高温下線照射したSiC MOSFETの電気的特性評価

Electrical properties of SiC MOSFETs irradiated with -rays at elevated temperature

松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 大島 武; 土方 泰斗*

Matsuda, Takuma; Yokoseki, Takashi; Mitomo, Satoshi; Murata, Koichi; Makino, Takahiro; Takeyama, Akinori; Onoda, Shinobu; Okubo, Shuichi*; Tanaka, Yuki*; Kandori, Mikio*; Yoshie, Toru*; Oshima, Takeshi; Hijikata, Yasuto*

福島第一原子力発電所事故の収束に向けた研究開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の耐放射線性強化に関する研究を推進しており、これまでに150Cでの高温照射により特性劣化が抑制されることを見出している。今回は、SiC MOSFETの高温下線照射効果のメカニズム解明のため、MOSFETと同じプロセスで作製したSiC MOSキャパシタに150Cで線照射を行い、高周波キャパシタンス-電圧(C-V)測定の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともにC-V曲線は形状(傾き)を変化させずに負電圧側にシフトする振る舞いを示すこと、シフト量は室温照射に比べて少ないことが明らかとなった。C-V曲線のシフトはゲート酸化膜中の固定電荷の発生に、傾きの変化はSiCと酸化膜の界面準位の発生に由来することから、高温下における線照射効果は主に酸化膜中に発生する固定電荷に起因するが、その発生量は室温に比べて少ないため特性劣化が抑制されると結論できた。

Silicon carbide (SiC) is expected to be applied to Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) FETs used in harsh radiation environments to decommission TEPCO Fukushima Daiichi nuclear reactors. To develop radiation resistant SiC MOS FETs, clarification of their radiation response under elevated temperature is required. We measured capacitance-voltage (C-V) characteristics of SiC MOSFETs irradiated with -rays at 423 K in nitrogen atmosphere. The samples were vertical power 4H-SiC MOSFETs with the blocking voltage of 1200 V and the rated current of 20 A with the gate oxide thickness of 45 nm. Typical C-V curve of a SiC MOSFET irradiated even up to 5 kGy was shifted to negative voltage side, suggesting that the positive charges generated in gate oxide by irradiation. While, no significant change in the slope of the curve was observed, indicating that interface traps between the gate oxide and SiC were merely generated. The radiation response of SiC MOS FETs under elevated temperature predominantly depends on the amount of positive charges generated in the gate oxide.