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Charge generated in 6H-SiC n$$^{+}$$p diodes by MeV range heavy ions

MeV級の重イオンにより6H-SiC n$$^{+}$$pダイオード中に発生する電荷

大島 武; 岩本 直也; 小野田 忍; Wagner, G.*; 伊藤 久義; 河野 勝泰*

Oshima, Takeshi; Iwamoto, Naoya; Onoda, Shinobu; Wagner, G.*; Ito, Hisayoshi; Kawano, Katsuyasu*

炭化ケイ素(SiC)を用いた粒子検出器の開発を目的に、酸素(O),シリコン(Si),ニッケル(Ni),金(Au)イオンが六方晶(6H)SiC n$$^{+}$$pダイオードに入射したときに発生する電荷をイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)により評価した。ダイオードへの印加電圧と収集電荷量の関係を調べたところ、すべてのイオンで印加電圧の増加とともに電荷収集効率(CCE)が増加し、ある印加電圧以上ではCCE値は飽和することが見いだされたが、これは、印加電圧とダイオード中の空乏層(電界層)の関係で説明できる。一方、イオン種依存性を調べると、Ni, Auと原子番号の大きなイオンになるほど、CCEの値が小さくなることが観察された。KKモデルを用いてSiC中に発生する電荷を調べたところ、原子番号が大きくなるに従い、高濃度の電荷(電子-正孔対)が発生することが見積もられた。高濃度電荷プラズマ中ではオージェ再結合といった電子-正孔対の消滅が発生することから、NiやAuで観察されたCCEの低下は、高濃度電荷プラズマ中での再結合によると帰結できた。

Charge induced in n$$^{+}$$p Silicon Carbide (6H-SiC) diodes by heavy ions, oxygen (O), silicon (Si), nickel (Ni), and gold (Au) using a Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) measurement system. The slight increase in collected charge shows in a low bias region, and then, the values are saturated in a high bias region. This indicates that in the low bias region, since the length of the depletion layer is shorter than the ion range, carriers induced in deeper than the depletion layer diffuse and annihilate before they reach the depletion layer. Since the length of the depletion layer increases with increasing bias voltage, the charge collected by diodes increases with increasing bias voltage. In the case of the high bias, the length of the depletion layer is longer than the ion range. As a result, all carriers are induced in the depletion layer, and they can be collected by the electric field. Thus, This indicates that the value of collected charge does not depend on bias voltage. From the point of view of charge collection efficiency (CCE), the collected charge decrease with increasing atomic number. From the calculation, it is found that dense electron-hole pairs were generated in SiC by irradiation of ions with heavy mass. The decrease in the CCE due to ion irradiation with heavy mass can be interpreted in terms of the annihilation of e-h pairs in plasma due to the Auger recombination.

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分野:Materials Science, Coatings & Films

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