Peak degradation of heavy-ion induced transient currents in 6H-SiC MOS capacitor

6H-SiC MOSキャパシタにおけるイオン誘起過渡電流ピーク値の低下

牧野 高紘; 岩本 直也*; 小野田 忍; 大島 武; 児島 一聡*; 野崎 眞次*

Makino, Takahiro; Iwamoto, Naoya*; Onoda, Shinobu; Oshima, Takeshi; Kojima, Kazutoshi*; Nozaki, Shinji*

炭化ケイ素(SiC)のイオン照射効果研究の一環として、n型六方晶-SiC上に作製した金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタへ18-MeV酸素のマイクロビームを照射し、発生するイオン誘起過渡電流(Transient Ion Beam Induced Current: TIBIC)を評価した。その結果入射イオン数の増加に伴い、シグナルのピーク高さが低下し最終的には、ピーク値が一定値になることが見いだされた。ここで、前述の測定後、同試料に蓄積方向電圧+1Vを数秒印加し、再度同様のTIBIC測定を行ったところ、低下していたピーク値が初期値まで回復し、ピーク値は最初の測定と同様な振る舞いを示した。さらにイオン照射中の、MOSキャパシタの容量測定を行ったところ、イオン入射数の増加とともに大きくなることが判明した。この結果より半導体と酸化膜界面に存在する深い準位を持ったトラップがイオン入射により発生した電荷により帯電することでデバイスの内部電界が弱まりピークを低下させるが、逆方向バイアスの印加により正孔トラップが中性化するとピークが初期値に回復するという機構を提案した。

The peak amplitude of ion induced transient current in n-type 6H-SiC MOS capacitors decreased as the number of incident ions increased and the decrease was recovered to the initial value by applying a positive bias at +1 V. In addition, we monitored a change in the capacitance for the MOS capacitors during ion irradiation. The capacitances increase as the number of incident ion increase. Thus, the result obtained in this study indicates that the depletion layer decreased as the increasing number of incident ions and saturated. Since the number of incident ions at the peak current saturation corresponds to the saturation of the capacitance, we can conclude that the decrease in peak current comes from the decrease in the depletion layer. In addition, the generation of electron-hole pairs by incident ion may result in the formation of an inversion layer. This would have the effect of shielding the charge carriers from the applied bias further reducing the depletion layer width.