炭化珪素半導体MOS界面科学と界面設計指針の再構築

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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。