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論文

Comparison of the electrical channel properties between dry- and wet-oxidized 6H-SiC MOSFETs investigated by Hall effect

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$$^{2}$$/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。

論文

Change in the electrical characteristics of p-channel 6H-SiC MOSFETs by $$gamma$$-ray irradiation

大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.191 - 194, 2004/10

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いたpチャンネル金属-酸化膜-絶縁体電界効果トランジスタ(MOSFET)を高線量まで計測可能な線量計へ応用するために、$$gamma$$線照射による電気特性の変化を調べた。pチャンネルMOSFETはn型六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板上にフォトリソ技術を用いて作製した。ソース及びドレイン領域は800$$^{circ}$$Cでのアルミイオン注入及び1800$$^{circ}$$C,10分間の熱処理により形成した。ゲート酸化膜は1100$$^{circ}$$Cでの水素燃焼酸化により作製した。$$gamma$$線照射は0.1MR/hで、室温,印加電圧無し状態で行った。電流-電圧測定を行った結果、しきい値電圧は$$gamma$$線照射により単調に負電圧側にシフトすることが明らかとなった。さらに、subthreshold領域のドレイン電流-ゲート電圧特性を解析することで$$gamma$$線照射により発生した酸化膜中固定電荷及び界面準位を見積もったところ、固定電荷と界面準位は照射量とともに増加すること、及び固定電荷は1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$、界面準位は8$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$で飽和傾向を示すことを見いだした。また、チャンネル移動度は、$$gamma$$線照射量の増加とともに減少する結果が得られた。これは、界面準位の発生によりチャンネルに流れるキャリアが散乱されることに起因すると考えられる。

論文

Relationship between the current direction in the inversion layer and the electrical characteristics of metal-oxide-semiconductor field effect transistors on 3C-SiC

大島 武; Lee, K. K.; 石田 夕起*; 児島 一聡*; 田中 保宣*; 高橋 徹夫*; 吉川 正人; 奥村 元*; 荒井 和雄*; 神谷 富裕

Materials Science Forum, 457-460(Part2), p.1405 - 1408, 2004/06

(001)立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)ホモエピタキシャル膜上に作製した金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の電気特性とチャンネル方向([-110]方向に垂直,水平)の関係を調べた。その結果、両方のMOSFETともにしきい値電圧は-0.5V、チャンネル移動度は215から230cm$$^{2}$$/Vsと同様であることが見いだされた。このチャンネル移動度の値はこれまでに六方晶SiCでは達成されていない優れた値である。サブシュレショールド領域でのドレイン電流の値を調べたところ、[-110]に垂直のMOSFETは10$$^{-8}$$Aオーダーであるのに対し、[-110]に平行なMOSFETは10$$^{-6}$$Aオーダーと二桁も高いことが明らかとなった。これは、3C-SiC基板を[-110]方向にアンジュレーションをつけたSi基板にエピタキシャル成長するが、成長後にもその際の欠陥が残留し、伝導に影響するため[-110]に沿うように電流が流れる場合はリークが大きくなるためと考えられる。

論文

The Electrical characteristics of metal-oxide-semiconductor field effect transistors fabricated on cubic silicon carbide

大島 武; Lee, K. K.; 石田 夕起*; 児島 一聡*; 田中 保宣*; 高橋 徹夫*; 吉川 正人; 奥村 元*; 荒井 和雄*; 神谷 富裕

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 42(6B), p.L625 - L627, 2003/06

https://doi.org/10.1143/JJAP.42.L625
 被引用回数：39 パーセンタイル：77.43(Physics, Applied)

炭化ケイ素(SiC)半導体は、大電力・高周波素子への応用が期待されているが、結晶成長や素子作製技術が確立しておらず、実用化への課題となっている。特に、金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)のチャンネル移動度の向上は実用化に不可欠となっている。これまで、結晶作製技術の問題より六方晶SiCが主な研究対象であったが、近年、立方晶SiC(3C-SiC)の厚膜化が可能となり、その厚膜を基板とすることでホモエピタキシャル成長を行うことが可能となった。本研究では、化学気相法により1650$$^{circ}$$Cでホモエピタキシャル成長させた立方晶SiC上にMOSFETを作製した。MOSFETのソース,ドレイン領域は800$$^{circ}$$Cでのイオン注入及び1650$$^{circ}$$Cで3分間のAr熱処理することで作製し、ゲート酸化膜は1100$$^{circ}$$Cでの水素燃焼酸化により形成した。電気特性よりチャンネル移動度を見積もったところ260 cm$$^{2}$$/Vsという非常に優れた値が得られた。また、酸化膜耐電圧を計測したところ絶縁破壊開始電界が8.5MV/cmというほぼ理想値を得た。

論文

Radiation response of p-channel 6H-SiC MOSFETs fabricated using pyrogenic conditions

Lee, K. K.; 大島 武; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 389-393, p.1097 - 1100, 2002/05

ゲート酸化膜を水素燃焼酸化で作製したnチャンネル及びpチャンネルエンハンスメント型6H-SiC 金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ(MOSFET)特性の$$gamma$$線照射による変化を調べた。$$gamma$$線照射は室温にて8.8kGy(SiO$$_{2}$$)/hで行った。ドレイン電流(I$$_{D}$$)-ドレイン電圧(V$$_{D}$$)特性の直線領域よりチャンネル移動度を、ドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)特性よりしきい値電圧を求めた。チャンネル移動度は、nチャンネルMOSFETでは1MGy(SiO$$_{2}$$)照射後も未照射と同等の値が得られ優れた耐放射線性が確認された。pチャンネルでは40kGy程度の照射によりチャンネル移動度が一時増加し、その後減少するという振る舞いを示した。これは、照射により発生した界面準位の電荷が未照射時に存在する界面準位の電荷を見かけ上補償したためと考えられる。しきい値電圧に関しては、nチャンネルでは照射による変動が0.5V程度と安定した値であったが、pチャンネルでは照射量の増加とともに負電圧方向へシフトし、1MGy照射により5V以上の変化を示した。

論文

Gamma-ray irradiation effects on the electrical characteristics of 6H-SiC MOSFETs with annealed gate-oxide

大島 武; Lee, K. K.; 大井 暁彦; 吉川 正人; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 389-393, p.1093 - 1096, 2002/05

ゲート酸化膜を水素処理(700$$^{circ}C$$)または水蒸気処理(800$$^{circ}C$$)することで初期特性を向上させた六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)に$$gamma$$線を照射を行い、電気特性(しきい値電圧(V$$_{T}$$),チャンネル移動度($$mu$$))の変化を調べた。$$gamma$$線照射は線量率8.8kGy(SiO$$_{2}$$)/h,室温,印加電圧無しの条件で行った。水素処理MOSFETでは、未照射で0.9VであったV$$_{T}$$が530kGy照射後には3.1Vまで増加した。また、$$mu$$は60kGy照射により減少し始めた。一方、水蒸気処理MOSFETでは、未照射で2.7VであったV$$_{T}$$は530kGy照射後も3.3Vであり、変化量は0.6V程度と小さかった。$$mu$$に関しては、180kGyの照射により減少し始め、水素処理MOSFETに比べ優れた耐放射線性を有することが見出された。さらに、subthreshold特性の照射による変化から界面準位・固定電荷の発生を調べたところ、水素処理MOSFETの特性劣化は界面準位の増加に伴い$$mu$$が減少することで解釈できるが、水蒸気処理MOSFETでは多量の界面準位が発生する照射量においても$$mu$$の減少が見られなかった。これより水蒸気処理MOSFETの酸化膜及び界面は水素処理MOSFETと異なることが示唆される。

論文

Effect of $$gamma$$-ray irradiation on the characteristics of 6H silicon carbide metal-oxide-seminocductor field effect transistor with hydrogen-annealed gate oxide

大島 武; 伊藤 久義; 吉川 正人

Journal of Applied Physics, 90(6), p.3038 - 3041, 2001/09

https://doi.org/10.1063/1.1394895
 被引用回数：43 パーセンタイル：81.6(Physics, Applied)

ゲート酸化膜を700$$^{circ}C$$で水素処理して電気特性を向上させたエンハンスメント型nチャンネル6H-SiC MOSFETへ$$gamma$$線照射を行い、界面準位の発生量とチャンネル移動度の関係を調べた。その結果、$$gamma$$線照射量の増加とともに界面準位発生量が増加するが、発生量はシリコン(Si)MOSFETに比べ100分の1程度であった。チャンネル移動度は30kGy照射までほとんど変化せず、その後減少して、500kGy照射後には初期値(52cm2/Vs)の50%となった。Siでは10kGy照射でチャンネル移動度が初期値の50%となることから、チャンネル移動度の変化からもSiC MOSFETの優れた耐放射線性が確認された。また、SiCとSiのいずれのMOSFETでも界面準位発生量の増加とともにチャンネル移動度が減少する傾向が得られた。これは、SiC MOSFETにおいてもSiと同様にMOS界面で発生する欠陥によりキャリアが散乱されチャンネル移動度が低下することを示唆している。

論文

Influence of post-oxidation annealing on electrical characteristics in 6H-SiC MOSFETs

大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 児島 一聡; 岡田 漱平; 梨山 勇

Materials Science Forum, 338-342, p.1299 - 1302, 2000/00

6H-SiC半導体を用いた金属-酸化膜-半導体(MOS)トランジスタでは、チャンネル移動度の向上が実用化への課題となっている。そこでゲート酸化膜作製後に水蒸気中で酸化膜を熱処理することで、チャンネル移動度へ与える効果を調べた。その結果、800$$^{circ}$$C~850$$^{circ}$$Cでの水蒸気中熱処理により、チャンネル移動度が45cm$$^{2}$$/V・Sに上昇することが明らかになった(処理なしの場合35~40cm$$^{2}$$/V・S)。

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