NIEL analysis of charge collection efficiency in silicon carbide diodes damaged by gamma-rays, electrons and protons

線,電子線及び陽子線により損傷をうけた炭化ケイ素ダイオードの電荷収集効率のNIEL解析

大島 武; 小野田 忍; 岩本 直也; 児島 一聡*; 河野 勝泰*

Oshima, Takeshi; Onoda, Shinobu; Iwamoto, Naoya; Kojima, Kazutoshi*; Kawano, Katsuyasu*

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた粒子検出器開発の一環として、六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板上に作製したpnダイオードの電荷収集効率(CCE)をイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を用いて評価した。特に、本研究では、作製したSiC pnダイオードに線,電子線(1MeV)又は陽子線(65MeV)を照射することで結晶損傷を導入し、CCEに与える影響を調べた。その結果、いずれの放射線の照射においても照射量の増加とともにCCEが低下することが判明し、容量-電圧測定の結果から、その低下の一要因がエピタキシャル基板のキャリア濃度の減少によることが明らかとなった。また、キャリア濃度及びCCEの低下とそれぞれの放射線の線量率の関係から、キャリア濃度枯渇係数(R)及び損傷係数(K)を見積もり、非イオン化エネルギー損失(NIEL)との関係を調べた。これまで報告されているSiやGaAsといった他の半導体との結果も含めて比較したところ、R及びKともに、NIELを用いることで線質によらない一つの関係が見いだされ、NIELがCCEの低下を記述する良い指標であると帰結できた。

The reduction of Charge Collection Efficiency (CCE) in silicon carbide (SiC) diodes due to -ray, 1MeV electron, and 65MeV proton irradiations is discussed. The pn junction diodes were fabricated on SiC epitaxial layers using hot implantation. The transient currents induced by ion beam were measured using Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) measurement systems. The CCE are estimated from the integration of the transient current. The diodes were irradiated with either -rays, electrons at 1MeV, or protons at 65 MeV to create damage in the diodes. The CCE in the irradiated diodes was also measured. The results obtained in these measurements were evaluated using a concept of Non Ionizing Energy Loss (NIEL).