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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
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 
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.
- and He-implantation or by irradiation with high-energy electronsWeidner, M.*; Trapaidze, L.*; Pensl, G.*; Reshanov, S. A.*; Sch
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
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。
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1700C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1100Cの熱処理により減少するが、1400Cで再度現れ、1600C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1700C熱処理によっても消失しなかった。
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、1700Cまで100C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
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Z1/Z
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及びZ1/Z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とZ1/Zは異なる起源の欠陥であると結論できた。
He ion irradiated 4H SiCYan, 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1400C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。
-implnated Al-doped 4H-SiC epilayersBeljakowa, 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
10
/cm
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、1800C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。
-rays菱木 繁臣; Reshanov, S. A.*; 大島 武; 伊藤 久義; Pensl, G.*
Materials Science Forum, 600-603, p.703 - 706, 2009/00
被引用回数：1 パーセンタイル：47.43(Materials Science, Ceramics)炭化ケイ素(SiC)半導体は優れた耐放射線性を有するため、高い線量下での動作が期待できるが、これまで数MGyといった高線量域までの照射効果を調べた報告はあまりない。そこで今回、n型六方晶(6H)SiCを用いたnチャンネル金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を作製し、数MGyまでの線照射による特性評価を行った。MOSFETのチャンネルに流れるキャリアについてHall効果測定からHall移動度,キャリア移動度を評価した結果、MGy級の線照射により界面準位が減少しそれに伴いチャンネル移動度が増加することが明らかとなった。
大島 武; 菱木 繁臣*; 岩本 直也; Reshanov, S. A.*; Pensl, G.*; 児島 一聡*; 河野 勝泰*
Proceedings of the 26th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, p.31 - 34, 2007/12
耐放射線性SiC半導体素子の開発の一環として、MGyという高線量域までの線照射によるSiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の特性変化を調べた。p型エピタキシャル六方晶(6H)-SiC上にn-channel MOSFETを作製し、線照射(室温,無バイアス状態)を行った。ドレイン電流-ドレイン電圧特性の直線領域からチャンネル移動度を見積もったところ、ソース,ドレイン領域作製の際のイオン注入後の熱処理時にカーボン被膜にて表面を保護した試料では、照射前の値が55cm/Vsであるのに対し、被覆なしは45cm/Vsと小さな値を示した。原子間力顕微鏡によりこれらの試料表面粗さ(R
)を調べたところ、被覆有りが0.67nm、被覆なしが1.36nmであった。このことから、エピ膜表面荒れが原因で発生した界面準位によりカーボン被覆なし熱処理試料では有りに比べてチャンネル移動度が小さくなったと考えられる。次に、線照射後を比較すると、両者とも1MGyまでは変化は見られないが、それ以上の照射により、カーボン被覆なしはチャンネル移動度が低下するのに対し、被覆有りで熱処理を行ったものは、わずかではあるがチャンネル移動度が上昇することが見いだされ、3MGy照射後には65cm/Vsとなることが明らかとなった。
Frank, T.*; Pensl, G.*; Tana-Zaera, R.*; Z
iga-P
rez, J.*; Mart
nez-Tom
s, C.*; Muoz-Sanjos, V.*; 大島 武; 伊藤 久義; Hofmann, D.*; Pfisterer, D.*; et al.
Applied Physics A, 88(1), p.141 - 145, 2007/07
被引用回数：48 パーセンタイル：82.94(Materials Science, Multidisciplinary)酸化亜鉛(ZnO)中の欠陥準位を明らかにするため、気相成長したZnOの深部準位計測(Deep Level Transient Spectroscopy: DLTS)を行った。その結果、E4とラベル付けされた深い欠陥準位が観測された。さらに、試料に対し170keV又は2MeV電子線を照射し、発生する欠陥準位を調べたところ、E2, E3, E4, E5と呼ばれる欠陥準位が観測された。170keVと2MeV照射の結果を比べたところ、酸素及び亜鉛がはじき出されるエネルギーである2MeVの電子線照射では微量にしか観察されないE3中心は、酸素のみがはじき出される170keV電子線照射では大きなシグナルとして観察され、E3センターが酸素起因の欠陥であることを見いだした。
Lee, K. K.*; Laube, M.*; 大島 武; 伊藤 久義; Pensl, G.*
Materials Science Forum, 556-557, p.791 - 794, 2007/00
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)のチャンネル移動度と界面準位の関係をホール効果及びアドミッタンス測定を用いて調べた。水素燃焼酸化によりゲート酸化膜を作製した(Pyro)nチャンネル6H-SiC MOSFETと乾燥酸素での酸化に加え800Cでの水蒸気処理によりゲート酸化膜を作製した(Annealed)MOSFETを作製した。MOSFETの電流-電圧(I-V)測定より求めた有効チャンネル移動度は、それぞれ30及び75cm/Vsであった。一方、ホール効果によりチャンネルに流れるキャリアの移動度を調べたところ両者とも85cm/Vsであり、Annealed MOSFETでは良い一致を示したがPyro MOSFETは値が異なった。さらに、アドミッタンス測定を行った結果、Annealed MOSFETに比べPyro MOSFETは、伝導帯付近の界面準位濃度が二倍以上高いことが見いだされた。以上から、Pyro MOSFETは界面準位によりキャリアが捕獲されるために、実際にチャンネルに流れるキャリア濃度がI-V特性から有効チャンネル移動度を導出する際に用いる理想的なキャリア濃度より低くなっており、その結果、I-V特性から導出されるチャンネル移動度が低く見積もられたと結論できる。
Pensl, G.*; Schmid, F.*; Reshanov, S.*; Weber, H. B.*; Bockstedte, M.*; Mattausch, A.*; Pankratov, O.*; 大島 武; 伊藤 久義
Materials Science Forum, 556-557, p.307 - 312, 2007/00
炭化ケイ素(SiC)半導体中の窒素(N)ドナーの電気的活性化を阻害する欠陥を同定するために、N注入及び、電子線照射したp型六方晶(4H)SiCのホール効果及びDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)測定を行った。電子線は炭素(C)のみがはじき出される200keVのエネルギーでの照射を行った。N注入試料の熱処理温度とキャリア濃度の関係を調べたところ、1450C以上の熱処理によりNドナーの電気的活性化率が低下し始めることが見いだされた。DLTS測定の結果、同熱処理温度でZ/Z中心と呼ばれる欠陥が消失すること、さらに電子線照射試料では新たにP中心と呼ばれる欠陥が発生し始めることが判明した。さらに、分子動力学を考慮した理論解析の結果、C空孔が存在するSiCでは複数のC空孔とSi空孔の複合欠陥(V
)
-V
(x=14)が安定であること、この状態でNが結晶中に存在する場合にはC格子位置を置換したN(N)が4つとVの複合欠陥である(N)
-Vが最も安定であることが導出された。以上より、(V)-VがP中心の起源であること、Nの電気的活性化率の低下は(N)-Vによることを提案した。
Schmid, F.*; Reshanov, S. A.*; Weber, H. B.*; Pensl, G.*; Bockstedte, M.*; Mattausch, A.*; Pankratov, O.*; 大島 武; 伊藤 久義
Physical Review B, 74(24), p.245212_1 - 245212_11, 2006/12
被引用回数：11 パーセンタイル：47.25(Materials Science, Multidisciplinary)六方晶炭化ケイ素中に含まれる窒素ドナーの電気的活性化率と欠陥の関係を調べた。p型エピタキシャルSiCに500Cで窒素(N)イオン注入及び1700Cまでの熱処理を行いn型領域を形成した。併せて、N注入後にシリコン(Si)、炭素(C)及びネオン(Ne)注入した試料も作製した。また、200keV電子線を室温照射した試料も作製した。Si, C, Ne注入量とNドナー濃度,補償中心濃度の関係を調べたところ、N注入、Ne/N注入、C/N注入試料では濃度の増加とともにNドナー濃度は減少し補償中心が増加するのに対し、Si/N注入試料のみNドナー濃度と補償中心濃度の両方が低下することが見いだした。また、熱処理を行ったところ、Si/N及び電子線照射試料のみ1450Cの熱処理温度以上では、Nドナー濃度と補償中心濃度の両方が低下することが判明した。理論解析を試みたところ高温では4個のC置換位置NとSi空孔の複空孔((N
)-V
)が安定な欠陥であると帰結された。Si/N注入では過剰なNがVを減少させること,低エネルギー電子線照射ではCのみはじき出されることを考えると補償中心はV関連欠陥であり、高温では(N)-Vの形成によりNドナーの活性化率が減少することが帰結された。
-irradiated p-channel SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors containing step bunchingLee, K. K.*; 大島 武; 大井 暁彦*; 伊藤 久義; Pensl, G.*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 45(9A), p.6830 - 6836, 2006/09
被引用回数：16 パーセンタイル：51.3(Physics, Applied)六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)上に作製した金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のチャンネル移動度(
)にステップバンチングが及ぼす影響を調べた。チャンネル方向がステップバンチングに平行又は垂直になるように設計した6H-SiC MOSFETのを比較したところ、ステップバンチングに垂直なチャンネル方向を有するMOSFET(垂直MOSFET)のは平行なもの(平行MOSFET)に比べ低いことが判明した。さらに、これらのMOSFETに線を照射したところ、平行MOSFETのは単調に減少するのに対し、垂直MOSFETのは4Mradまでの照射では増加を示し、それ以上の照射量では減少することが見いだされた。また、表面平坦性4nm以下の基板に作製したMOSFETのは、線照射により単調に減少することが確認された。これらの結果から、垂直MOSFETでは、結晶表面の乱れから電流はチャンネルの最表層ではなく深い部分を流れるため、を減少させる原因となる界面準位の影響を受けづらいこと、さらに、低線量の線照射ではスクリーニング効果により見かけ上が増加することが示唆される。
Pensl, G.*; Ciobanu, F.*; Frank, T.*; Kirmse, D.*; Krieger, M.*; Reshanov, S.*; Schmid, F.*; Weidner, M.*; 大島 武; 伊藤 久義; et al.
Microelectronic Engineering, 83(1), p.146 - 149, 2006/01
被引用回数：15 パーセンタイル：59.32(Engineering, Electrical & Electronic)SiC中の欠陥を制御することで素子特性の改善に役立てることを目的に、炭化ケイ素(SiC)中及びSiC/酸化膜界面の欠陥の電気的性質を調べた。SiCへの欠陥導入には200keV及び2MeV電子線照射,窒素及び炭素イオン注入を行った。深部欠陥準位測定(DLTS)及び低温でのフォトルミネッセンス(LTPL)により欠陥を調べた結果、炭素原子のみをはじき出す200keV電子線照射では、全原子をはじき出す2MeV電子線照射とは異なる欠陥準位が観測された。また、SiC/酸化膜界面への窒素イオン注入により界面欠陥(界面準位)が観測限界以下の10
/cmeV
まで減少することを見いだした。
Laube, M.*; Pensl, G.*; Lee, K. K.; 大島 武
Materials Science Forum, 457-460, p.1381 - 1384, 2004/10
六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)上に作製した金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のチャンネル内の電気特性とゲート酸化膜作製方法の関係をHall測定により調べた。その結果、水蒸気酸化により作製したMOSFETに比べ、乾燥酸素及び酸化後アルゴン中アニール処理したMOSFETの方がトランジスタ特性から見積もったキャリア移動度が高いにもかかわらず、Hall測定より見積もったキャリアの移動度は両者ともに60cm/Vsと同程度であることが明らかとなった。さらに、しきい値電圧の温度依存性から界面準位の発生量を見積もったところ、水蒸気酸化したMOSFETの方が2倍多く発生していることが見いだされた。このことより、チャンネルに流れるキャリアの真の移動度は酸化膜作製方法によらず同じであるが、界面準位の発生によりキャリアがトラップされるためにトランジスタ特性により求めたキャリア移動度が小さく見積もられることが明らかとなった。
Weidner, M.*; Pensl, G.*; 長澤 弘幸*; Schner, A.*; 大島 武
Materials Science Forum, 457-460, p.485 - 488, 2004/10
SiC中の欠陥であるE1/E2及びZ1/Z2中心の電気特性を光照射下で調べた。欠陥中心はHeイオン注入(ボックス注入:410
または1.210
/cm
,注入深さ:1.6)または2MeV電子線照射(410
/cm)及び1700Cまでの熱処理により導入した。電気特性はDLTS法を用いて評価した。その結果、6H-SiC中の(E1/E2)及び4H-SiC中の(Z1/Z2)がネガティブU中心であると同定できた。一方、3C-SiCではネガティブU中心は観測されなかった。また、6H-SiC中の(E1/E2)は光により準安定状態にイオン化するエネルギーが0.5から0.7eVの間であること、4H-SiCの場合、Z1は0.5から0.7eVの間、Z2が0.7から0.9eVの間の値であることがわかった。
河裾 厚男; Weidener, M.*; Redmann, F.*; Frank, T.*; Sperr, P.*; Kgel, G.*; 吉川 正人; 伊藤 久義; Krause-Rehberg, R.*; Triftsh
user, W.*; et al.
Silicon Carbide, p.563 - 584, 2004/00
本報告では、耐放射線性半導体として有望視されている炭化ケイ素(SiC)中の原子空孔型欠陥を陽電子消滅法によって研究した結果について詳述する。立方晶SiCでは主として孤立したシリコン原子空孔が陽電子捕獲サイトとして作用することが見いだされた。六方晶SiC中ではシリコン空孔以外にも炭素空孔が検出される。炭素空孔は比較的低温の熱処理で移動消滅するが、シリコン空孔は1500C程度まで安定に存在することが見いだされた。六方晶SiC中のシリコン空孔のアニール温度は、立方晶SiC中のそれに比べて高いことがわかった。立方晶SiCを用いて、シリコン原子のはじき出しエネルギーが決定され、炭素原子のそれよりも大きな値となることが明らかになった。陽電子消滅で検出される原子空孔型欠陥と深準位過渡応答測定から知られる電子準位との相関を調べ、負電子相関を持つ電子準位がシリコン原子空孔を伴う、複合欠陥であることを突き止めた。
河裾 厚男; 吉川 正人; 前川 雅樹; 伊藤 久義; 千葉 利信*; Redmann, F.*; Rehberg, R. K.*; Weidner, M.*; Frank, T.*; Pensl, G.*
Materials Science Forum, 433-436, p.477 - 480, 2003/08
これまでの研究では、放射線照射によってSiC中に生成する原子空孔の熱アニールに対する挙動が、多形とともにどのように変化するかは、不明であった。そこで、電子線照射及びヘリウムイオン照射した4H,6H及び3C SiCの原子空孔型欠陥を陽電子消滅で捉え、アニール挙動を調べた。また、消滅線の二次元角相関を測定し、六方晶と立方晶SiC中の主要な原子空孔の幾何学的知見を得た。その結果、電子線照射,ヘリウムイオン照射のいずれであっても3C SiC中の原子空孔は、1000
以下のアニールで消失するが、4H,6H SiC中のそれは、1500まで残留することが明らかになった。即ち、3C SiC中の放射線照射損は、4H,6H SiCのそれに比べ、低温のアニールで除去できる。原子空孔の残留量は、3C
6H4Hの順に増加することがわかり、Hexagonalityが原子空孔を安定化させる要因となることが示唆された。また、3C-SiC中の原子空孔は、単純な四面体対称をもつのに対し、六方晶中のそれは、C軸配向性をもつことが明らかになり、上の推察を裏付けた。
河裾 厚男; Weidner, M.*; Redmann, F.*; Frank, T.*; Krause-Rehberg, R.*; Pensl, G.*; Sperr, P.*; Triftshuser, W.*; 伊藤 久義
Materials Science Forum, 389-393, p.489 - 492, 2002/05
2MeVの電子線照射を行った4H及び6H SiCエピ膜について、陽電子ビームによる陽電子消滅測定及びDLTS測定を行い、高温で残留する深準位を同定した。電子線照射直後には、多くの電子準位が存在することがわかった。これらの多くは、1000までのアニールで消失し、その後E
(6H-SiC)とZ(4H SiC)が残留することが見いだされた。これらは、負の電子相関を持つ特殊な電子準位である。また、最終的に1200~1500のアニールで消失することが明らかになった。一方、陽電子消滅測定の結果、シリコン空孔に起因する複合欠陥が検出され、これが、上述の電子準位と同一の温度域で消失することがわかった。以上より、E(6H-SiC)とZ(4H SiC)準位は、何れもシリコン空孔を伴う複合欠陥であると結論できる。
levels in electron-irradiated 4H-SiC studied by positron annihilation and deep-level transient spectroscopy河裾 厚男; Redmann, F.*; Krause-Rehberg, R.*; Weidner, M.*; Frank, T.*; Pensl, G.*; Sperr, P.*; Triftshuser, W.*; 伊藤 久義
Applied Physics Letters, 79(24), p.3950 - 3952, 2001/12
被引用回数：39 パーセンタイル：79.52(Physics, Applied)陽電子消滅及びDLTS法を用いて、電子線照射した4H SiCエピ膜中の原子空孔とZ準位のアニール挙動を研究した。等時アニールの結果、シリコン空孔が有力な陽電子捕獲中心として作用することがわかった。電子線照射後には、幾つかの電子準位が検出されたが、1200のアニール後には、Z準位が残留することが明らかになった。陽電子消滅で検出された原子空孔とDLTSで検出されたZ準位は、何れも1200~1500のアニールで消失することが明らかになった。この同時性から、Z準位は、シリコン原子空孔に由来すると結論できる。
