Generation of amorphous SiO/SiC interface structure by the first-principles molecular dynamics simulation

第一原理分子動力学計算によるアモルファスSiO/SiC界面構造の生成

宮下 敦巳; 大沼 敏治*; 岩沢 美佐子*; 土田 秀一*; 吉川 正人

Miyashita, Atsumi; Onuma, Toshiharu*; Iwasawa, Misako*; Tsuchida, Hidekazu*; Yoshikawa, Masahito

SiCデバイスは宇宙や原子炉等の極限環境下で動作する素子として期待されている。しかしながら現状のSiCデバイスは理論的に予想されている性能を発揮しているとは言いがたい。その理由はSiCとその酸化膜であるSiOとの界面に存在する欠陥が素子の性能を低下させているからだと考えられる。実デバイスにある界面欠陥構造を計算機シミュレーションで再現しようとするなら、現実の界面にあるようなアモルファスSiO/SiCの構造を計算機上に再現することが非常に重要となってくる。われわれは444原子からなる結晶/結晶界面構造を計算機上に構築し、それに対して加熱・急冷計算を行うことでアモルファスSiO/SiC構造を生成した。加熱温度,加熱時間,急冷速度はそれぞれ4000K, 3ps, -1000K/psである。得られた界面構造のSiO領域はバルクのアモルファスSiO構造とよく適合し、界面におけるダングリングボンド欠陥も消滅していることが確かめられた。

SiC semiconductor devices are expected to be used in severe environments. However, SiC devices don't present the theoretically expected performance. This is considered to be attributed to the SiO/SiC interface defects that reduce electrical characteristics of devices. To generate the real device interface structure with the computer simulation, it is important to construct the a-SiO structure on SiC. The slab model using 444 atoms for a-SiO on a 4H-SiC (0001) crystal layer was constructed by using first-principles MD simulation. The heating and rapid quenching method was carried out to make an a-SiO/SiC interface structure. The heating temperature, the heating time and the speed of rapid quenching is 4000 K, 3.0 ps and -1000 K/ps, respectively. The interatomic distance and the bond angles of SiO layers agreed well with the most probable values in bulk a-SiO, and there were no coordination defects in the neighborhood of the SiC substrate.