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論文

Observation of deep levels and their hole capture behavior in p-type 4H-SiC epilayers with and without electron irradiation

加藤 正史*; 吉原 一輝*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 53(4S), p.04EP09_1 - 04EP09_5, 2014/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.85(Physics, Applied)

Deep levels in p-type hexagonal (4H) silicon carbide (SiC) epilayers irradiated with and without electrons at 160 keV and subsequent annealing at 1000 $$^{circ}$$C were investigated. Current deep level transient spectroscopy (I-DLTS) was applied to investigate deep levels. As a result, Deep levels with activation energies less than 0.35 eV which are located near the valence band were detected. Also, two deep levels (AP1 and AP2) existed in all samples. Other deep levels appeared after the electron irradiation. Since electrons with an energy of 160 keV can knock-on only carbon atoms from the lattice site of SiC, it was concluded that the deep levels observed after irradiation were related to carbon vacancy V$$_{C}$$.

論文

Impact of carrier lifetime on efficiency of photolytic hydrogen generation by p-type SiC

三宅 景子*; 安田 智成*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

Materials Science Forum, 778-780, p.503 - 506, 2014/02

Photolytic hydrogen generation using sunlight is regarded as energy production technology for the next generation. One of the key of issues for this technology is a selection of materials for the photolysis. Silicon carbide (SiC) is expected as one of the candidate materials for this application. In this study, we measured carrier lifetimes in SiC by the microwave photoconductivity decay ($$mu$$PCD) method. In order to control carrier lifetime in SiC, some samples were irradiated with 160 keV-electrons with fluences between 1$$times$$10$$^{16}$$ and 1$$times$$10$$^{17}$$ /cm$$^{2}$$. The values of carrier lifetime in SiC were compared to photocurrents in electrolytes which directly relate to the conversion efficiency of photolytic hydrogen generation. As a result, photocurrents depend on the sum of the depletion layer width and the diffusion length which was estimated from carrier lifetimes.

論文

Identification of structures of the deep levels in 4H-SiC

中根 浩貴*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 大島 武

Materials Science Forum, 778-780, p.277 - 280, 2014/02

Annealing behavior of the carrier lifetime and the deep levels in electron irradiated n-type and semi-insulating hexagonal (4H) silicon carbide (SiC) was studied. As a result of photo induced current transient spectroscopy (PICTS) measurements, two peaks were observed for each sample. The height of those peaks depended on annealing temperature. Comparing the annealing behavior of the peak height with temperature dependence of concentrations of various defects reported previously, we speculated that the observed peaks originate from either divacancy of silicon vacancy and carbon vacancy (V$$_{Si}$$V$$_{C}$$) or pair of carbon antisite and carbon vacancy (C$$_{Si}$$V$$_{C}$$).

論文

Excess carrier lifetime in p-type 4H-SiC epilayers with and without low-energy electron irradiation

加藤 正史*; 松下 由憲*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 51(2), p.028006_1 - 028006_2, 2012/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.75(Physics, Applied)

炭化ケイ素(SiC)の耐放射線性に関する研究の一環として、電子線照射によるp型六方晶(4H)SiC半導体中のキャリア寿命の変化をマイクロ波光導電減衰法により調べた。室温にて170keVの電子線を照射した結果、未照射では0.1$$mu$$s程度であったキャリア寿命が、照射量の増加とともに減少し、10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射後には0.02$$mu$$sとなることが明らかとなった。また、照射後、窒素中,1000$$^{circ}$$Cでの熱処理により0.08$$mu$$sまで回復することが判明した。n型4H-SiCにおいては、キャリア寿命はZ$$_{1/2}$$と呼ばれる欠陥により低下することが明らかとなっているが、Z$$_{1/2}$$は1500$$^{circ}$$C程度まで安定であり、今回の1000$$^{circ}$$C熱処理では変化しない。このことから、n型とp型では異なる欠陥がキャリア寿命低下に関与すると結論できた。

論文

Characterization of the excess carrier lifetime of as-grown and electron irradiated epitaxial p-type 4H-SiC layers by the microwave photoconductivity decay method

松下 由憲*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

Materials Science Forum, 645-648, p.207 - 210, 2010/00

耐放射線性半導体デバイスへの応用が期待される炭化ケイ素(SiC)の電子線照射による伝導キャリアの寿命変化をマイクロ波光伝導減衰法($$mu$$-PCD)により評価した。試料は、ボロン添加p型六方晶(4H)SiC基板上に作製したアルミニウム添加p型4H-SiCエピタキシャル膜を用い、160keVの電子線を1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$ (ele-16)又は1$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$(ele-17)照射することで損傷を導入した。$$mu$$-PCDの結果、未照射, ele-16, ele-17の試料のキャリアの寿命は、それぞれ、0.14$$mu$$s, 0.07$$mu$$s及び0.04$$mu$$sとなり、電子線照射量の増加とともに、低下することが判明した。これより、160keV電子線照射により導入される損傷はキャリアの再結合中心として働くことが結論できた。

口頭

電子線照射により窒素空孔を導入したGaNの電気的評価

加藤 正史*; 福島 圭亮*; 春日 将宣*; 鬼頭 孝輔*; 市村 正也*; 兼近 将一*; 石黒 修*; 加地 徹*; 大島 武

no journal, , 

窒化ガリウム(GaN)は電子デバイス用材料として有望であるが、デバイス作製プロセスにおいて窒素空孔が生成され電気的特性に悪影響を与えると言われている。本研究ではGaNに電子線照射を行い、ガリウムに比して軽元素である窒素のみを弾き飛ばし意図的に窒素空孔を生成させ、電気的評価を行うことで窒素空孔が生成する深い準位についての知見を得た。サファイア基板上に有機金属化学気相法により成長させたアンドープGaNウェハーをカットし、一部の試料に電子線(200keV)照射を行った。それら試料へNi蒸着を行いショットキーダイオードを作製し、電流-電圧測定を行うことで特性を評価した。その結果、電子線照射後のGaNは未照射に比べ直列抵抗が増加することが確認された。さらに、容量-電圧測定から、正味のドナー濃度が減少することが判明した。これより、電子線照射により窒素空孔が生成され、それが欠陥準位を形成することでキャリア濃度を減少させ、抵抗を増大させることが示唆された。

口頭

電子線照射を施したp型4H-SiCエピ膜における熱処理後の過剰キャリアライフタイム

加藤 正史*; 松下 由憲*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性半導体への応用が期待される炭化ケイ素(SiC)半導体中に、電子線照射により発生する欠陥が伝導キャリアの寿命へ及ぼす影響を調べた。試料にはp型の六方晶(4H)SiCエピタキシャルを用い、160keV電子線を1.0$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$又は1.0$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射した。また、照射後、1000$$^{circ}$$C窒素中で10分間熱処理を行った試料も併せて調べた。照射前後のキャリア減衰曲線を反射マイクロ波光導電減衰で調べたところ、照射量の増加とともに減衰が早くなることがわかり、これより、キャリアの寿命が短くなることが明らかとなった。また、熱処理を行うことで減衰曲線の減衰が遅くなり、キャリアの寿命が長くなったことが判明したが、未照射試料の値までは戻らず、今回の熱処理では結晶性が完全には回復しないと帰結された。

口頭

低エネルギー電子線照射を施したp型4H-SiCに存在する深い準位の観測

吉原 一輝*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性半導体として期待される炭化ケイ素(4H-SiC)に電子線照射を行い、電流深部準位測定(電流DLTS)によって生成欠陥を調べた。実験には、アルミドープのp型4H-SiCエピタキシャル基板を用いた。エピタキシャル基板に、160keVのエネルギーの電子線を1$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$又は1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射した。今回用いた160keVは、SiC中の炭素原子のみを弾き飛ばすことができるエネルギーである。それらのサンプルに対して電流深部準位測定(電流DLTS)を行った。その結果、1$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$照射試料において、130K, 150K, 165Kにピークが観測された。1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$試料においては、145K, 175K, 205Kにピークが観測された。それぞれの照射量の試料で、異なる温度にピークが観察されたことから、これらのピークは異なる欠陥によって発生したことが示唆される。また、照射量が増加しても各ピークの増加は観測されなかった。このことから、照射量が増すことで単純に炭素空孔が増加するのではなく、異なる構造の複合欠陥が形成されたと考えられる。

口頭

低エネルギー電子線照射を施したp型4H-SiCにおける価電子帯近傍の深い準位の観測

吉原 一輝*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体デバイス開発には、照射欠陥とデバイス性能の関係を明らかにする必要がある。本研究では、電子線照射によって欠陥を導入したp型六方晶(4H)SiCを用いて、電流-深部欠陥準位特性測定(DLTS)を行うことで、生成される欠陥準位の観測を試みた。試料は、Alをドーピングすることでp型化した4H-SiCを用い、160keVの電子線を1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$又は1$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$照射することで欠陥を導入した。電流DLTS測定の結果、1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$照射試料では、130K, 150K, 165Kにピークを持つ欠陥シグナルが、1$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$照射試料からは、145K, 175K, 205Kにピーク持つ欠陥シグナルが観測された。それぞれの試料で観測されたピーク値の温度が異なることから、異なる欠陥が形成されているといえる。このことから、照射量の増加とともに、欠陥構造が変化し、より複雑な複合欠陥が形成されていることが示唆された。また、照射した試料を窒素雰囲気中1000$$^{circ}$$Cで10分間熱処理したところ、欠陥シグナルのピーク温度がシフトするものの、欠陥シグナルは消滅しなかった。よって、この熱処理によって欠陥構造は変化するが、結晶性は回復しないことが判明した。

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