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論文

Impact of post-nitridation annealing in CO$$_{2}$$ ambient on threshold voltage stability in 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors

細井 卓治*; 大迫 桃恵*; Moges, K.*; 伊藤 滉二*; 木本 恒暢*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 15(6), p.061003_1 - 061003_5, 2022/06

https://doi.org/10.35848/1882-0786/ac6f42
 被引用回数：2 パーセンタイル：34.67(Physics, Applied)

SiO$$_{2}$$/SiC構造に対するNOアニールとCO$$_{2}$$雰囲気でのポスト窒化アニール(PNA)の組み合わせが、SiCベースの金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高いチャネル移動度と優れた閾値電圧安定性を得るために有効であることを実証した。NOアニールにより取り込まれたSiO$$_{2}$$/SiC界面のSiO$$_{2}$$側のN原子が電荷捕獲サイトの起源と考えられるが、1300$$^{circ}$$CのCO$$_{2}$$-PNAによりSiCを酸化することなくこれらの選択的除去が可能であることがわかった。また、CO$$_{2}$$-PNAにはSiO$$_{2}$$中の酸素空孔を補償する効果もあり、結果として正負の電圧温度ストレスに対する高い耐性が得られた。

論文

Annealing of electron irradiated, thick, ultrapure 4H SiC between 1100$$^{circ}$$C and 1500$$^{circ}$$C and measurements of lifetime and photoluminescence

Klahold, W. M.*; Devaty, R. P.*; Choyke, W. J.*; 河原 洸太朗*; 木本 恒暢*; 大島 武

Materials Science Forum, 778-780, p.273 - 276, 2014/02

http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.778-780.273

Ultra-pure n-type (8$$times$$10$$^{13}$$ cm$$^{-3}$$), 99 $$mu$$m thick epitaxial layers of hexagonal (4H) silicon carbide (SiC) were irradiated with electrons either at 170 keV with a fluence of 5$$times$$10$$^{16}$$ cm$$^{-2}$$ or at 1 MeV with a fluence of 1$$times$$10$$^{15}$$ cm$$^{-2}$$ in various geometries. Low temperature photoluminescence (LTPL) spectra and microwave photoconductance ($$mu$$PCD) lifetime measurements were carried out for all samples before and after annealing in argon in free standing mode or on a POCO carbon (Poco Graphite, Inc.) platform, every 50 $$^{circ}$$C from 1100 $$^{circ}$$C to 1500 $$^{circ}$$C. However, no improvement in carrier lifetime was observed although previous studies reported that carbon diffused into SiC during high temperature treatment improves carrier lifetime. The result obtained in this study suggests that simple carbon diffusion model cannot be applied and more study is required to understand the injection of carbon interstitials into the SiC lattice.

論文

$$E_1/E_2$$ traps in 6H-SiC studied with Laplace deep level transient spectroscopy

小泉 淳*; Markevich, V. P.*; 岩本 直也; 佐々木 将*; 大島 武; 児島 一聡*; 木本 恒暢*; 内田 和男*; 野崎 眞次*; Hamilton, B.*; et al.

Applied Physics Letters, 102(3), p.032104_1 - 032104_4, 2013/01

https://doi.org/10.1063/1.4788814
 被引用回数：11 パーセンタイル：44.13(Physics, Applied)

Electrically active defects in $$n$$-type 6H-SiC diodes were investigated using deep level transient spectroscopy (DLTS) and high-resolution Laplace DLTS. The commonly observed broadened DLTS peak which was previously ascribed to two traps referenced as $$E_1/E_2$$ has three components with activation energies for electron emission of 0.39, 0.43, and 0.44 eV. The defects associated with these emission signals have similar electronic structure, each possessing two energy levels with negative-$$U$$ ordering in the upper half of the 6H-SiC gap. The defects are related to a carbon vacancy at three non-equivalent lattice sites in 6H-SiC.

論文

Negative-U system of carbon vacancy in 4H-SiC

Son, N. T.*; Trinh, X. T.*; L${o}$vile, L. S.*; Svensson, B. G.*; 河原 洸太朗*; 須田 淳*; 木本 恒暢*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; 牧野 高紘; et al.

Physical Review Letters, 109(18), p.187603_1 - 187603_5, 2012/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.187603
 被引用回数：199 パーセンタイル：97.98(Physics, Multidisciplinary)

Nitrogen-doped n-type 4H-Silicon carbide (SiC) epitaxial layers were irradiated with electrons at 250 keV. Carbon vacancy (V$$_{C}$$) signals at both the h and k sites were studied using photoexitation Electron Paramagnetic Resonance (photo-EPR) and Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). As a result, double negative charge states of V$$_{C}$$, showing its negative-U system were revealed. By the direct correlation between EPR and DLTS data, it was concluded that Z$$_{1}$$ is V$$_{C}$$ at h site and Z$$_{2}$$ is V$$_{C}$$ at k site. In addition, we concluded that EH$$_{7}$$ is a single donor level of V$$_{C}$$.

論文

Local thermal expansion and the C-C stretch vibration of the dicarbon antisite in 4H SiC

Devaty, R. P.*; Yan, F.*; Choyke, W. J.*; Gali, A.*; 木本 恒暢*; 大島 武

Materials Science Forum, 717-720, p.263 - 266, 2012/05

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.717-720.263
 被引用回数：1 パーセンタイル：54.7(Materials Science, Multidisciplinary)

The Carbon-Carbon (C-C) stretch vibration associated with the dicarbon antisite in 4H Silicon Carbide (SiC) has been observed from up to the fifth harmonic in the low temperature photoluminescence spectrum. By the fitting to the obtained data using the Morse potential, we can obtain the reasonable anharmonicity. We also combined experimental results, the analytically tractable Morse potential, and results obtained from first principles calculations in order to estimate the thermal expansion coefficient of the C-C bond. This local thermal expansion coefficient is considerably smaller than the linear thermal expansion coefficient of bulk 4H SiC, in striking contrast with the recent result obtained from the nitrogen-vacancy center in diamond that the local thermal expansion coefficientis larger than the bulk value.

論文

Anharmonic vibrations of the dicarbon antisite defect in 4H-SiC

Yan, F.*; Devaty, R. P.*; Choyke, W. J.*; Gali, A.*; 木本 恒暢*; 大島 武; Pensl, G.*

Applied Physics Letters, 100(13), p.132107_1 - 132107_3, 2012/03

https://doi.org/10.1063/1.3699269
 被引用回数：3 パーセンタイル：13.53(Physics, Applied)

Dicarbon antisite defects were introduced into 4H Silicon Carbide (SiC) by either electron irradiation or ion implantation (H or He) and subsequent annealing between 700 and 1700 $$^{circ}$$C for 30 min in Ar. As a result of low temperature photoluminescence at 2 K, the no-phonon lines from the dicarbon antisite defect center were detected with their phonon replicas. The stretch frequencies of the defect with up to the fifth harmonic were also observed. The Morse potential model accounts for the anharmonicity quite well and gives a very good prediction of the vibration energies up to the fifth harmonic at an error within 1%. The observed anharmonicity can be explained in terms of the model of a dicarbon antisite defect along with its four nearest neighboring carbon atoms using first principles calculations.

論文

Deep defects in 3C-SiC generated by H$$^{+}$$- and He$$^{+}$$-implantation or by irradiation with high-energy electrons

Weidner, M.*; Trapaidze, L.*; Pensl, G.*; Reshanov, S. A.*; Sch$"o$ner, A.*; 伊藤 久義; 大島 武; 木本 恒暢*

Materials Science Forum, 645-648, p.439 - 442, 2010/00

耐放射線性半導体として期待される立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)中に発生する照射欠陥をDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)により調べた。H$$^{+}$$, He$$^{+}$$イオン、又は、電子線照射により3C-SiC中へ欠陥を導入したところ、W1$$sim$$W9までの欠陥準位が観測されたが、すべての照射でW6と名付けられた欠陥準位が主要な欠陥であることが見いだされた。W6について詳細に調べたところ、電子を放出後に中性化することが判明した。これより、W6はアクセプタ型の深い準位を持つ欠陥(ディープレベル)であると帰結できた。

論文

Thermal stability of defects centers in n- and p-type 4H-SiC epilayers generated by irradiation with high-energy electrons

Reshanov, S. A.*; Beljakowa, S.*; Zippelius, B.*; Pensl, G.*; 旦野 克典*; Alfieri, G.*; 木本 恒暢*; 小野田 忍; 大島 武; Yan, F.*; et al.

Materials Science Forum, 645-648, p.423 - 426, 2010/00

六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)に電子線を照射することで生成される欠陥の熱処理による安定性を調べた。試料はn型,p型4H-SiCを用い、SiC中の炭素(C)のみをはじき出す170keV、又はシリコン(Si)、Cともにはじき出す1MeV電子線を室温で照射し、アルゴン中、30分間の熱処理を1700$$^{circ}$$Cまで行った。欠陥はDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)により調べた。その結果、n型4H-SiCでは、170keV, 1MeVともに、照射により生成される主要な欠陥はZ1/Z2及びEH7と呼ばれる欠陥であった。両者とも170keV照射により生成されることからC起因の欠陥であることが推測される。また、熱安定に関しては、両者ともに1100$$^{circ}$$Cの熱処理により減少するが、1400$$^{circ}$$Cで再度現れ、1600$$^{circ}$$Cの熱処理により消失することが判明した。p型4H-SiCではUK1, UK2と名付けられた欠陥が発生したが、熱的に非常に安定で1700$$^{circ}$$C熱処理によっても消失しなかった。

論文

Thermal histories of defect centers as measured by low temperature photoluminescence in n- and p-type 4H SiC epilayers generated by irradiation with 170 KeV or 1 MeV electrons

Yan, F.*; Devaty, R. P.*; Choyke, W. J.*; 旦野 克典*; Alfieri, G.*; 木本 恒暢*; 小野田 忍; 大島 武; Reshanov, S. A.*; Beljakowa, S.*; et al.

Materials Science Forum, 645-648, p.419 - 422, 2010/00

電子線照射により、炭化ケイ素(SiC)半導体中に発生する欠陥に関してフォトルミネッセンス(PL)測定により調べた。試料はn型,p型の六方晶(4H)SiCエピタキシャル膜を用い、170keV又は1MeVの電子線を室温にて照射した。照射後、1700$$^{circ}$$Cまで100$$^{circ}$$C間隔で熱処理を行い、それぞれの熱処理後に2KでのPL測定を行った。その結果、照射後に2.9eV付近にL$$_{1}$$と呼ばれる欠陥起因の発光ラインが観察された。これまで、L$$_{1}$$ラインは、深部準位スペクトロスコピー(DLTS)測定で観察されるZ$$_{1}$$1/Z$$_{2}$$と呼ばれる炭素空孔に関連する欠陥中心と相関があると言われているが、L$$_{1}$$及びZ$$_{1}$$1/Z$$_{2}$$両者の熱処理による挙動を調べたところ、その変化に相関はなく、L$$_{1}$$とZ$$_{1}$$1/Z$$_{2}$$は異なる起源の欠陥であると結論できた。

論文

New lines and issues associated with deep defect spectra in electron, proton and $$^{4}$$He ion irradiated 4H SiC

Yan, F.*; Devaty, R. P.*; Choyke, W. J.*; 木本 恒暢*; 大島 武; Pensl, G.*; Gali, A.*

Materials Science Forum, 645-648, p.411 - 414, 2010/00

耐放射線性が期待される炭化ケイ素(SiC)半導体へ電子,陽子又は$$^{4}$$Heイオン照射を行い、発生する欠陥を低温でのフォトルミネッセンス(LTPL)測定により評価した。照射後、7KでのLTPL測定を行ったところ、2.48から2.62eV範囲に照射欠陥に起因する複数の新たな発光ピークが観察された。これら発光ピークの熱処理による挙動を調べたところ、すべてのピークが同様な振る舞いを示し、1300から1400$$^{circ}$$Cの熱処理によりすべてのラインが消滅することが判明した。このことより、これらのピークは同一の欠陥に起因することが明らかとなった。さらに、理論計算による解析を行ったところ、SiCのシリコン格子位置を占有した炭素原子(カーボンアンチサイト)が二つ並んだダイカーボンアンチサイトがこの発光ピークの原因であることが判明した。

論文

Shallow defects observed in as-grown and electron-irradiated or He$$^{+}$$-implnated Al-doped 4H-SiC epilayers

Beljakowa, S.*; Reshanov, S. A.*; Zippelius, B.*; Krieger, M.*; Pensl, G.*; 旦野 克典*; 木本 恒暢*; 小野田 忍; 大島 武; Yan, F.*; et al.

Materials Science Forum, 645-648, p.427 - 430, 2010/00

アルミニウム添加によりp型とした炭化ケイ素(SiC)半導体中に存在する結晶欠陥をアドミッタンススペクトロスコピー(AS)により調べた。また、電子線又はヘリウムイオン注入を行い、欠陥を導入した試料についてもAS測定を行った。その結果、未照射試料において170meVの活性化エネルギーを持つ浅い欠陥準位(欠陥)が存在することが見いだされた。この欠陥によるキャリアの捕獲断面積を調べたところ3.5$$times$$10$$^{-16}$$/cm$$^{2}$$と非常に小さいことが判明した。また、電子線及びヘリウムイオン照射を行ってもこの欠陥濃度に大きな変化はなく、さらに、1800$$^{circ}$$C熱処理後も濃度に変化はなかった。このことより、この欠陥は非常に安定な真性欠陥であると結論できる。

口頭

ラプラスDLTS測定によるn形6H-SiC中のnegative-Uセンターの観察

小泉 淳*; Markevich, V. P.*; 岩本 直也; 佐々木 将*; 小池 俊平*; 大島 武; 児島 一聡*; 木本 恒暢*; 内田 和男*; 野崎 眞次*; et al.

no journal, , 

n型六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)中に電子線照射やイオン注入によって形成されるE$$_{1}$$/E$$_{2}$$欠陥中心は、二個のキャリアを捕獲する特徴(negative-U特性)を有することが知られている。これまでわれわれは、ラプラスDLTS(Laplace deep level transient spectroscopy)測定の結果を詳細に解析することでE$$_{1}$$/E$$_{2}$$を分離して観察することに成功し、さらにE$$_{2}$$が二つのエネルギー準位に分離できることを見いだしてきている。今回は、E$$_{1}$$/E$$_{2}$$欠陥中心の異なる荷電状態に対応したE$$_{1}$$$$^{0/+}$$及びE$$_{2}$$$$^{0/+}$$に着目し、これら欠陥センターも同様に分離して観察できるかをラプラスDLTSを用いて調べた。その結果、準位の分離に成功し、温度依存性から、それぞれのエネルギーがE$$_{C}$$-0.14eV, E$$_{C}$$-0.18eV及びE$$_{C}$$-0.26eVであると決定できた。

口頭

The Carbon vacancy in SiC

Son, N. T.*; Trinh, X. T.*; 須田 淳*; 木本 恒暢*; L${o}$vile, L. S.*; Svensson, B. G.*; Szasz, K.*; Hornos, T.*; Gali, A.*; 梅田 享英*; et al.

no journal, , 

近年、炭化ケイ素(SiC)中の炭素(C)空孔関連欠陥の電子状態などが明らかになってきた。しかし、それらのエネルギー準位や、物性への影響に関してはまだ不明な点が残っている。これまで、電子スピン共鳴(Electron Paramagnetic Resonance: EPR)やDeep Level Transient Spectroscopy(DLTS)によって、Z$$_{1/2}$$やEH$$_{6/7}$$等の一般的な深い準位にC空孔が含まれることが知られている。具体的には、EH$$_{6/7}$$は、C空孔のあるエネルギー準位(0$$mid$$+)に関係していることが明らかになったが、Z$$_{1/2}$$とC空孔の関係についてはまだわかっていない。本研究では、電子線を照射した4H-SiCに対して、EPRやDLTSを行い、Z$$_{1/2}$$とC空孔の関係について調べた。その結果、EPRによって決定されたZ$$_{1/2}$$のエネルギー準位とDLTSによるエネルギー準位は非常によい一致を示し、C空孔のある準位(2-$$mid$$0)と一致することを明らかにした。

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