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論文

Radiation response of silicon carbide metal-oxide-semiconductor transistors in high dose region

大島 武; 横関 貴史; 村田 航一; 松田 拓磨; 三友 啓; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1S), p.01AD01_1 - 01AD01_4, 2016/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.79(Physics, Applied)

In this study, we report the effects of $$gamma$$-ray irradiation and subsequent annealing on the electrical characteristics of vertical structure power 4H Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) with the blocking voltage of 1200 V. The MOSFETs were irradiated with $$gamma$$-rays up to 1.2 MGy in a N$$_{2}$$ atmosphere at room temperature (RT). During the irradiation, no bias was applied to each electrode of the MOSFETs. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h to investigate the stability of their degraded characteristics. Then, the irradiated MOSFETs were annealed up to 360 $$^{circ}$$C in the atmosphere. The current-voltage (I-V) characteristics of the MOSFETs were measured at RT. By 1.2 MGy irradiation, the shift of threshold voltage (V$$_{T}$$) for the MOSFETs was -3.39 V. After RT preservation for 240 h, MOSFETs showed no significant recovery in V$$_{T}$$. By annealing up to 360 $$^{circ}$$C, the MOSFETs showed remarkable recovery, and the values of V$$_{T}$$ become 91 % of the initial values. Those results indicate that the degraded characteristics of SiC MOSFETs can be recovered by thermal annealing at 360 $$^{circ}$$C.

論文

A Development of super radiation-hardened power electronics using silicon carbide semiconductors; Toward MGy-class radiation resistivity

土方 泰斗*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.130 - 133, 2015/11

In order to develop semiconductor devices with MGy radiation resistivity, we are developing power metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) based on silicon carbide (SiC) semiconductors. The $$gamma$$-ray irradiation responses of power SiC-MOSFETs were studied under various irradiation temperatures and humidity with various gate-bias conditions. Making comparisons between these responses, the optimum device operating condition and a better device structure were derived and MGy resistivity was achieved. Besides, $$gamma$$-ray irradiation tests for a motor-driver circuits consisting of SiC-MOSFETs were carried out, and as a result, their continuous operation up to 2 MGy was confirmed.

論文

Effect of humidity and temperature on the radiation response of SiC MOSFETs

武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.134 - 137, 2015/11

Influence of $$gamma$$-ray irradiation under high temperature and high humidity circumstance on the electrical characteristics of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. The drain current (I$$_{D}$$)-gate voltage (V$$_{G}$$) curves shifted to the negative voltage side and no significant further shift was observed with increasing the dose above 10 kGy. Suppression of the negative shift of threshold voltage (V$$_{th}$$) means that positive charges generated by irradiation were thermally annealed by elevated temperature during irradiation. The leakage current slightly increased at 5 and 10 kGy, however, those values recovered to be approximately the initial value above 40 kGy. Humidity circumstance attributed to remarkable suppression of the leakage current in comparison with dry circumstance.

論文

Recovery of the electrical characteristics of SiC-MOSFETs irradiated with gamma-rays by thermal treatments

横関 貴史; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*; 大島 武

Materials Science Forum, 821-823, p.705 - 708, 2015/07

Since silicon carbide (SiC) has high radiation resistance, it is expected to be applied to electronic devices used in harsh radiation environments, such as nuclear facilities. Especially, extremely high radiation resistant devices (MGy order) are required for decommissioning of TEPCO Fukushima Daiichi nuclear reactors. The development of radiation resistant devices based on Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) FETs is important since MOSFETs can easily realize normally-off and low-loss power devices. In this study, we irradiated vertical power 4H-SiC MOSFETs with gamma-rays up to 1.2 MGy, and investigated the recovery of their degraded characteristics due to thermal annealing up to 360 $$^{circ}$$C. The drain current (I$$_{D}$$) - gate voltage (V$$_{G}$$) curves of SiC MOSFETs shift to the negative voltage side and the leakage of I$$_{D}$$ increased by irradiation at 1.2 MGy. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h. By the RT-annealing, no significant change in the degraded electrical characteristics of SiC MOSFETs was observed. The degraded characteristics of SiC MOSFETs began to recover by annealing above 120 $$^{circ}$$C, and their characteristics reach almost the initial ones by annealing at 360 $$^{circ}$$C.

論文

炭化ケイ素基板上に成長させた1200$$^{circ}C$$ドライ酸化膜中の界面欠陥の電気特性とその熱アニーリング効果

吉川 正人; 石田 夕起*; 直本 保*; 土方 泰斗*; 伊藤 久義; 奥村 元*; 高橋 徹夫*; 土田 秀一*; 吉田 貞史*

電子情報通信学会論文誌, C, 86(4), p.426 - 433, 2003/04

1200$$^{circ}C$$ドライ酸化やそれに引き続いて行われる熱アニーリングが、酸化膜と4積層周期六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)基板の界面に与える影響を調べた。n型及びp型4H-SiC基板を1200$$^{circ}C$$の乾燥酸素雰囲気中で3時間酸化して50nmの酸化膜を作製した後、酸化膜を500から950$$^{circ}C$$のアルゴン雰囲気中で3時間熱アニーリングした。その酸化膜を用いて金属/酸化膜/半導体(MOS)構造を形成してC-V特性を測定し、酸化膜と4H-SiC界面の電気特性に及ぼす熱アニーリング効果を調べた。1200$$^{circ}C$$ドライ酸化膜を用いて形成した4H-SiC MOS構造のC-V特性は、電圧軸に沿って正方向へ大きくシフトした。界面には負電荷が蓄積していた。600$$^{circ}C$$で3時間の熱アニーリングを行うとC-V特性が負方向へシフトしはじめ、950$$^{circ}C$$3時間の熱アニーリングで電圧シフトが消失した。一方、p型4H-SiC MOS構造のC-V特性を調べると、n型とは反対に電圧軸に沿って負方向へ大きくシフトした。界面には正電荷が蓄積していた。n型とp型のシフト方向の違いと界面欠陥の荷電状態の関連性について調べ、界面欠陥の熱アニーリングのメカニズムを議論した。

論文

X-ray photoelectron spectroscopy studies of post-oxidation process effects on oxide/SiC interfaces

土方 泰斗*; 矢口 裕之*; 吉川 正人; 吉田 貞史*

Materials Science Forum, 389-393, p.1033 - 1036, 2002/05

六回周期六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)基板上に成長させた酸化膜とSiC界面の酸化後アニーリングによる構造変化を調べた。6H-SiC基板を1200$$^{circ}C$$1時間ドライ酸化した試料,1200$$^{circ}C$$1時間ドライ酸化した後1200$$^{circ}C$$アルゴン中で1時間アニーリングした試料,1200$$^{circ}C$$ 1時間ドライ酸化した後1200$$^{circ}C$$アルゴン中で1時間アニーリングした試料をさらに950$$^{circ}C$$で1時間水蒸気雰囲気でアニーリングした試料を作製した。これら試料をMOS構造に成型し、CV特性を測定して界面準位量を測定した。また、同じ試料の表面酸化膜をフッ酸溶液を用いて斜めにエッチングし、酸化膜と6H-SiC基板界面近傍に存在する炭素とその関連の化合物量を、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定して、CV特性から得られる界面準位量との相関を調べた。その結果、炭素関連の化合物(C-O,C)と界面準位との間に強い相関が認められた。

論文

Measurements of the depth profile of the refractive indices in oxide films on SiC by spectroscopic ellipsometry

飯田 健*; 富岡 雄一*; 吉本 公博*; 緑川 正彦*; 塚田 裕之*; 折原 操*; 土方 泰斗*; 矢口 裕之*; 吉川 正人; 伊藤 久義; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(2A), p.800 - 804, 2002/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:43.97(Physics, Applied)

SiCは高周波、高パワー,高温,放射線照射下等、過酷な環境下で動作する素子用材料として優れた物性を持つ。また熱酸化で表面にSiO$$_{2}$$層が形成されMOS構造が作製できるが、酸化層/SiC界面には欠陥が多いため、物性値から期待される性能が得られない。そこで本研究では、分光エリプソメーター(SE)を用いて、その界面欠陥の発生原因を光学的に追究した。試料には、SiC基板を乾燥酸化して得た60nm程度の酸化膜を用いた。これをHF溶液を用いて斜めにエッチングし、酸化膜の光学的周波数分散特性を、膜厚をパラメータとして測定した。得られた値は、セルマイヤーの式を用いたカーブフィッティング法により、屈折率に変換した。その結果、SiC上の酸化層の見かけの屈折率は、Si酸化膜より小さくなった。また、屈折率は酸化膜厚の減少と共にも小さくなり、膜厚が1nm程度では1にまで近づいた。この屈折率の膜厚依存性は、酸化層がSiO$$_{2}$$層と高屈折率界面層から成ると仮定することで説明できる。このことから、酸化層/SiC界面には屈折率の高い界面中間層が存在し、それらが界面欠陥を発生させていると推定された。

口頭

$$gamma$$線照射後のSiC-MOSキャパシタ及びPiNダイオードの電気特性の変化

田中 量也*; 横関 貴史*; 藤田 奈津子; 岩本 直也; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体は高い放射線耐性があると言われているが、原子力応用などを考えると耐放射線性をさらに高める必要がある。本研究ではシリコン(Si)および炭化ケイ素(SiC)の金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタに8.7kGy(SiO$$_{2}$$)/hの吸収線量率で$$gamma$$線照射を行い、高周波C-V特性,準静的C-V特性を測定した。この結果、Siに比べSiCは$$gamma$$線の影響が少なく、100kGy(SiO$$_{2}$$)まで安定したC-V特性が得られた。さらに、SiC-PiNダイオードを同様の吸収線量率で照射し、If-Vf特性を評価した結果、SiC-PiNダイオードにおいても安定した特性が確認できた。

口頭

Co-60$$gamma$$線によるSiC-MOSFETのI-V特性の劣化評価

横関 貴史*; 田中 量也*; 藤田 奈津子; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体は、既存のシリコン(Si)半導体と比べ、高い耐放射線性を有することが知られているが、原子力応用の観点からその劣化機構を解明し耐放射線性を高める必要がある。そこで本研究では、製品レベルの品質を有するパッケージ済の金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(SiC-MOSFET)に対して$$gamma$$線照射を行い、I-V特性へ及ぼす影響を調べた。具体的には縦型4H-SiC MOSFETに8.7kGy(SiO$$_{2}$$)/hの吸収線量率で$$gamma$$線照射を行い、I-V特性を評価した。Si-MOSFETも同時に照射し、SiCとの比較検討を行った。その結果、Si-MOSFETは吸収線量が増すにつれ、しきい値電圧が負方向に大きくシフトしたのに対し、SiC-MOSFETは吸収線量を増やしてもほとんど変わらず、安定動作が可能であることが明らかになった。

口頭

SiC-MOSキャパシタの電気特性の$$gamma$$線照射線量依存性

田中 量也; 横関 貴史; 藤田 奈津子; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体は高い放射線耐性があると言われているが、原子力応用などを考えると実用レベルのデバイスでの耐性を調べる必要がある。本研究では実用化されているパワー金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタと同様なプロセスでゲート酸化膜を作製したシリコン(Si)及びSiC MOSキャパシタに8.7kGy(SiO$$_{2}$$)/hの吸収線量率で$$gamma$$線照射を行い電気特性へ及ぼす影響を調べた。その結果、Si MOSキャパシタでは300kGy(SiO$$_{2}$$)照射後に容量(C)-電圧(V)特性曲線が負電圧側に5Vシフトしたのに対し、SiC MOSキャパシタのC-V曲線は負電圧側に0.5Vのみのシフトであり、SiCはSiに比べ安定した特性を示すことが明らかとなった。

口頭

Si及びSiC-MOSFETのI-V特性に対する$$gamma$$線照射の影響

横関 貴史; 田中 量也; 藤田 奈津子; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた原子力施設用の高耐放射線性半導体デバイスの開発を目指し、本研究では$$gamma$$線が市販のパワーSiC-MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のドレイン電流(Id)-ゲート電圧(Vg)特性へ及ぼす影響を調べた。耐圧1.2kV、定格電流20Aのサンケン電気製SiC-MOSFETへ、コバルト60からの$$gamma$$線を照射し、Id-Vg特性の吸収線量依存性を測定した。比較試料として、耐圧250V、定格電流20Aの同社製Si-MOSFETを用いて同様の照射を行った。Si-MOSFETは、照射初期からId-Vg曲線が大きく負電圧側にシフトし、100kGy照射後にはしきい値電圧(V$$_T$$)がマイナスとなった。一方、SiC-MOSFETのId-Vg曲線においても吸収線量の上昇に伴い、負電圧側にシフトするがV$$_T$$は1MGy照射後もプラスの値を維持した。Id-Vg曲線が負電圧側にシフトする原因は、ゲート酸化膜における固定電荷密度と界面準位密度の増加であるので、得られた結果はSiC-MOSFETの方がSi-MOSFETに比べこれらの発生量が少ないと結論できる。

口頭

$$gamma$$-ray irradiation response of silicon carbide semiconductor devices; Extremely high radiation resistance

佐藤 真一郎; 小野田 忍; 牧野 高紘; 藤田 奈津子; 大島 武; 横関 貴史*; 田中 量也*; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

さまざまな炭化ケイ素半導体(SiC)トランジスタの$$gamma$$線照射によるしきい値電圧の変化を調べ、従来のシリコン半導体(Si)トランジスタと比較した。10$$^5$$GyまではSiCトランジスタでは変化がないのに対し、Siトランジスタでは顕著な劣化が観察されたことから、SiCトランジスタの方がはるかに高い耐放射線性を持つことが明らかとなった。また、SiC-MOSFET(金属・酸化膜・半導体トランジスタ)の酸化膜作製方法を変えてみたところ、パイロジェニック酸化の方がドライ酸化よりも耐性が高いことが判明した。加えて、酸化膜をもたないトランジスタは更に高い耐性を示すことが分かった。以上のことから、更なる耐放射線性の向上には、酸化膜の最適化が必要であると結論できる。

口頭

$$gamma$$線照射したSiC-MOSFETの特性の安定性

横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大島 武; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*

no journal, , 

原子力用の耐放射線性半導体デバイスの開発に資するため、炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)の$$gamma$$線照射による劣化特性や、照射後の劣化特性の安定性について調べた。実験には六方晶(4H)SiC MOSFETと比較のシリコン(Si)MOSFETを用い、1.2MGyまで$$gamma$$線照射を行い、その後、室温から360$$^{circ}$$Cまでの熱処理を行った。その結果、1.2MGy照射後にSiC MOSFETのしきい値電圧(V$$_{th}$$)は初期値に対して3Vマイナス側にシフトしたのに対し、Si MOSFETのV$$_{th}$$は20V程度マイナス側にシフトすることが判明した。また、照射後、Si MOSFETは室温においても劣化特性が回復するが、SiC MOSFETは室温では回復が見られず、120$$^{circ}$$C以上の熱処理で顕著な回復が見られることが判明した。360$$^{circ}$$Cの熱処理後にはSiC及びSi MOSFETは、それぞれ、未照射の91%及び97%まで回復を示した。このことからSiCとSiでは$$gamma$$線照射により酸化膜及び酸化膜と半導体界面に発生する欠陥の種類が異なり、SiCの方が熱的に安定であると結論できる。

口頭

$$gamma$$線照射したSiC MOSFETの熱アニールによる特性劣化の回復

横関 貴史; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*; 大島 武

no journal, , 

超耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体デバイス開発の一環として、縦型4H-SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)に1.2MGyの$$gamma$$線を照射し特性劣化を調べるとともに、360$$^{circ}$$Cまでの熱アニール(大気中、20分間)を行い劣化した特性が回復する様子を調べた。その結果、$$gamma$$線照射によりドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)特性は負電圧側へシフトし、1.2MGy照射後にはノーマリーオン特性となるとともに、I$$_{D}$$のリーク電流が7桁以上も増加した。照射後に熱アニールを行ったところ、100$$^{circ}$$C以上の熱アニールによりI$$_{D}$$-V$$_{G}$$特性は回復を示し、360$$^{circ}$$Cの熱アニールでほぼ照射前の特性まで回復することが見出された。このことより、SiC MOSFETの特性劣化に寄与する酸化膜中固定電荷や酸化膜・半導体準位といった欠陥の熱安定性は100$$^{circ}$$C程度であり、それ以上の温度で熱処理を行うことで劣化特性の回復を図ることができると帰結できた。

口頭

ゲートバイアス印加を伴うSiC MOSFETへの$$gamma$$線照射効果

村田 航一; 三友 啓; 松田 拓磨; 横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

原子力施設で使用可能な超耐放射線性エレクトロニクスの開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)トランジスタの動作状態に及ぼす$$gamma$$線照射効果を調べた。試料は、耐圧1.2kV、定格電流20Aのサンケン電気製の六方晶(4H)SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いた。ゲート電極にそれぞれ-4.5, 0, +4.5Vの電圧を印加し、$$gamma$$線を照射した。その結果、ゲートに正電圧を印加した試料は、負電圧を印加した場合や印加しない場合と比較して、デバイスの動作電圧である「しきい値電圧(V$$_{TH}$$)」が大きく負電圧側にシフトすることが判明した。また、負電圧印加と無電圧の場合を比較すると、100kGy程度の線量までは、両者ともV$$_{TH}$$の値に変化は見られないが、それ以上の線量では無電圧のものは負電圧方向にV$$_{TH}$$がシフトすることが明らかになった。以上の結果は、酸化膜界面付近に正孔を捕獲する欠陥が多く存在し、正電圧の印加の場合は正孔が界面側に流れ込み欠陥が正に帯電することでV$$_{TH}$$の大きなシフトとなるが、負電圧を印加した場合は、正孔は電極側に流れることで界面付近の欠陥に捕獲されないためV$$_{TH}$$のシフトが少ないというモデルで説明できる。

口頭

高温下での$$gamma$$線照射によるSiC MOSFETの耐放射線性評価

松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

原子炉等の極限環境下で作業可能なロボット開発に向け、SiC(炭化ケイ素)半導体を用いたMOSFET(金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ)の耐放射線性強化に関する研究を行った。150$$^{circ}$$Cの温度で、$$^{60}$$Co$$gamma$$線を4MGyまで照射した結果、しきい値電圧の負電圧側へのシフトが、室温照射に比べ抑制されていることを見いだした。具体的には、1MGyまではしきい値電圧が負電圧側へシフトを示したが、それよりも大きな照射量になると、負電圧側へのシフトが抑制されて一定値となることがわかった。これは高温照射により、酸化膜界面付近にトラップされる正孔がアニールされてしまうためであると考えられる。

口頭

SiC-MOSFETへの$$gamma$$線照射効果の酸化膜作製プロセスによる違い

三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大島 武; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.

no journal, , 

SiC MOSFETのゲート酸化膜形成時、通常のドライ酸化で現れた高い界面準位密度D$$_{it}$$が、ドライ酸化後の窒化処理によって大幅に低減化されており、窒化処理は高品質なSiC MOSFETの作製には不可欠なものとなっている。本研究では、異なる窒素濃度で処理を行い作製したSiC MOSFETに$$gamma$$線照射を行い、特性劣化に及ぼす影響を調べた。実験には耐圧1.2kV、定格電流20A、オン抵抗100m$$Omega$$、ゲート定格電圧20Vのサンケン電気製の4H-SiC MOSFETを用い、N$$_2$$O 100%ガスによって処理した試料と、N$$_2$$Oを10%希釈したガスによって処理した試料の2種類を用意した。これら試料に$$gamma$$線を800kGy(SiO$$_2$$)まで照射し、電流電圧特性からしきい値電圧(Vth)を算出した。その結果、N$$_2$$O 100%では、総線量100kGy以降大きな負電圧方向へのシフトを示し800kGyの照射でノーマリーオンに陥った。一方、N$$_2$$O 10%のサンプルは照射によって緩やかにVthが低下するが、N$$_2$$O 100%のような大きな変化は見られず、$$gamma$$線耐性に対する優位性が認められた。このことから、窒化濃度は、耐放射線性の向上に関与する重要なパラメータと考えられる。

口頭

高温下$$gamma$$線照射したSiC MOSFETの電気的特性評価

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*; et al.

no journal, , 

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150$$^{circ}$$C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$$gamma$$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150$$^{circ}$$Cで$$gamma$$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$$gamma$$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。

口頭

高温・加湿雰囲気下での$$gamma$$線照射によるSiC MOSFETの電気特性変化

武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化珪素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気(150$$^{circ}$$C、湿度100%)下でSiC MOSFETへ$$gamma$$線を照射し、その電気特性の変化を調べた。試料には、ゲート酸化膜厚45nm (乾燥酸素中(Dry)酸化+ N$$_{2}$$O処理により作製)のnチャネル4H-SiC MOSFETを用いた。総線量1000kGyまで照射を行い、照射後のドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)を測定した。比較のため、同様の試料を加湿せずに150$$^{circ}$$C乾燥窒素中で1.2MGy照射した場合における電気特性についても調べた。その結果、加湿あり、なし照射の両方ともI$$_{D}$$-V$$_{G}$$曲線は負電圧側のシフトの抑制がみられ、高温照射により酸化膜中に生成した正の電荷がアニールされていることが判明した。また、加湿あり照射では、$$gamma$$線照射によるリーク電流の増加が抑制されることが見いだされた。

口頭

高温・高湿度雰囲気中$$gamma$$線照射によりSiC MOSFETsに生成される電荷の線量依存

武山 昭憲; 松田 拓磨*; 横関 貴史*; 三友 啓*; 村田 航一*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気下でSiC MOSFETへ$$gamma$$線を照射し、酸化膜中に発生する固定電荷と、酸化膜-SiC界面に生ずる界面準位密度の線量依存を調べた。耐圧1.2kV、定格電流20A、ゲート酸化膜厚45nmのnチャネル4H-SiC MOSFETを、温度150$$^{circ}$$C、湿度100%に保ち$$gamma$$線照射を行った。線量率3.61kGy(SiO$$_{2}$$)/hで総線量1800kGyまで照射を行い、途中、試料を取り出してドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)を測定・解析することで酸化膜中の固定電荷及び界面準位密度を求めた。比較のため、加湿せずに高温照射(乾燥窒素中150$$^{circ}$$C)のみの条件での照射試験も行った。その結果、高温・高湿度での照射の場合、高温のみでの照射と比べて、酸化膜中の固定電荷および界面準位の生成が抑制され、電気特性の劣化が少ないことが判明した。

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