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梅田 享英*; 岡本 光央*; 荒井 亮*; 佐藤 嘉洋*; 小杉 亮治*; 原田 信介*; 奥村 元*; 牧野 高紘; 大島 武
Materials Science Forum, 778-780, p.414 - 417, 2014/02
被引用回数：2 パーセンタイル：72.7(Crystallography)炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ(MOS FET)の界面欠陥を電流検出型磁気共鳴(EDMR)により調べた。SiC MOSFETはカーボン(C)面上に作製し、水蒸気酸化及び800
Cでの水素処理、又は、乾燥酸素を用いた二種類の方法によりゲート酸化膜を形成した。乾燥酸素によるゲート酸化膜を有するMOSFETのチャンネル移動度は1cm
/Vs以下であるが、水素処理ゲート酸化膜を有するMOSFETは90cm/Vsである。低温(20K以下)でのEDMR測定の結果、シリコン面上に作製したMOSFETでは観測されないC面特有の欠陥シグナルが検出された。
線照射を行ったところ、このC面特有の欠陥シグナルが大きくなり、それとともにチャンネル移動度が低下することが判明した。これより、水素処理により終端されていたC欠陥が線照射により離脱し、C面固有の欠陥となること、この欠陥がチャンネル移動度の低下に関与することが推測される。
interfaces梅田 享英*; 小杉 良治*; 福田 憲司*; 森下 憲雄*; 大島 武; 江嵜 加奈*; 磯谷 順一*
Materials Science Forum, 717-720, p.427 - 432, 2012/05
被引用回数：7 パーセンタイル：95.12(Materials Science, Multidisciplinary)炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた金属-酸化膜(SiO)-半導体(MOS)界面に存在する欠陥等を電気的検出磁気共鳴(EDMR)法を用いて調べた。SiC-SiO界面は、従来のシリコン(Si)-SiO界面と異なり炭素(C)等の不純物の存在が考えられるが、50Kでの低温測定を行うことでCダングリングボンドに起因するP
と呼ばれる欠陥センターやCダングリングボンドが水素や窒素(N)によって終端されたP
センターが観測された。また、MOSデバイスの特性向上を目的にN処理を行った試料では界面付近にNドナーに起因するNhセンターが観測された。このことは、界面にNドナーが導入されることにより界面付近のキャリア(電子)濃度上昇し、その結果、チャンネルの伝導度が高くなることで高品質なMOSデバイスが作製されることを示唆する結果といえる。
interfaces studied by electrically detected magnetic resonance梅田 享英*; 江嵜 加奈*; 小杉 良治*; 福田 憲司*; 大島 武; 森下 憲雄*; 磯谷 順一*
Applied Physics Letters, 99(14), p.142105_1 - 142105_3, 2011/10
被引用回数：50 パーセンタイル：85.84(Physics, Applied)By electrically detected magnetic resonance spectroscopy under low-temperature, the microscopic behavior of nitrogen atoms in the SiC-SiO interface regions of n-channel 4H-Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. As a result, it was found that shallow interface states were eliminated by nitrogen atoms located near the interface. Also, nitrogen atoms showed diffusion into the channel region of the MOSFETs, and acted as shallow donors. These two behaviors enable nitrogen atoms to enhance the channel mobility of electrons in SiC MOSFETs.
富岡 雄一*; 飯田 健*; 緑川 正彦*; 塚田 裕之*; 吉本 公博*; 土方 泰斗*; 矢口 裕之*; 吉川 正人; 石田 夕起*; 小杉 良治*; et al.
Materials Science Forum, 389-393, p.1029 - 1032, 2002/00
被引用回数：4 パーセンタイル：20.33(Materials Science, Multidisciplinary)SiC-MOSFET反転層の電子移動度は、理論値よりも小さい。これは、SiO/SiC界面にある残留炭素が原因であると考えられている。そこで、乾燥酸素法、及び水素燃焼酸化法で作製したドライ酸化膜、及びパイロジェニック酸化膜、そして低温で作製した酸化膜(LTO膜)について、それぞれのSiO/SiC界面の光学定数を分光エリプソメータにより測定し、それらの光学特性の違いを調べ、界面構造の光学的な違いと酸化膜の電気特性との関連性を追求した。その結果、どの酸化膜においても、界面層のA値(波長無限大における屈折率)の値はバルクSiOの屈折率(n=1.465)より高くなった。これは薄い高屈折率界面層が、SiO/SiC界面に存在することを意味しており、Si-Siボンドのような強いイオン分極を持つボンドが界面に存在することを示唆する。またAの値は、酸化方法に依存しており、LTO膜のA値はパイロジェニック酸化膜、ドライ酸化膜のものより小さくなった。これら酸化膜を用いて作製したMOSFETの電気特性は大きく異なることから、A値がSiC MOS構造の電気的特性と関連していると考えられた。
梅田 享英*; 小杉 良治*; 福田 憲司*; 大島 武; 森下 憲雄; 江嵜 加奈*; 磯谷 順一*
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた、金属-酸化膜-半導体(MOS)デバイスでは、酸化膜/SiC界面に発生する欠陥により、デバイス特性が低下してしまうという問題がある。今回、この界面に発生する欠陥の起源の同定を行うため、電流検出型の電子スピン共鳴(EDMR)による評価を行った。SiC MOS電界効果トランジスタ(MOSFET)を異なる酸化膜作製条件で作製し、4Kまでの低温でのEDMR測定を行った。その結果、窒化処理や水素化処理により酸化膜を作製したMOSFETでは、欠陥起因のEDMRシグナルが観測されなかったのに対して、乾燥酸素のみで酸化膜を作製した試料からは、炭素のダングリングボンドに起因するシグナルが観測された。乾燥酸素により酸化膜を作製したMOSFETの電気特性が、窒化や水素化処理により向上することと合わせて考えると、炭素ダングリングボンドに起因する欠陥がMOSFET特性に悪影響を与えていることが示唆される。また、それらのMOSFETに線照射を行い、EDMR測定を行ったところ、水素化処理により作製したMOSFETからは、炭素ダングリングボンド起因のシグナルが観測された、一方、窒化処理では、線照射後も炭素ダングリングボンド起因のシグナルは観測されなかった。このことから水素処理によりダングリングボンドが終端されているが、線照射により結合が切れダングリングボンドは発生したこと、窒化処理は界面そのもの構造をよくし、MOSFET特性の向上に寄与していると帰結できた。
梅田 享英*; 佐藤 嘉洋*; 荒井 亮*; 岡本 光央*; 原田 信介*; 小杉 亮治*; 奥村 元*; 牧野 高紘; 大島 武
no journal, ,
耐放射線性半導体素子への応用が期待される炭化ケイ素(SiC)半導体のデバイス特性の向上に資する研究の一環として、金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ(MOS FET)の酸化膜-半導体界面に発生する欠陥を電流検出電子スピン共鳴(EDMR)を用いて評価した。C面六方晶(4H)SiC上に化学気相法によりエピタキシャル膜を成長し、水蒸気及び水素処理を用いてゲート酸化膜を形成することでMOSFETを作製した。その後、4H-SiC MOSFETは界面欠陥を導入するために、室温で線照射を行った。EDMR測定を行い界面欠陥を調べたところ、1000ppmを超える非常に強い信号が観測された。デバイスの動作状態と信号強度の関係を調べることで、この信号は価電子帯近傍に準位を持つ界面欠陥であると決定できた。さらに、欠陥構造に関する知見を得るために炭素同位体(
C)の超微細相互作用を調べたところ、この界面欠陥は炭素原子が関与することが判明した。
荒井 亮*; 梅田 享英*; 佐藤 嘉洋*; 岡本 光央*; 原田 信介*; 小杉 亮治*; 奥村 元*; 牧野 高紘; 大島 武
no journal, ,
MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタとして一般的に用いられない4H-SiC(000
)C面にWet酸化法でゲート酸化膜を形成することで、一般的なSi面を上回る電子移動度が得られることが知られている。その理由としては、水素を界面に導入することで界面順位(Dit)が減少した結果だと考えられているが、水素の役割やDitの起源についてはまだよくわかっていない。そこで、電流検出電子スピン共鳴(EDMR)を使ってC面MOSトランジスタの界面欠陥の分光評価を行った。その結果、界面の炭素原子に由来するC面固有欠陥を検出することができた。加えて線照射によって意図的にC面固有欠陥からの水素離脱を引き起こしEDMRによってC面固有欠陥を観察した。その結果、C面固有欠陥のEDMR信号強度は、線の照射量に応じて増加した。そして約6MGy程度で飽和し、その後減少した。この照射量はSi-MOSトランジスタで行った同様の実験に比べ1桁高く、SiC-MOSトランジスタはSiに比べて高い放射線耐性を示したと言える。また、照射試料の電流電圧特性測定より、C面固有欠陥がMOSトランジスタのしきい値電圧シフトの一つの要因であることを示した。
