Charge induced in 6H-SiC pn diodes by irradiation of oxygen ion microbeams

酸素イオンマイクロビーム照射により6H-SiC pnダイオード中に誘起される電荷

大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 伊藤 久義

Oshima, Takeshi; Sato, Takahiro; Oikawa, Masakazu*; Onoda, Shinobu; Hirao, Toshio; Ito, Hisayoshi

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた耐放射線性粒子検出器開発の一環として、酸素イオン入射により六方晶(6H)SiC pnダイオード中に発生する電荷を調べた。pnダイオードはp型6H-SiCエピタキシャル基板上に、800Cでのリンイオン注入及び1650Cでの熱処理(Ar中、5分間)によりn型領域を形成することで作製した。68MeVのエネルギーの酸素イオンマイクロビームをpnダイオードに入射し、イオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を測定することで生成電荷量を評価した。その結果、イオンの飛程が電界層である空乏層長より短い場合は、pnダイオードで収集した電荷量は理論計算より見積もったイオン誘起電荷量と良い一致を示し、収集効率が100%であることが確認された。また、イオンの飛程が空乏層長より長い場合、イオン入射により発生する過渡的な電界(ファネリング)の効果により、空乏層より深い領域からも電荷が収集されることを見いだした。

Charge induced in 6H-SiC pn diodes by oxygen ion microbeams was examined in an energy range between 6 and 18 MeV. To minimize the influence of damage, single ion hit Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) measurement system, in which the transient current induced by single ion incidence can be measured, was used in this study. The value of charge increases with increasing reverse applied bias, and the saturation of charge is observed when the depletion layer becomes longer than ion range. An increase of collected charge by the funneling effect (the generation of a transient electric filed) is observed in the case of the depletion layer shorter than ion range. The charge collection efficiency is estimated to be 100 % in the saturation region (the depletion layer longer than ion range). It strongly suggests that high quality particle detectors are fabricated using SiC.