Refreshable decrease in peak height of ion beam induced transient current from silicon carbide metal-oxide-semiconductor capacitors

炭化ケイ素金属-酸化膜-半導体キャパシタからのイオンビーム誘起過渡電流ピーク高さの再生可能な減少

大島 武; 岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 出来 真斗; 野崎 眞次*

Oshima, Takeshi; Iwamoto, Naoya; Onoda, Shinobu; Makino, Takahiro; Deki, Manato; Nozaki, Shinji*

炭化ケイ素(SiC)デバイスのイオン照射効果解明を目的に、エピタキシャル基板上に作製した金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタに酸素15MeVイオンマイクロビームを照射し、発生するイオンビーム誘起過渡電流(Transient Ion Beam Induced Current: TIBIC)を測定した。その結果、デバイスに逆方向電圧-10Vを印加した場合、測定当初はTIBICシグナルのピーク高さは0.18mA程度であるが、測定を続け、1800発のイオン入射後には0.10mAまで低下することが判明した。イオン照射をいったん停止し、デバイスへ順方向電圧1Vを印加し、さらに-10V印加し直して測定を再開したところ、低下していたピーク高さが0.18mAとなり、初期値まで回復した。順方向の電圧によりピーク高さが戻ったことから、SiCと酸化膜の界面に存在する深い界面準位がイオン入射により発生した大量の電荷により中性化されることで実効的な印加電圧が減少し、TIBIC測定中にシグナルのピークが減少したと考えられ、このことから、SiC MOSデバイスの照射効果の理解には界面準位の電荷挙動も考慮しなければならないということが結論できる。

Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) capacitors were fabricated on n-type 4H- and 6H-SiC epitaxial layers, and transient currents induced in SiC MOS capacitors by ion incidence were investigated. Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) measurements were performed using 15 MeV oxygen ions. As a result, the TIBIC peak height decreased with increasing number of incident ions. For example, the TIBIC signal peak for a 4H-SiC MOS capacitor at a reverse bias of 15 V was 0.18 mA at the beginning. The peak decreased to be 0.10 mA after 1800 ion irradiation. After that, the forward bias of 1 V was applied to the MOS capacitor and the TIBIC measurements were carried out under the same conditions. As a result, the peak height was recovered to be 0.18 mA. In general, the response of charge de-trapping by deep levels in wide bandgap semiconductors is very slow and they act as fixed charge. Since dense electron-hole pairs are generated by ion incident and holes move to the SiO/SiC interface by the electric field (applied reverse bias). Therefore, the decrease in TIBIC signal peak can be interpreted in terms of the recombination of negatively charged acceptor type deep levels with ion induced holes.