Shimura;and Heiji Watanabe
• 通讯作者: and Heiji Watanabe