Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
-SiC interface proved by a slow positron beam前川 雅樹; 河裾 厚男; 吉川 正人; 宮下 敦巳; 鈴木 良一*; 大平 俊行*
Physica B; Condensed Matter, 376-377, p.354 - 357, 2006/04
被引用回数：2 パーセンタイル：12.56(Physics, Condensed Matter)ドライ酸化SiO/4H-SiC界面には多くの欠陥が含まれていると言われているが、陽電子消滅法を用いて欠陥の構造評価を行った。ドップラー幅測定からは、SiO/4H-SiC界面にはSiOやSiCとは明白に区別される欠陥を多く含んだ界面層が存在することが明らかとなった。界面層での陽電子消滅寿命測定からは、構造がアモルファスSiOに類似した比較的空隙を持つ構造であることがわかった。界面層での電子運動量分布測定と第一原理計算による陽電子消滅特性のシミュレーションとの比較より、陽電子は空隙に存在する酸素価電子と対消滅していることが示唆された。酸化後の加熱焼鈍による酸素価電子との消滅確率の減少は、界面準位密度の減少と同じ温度領域で起こることから、界面準位の起源となる欠陥構造は陽電子を捕獲する欠陥構造と強く関連していることが示唆された。
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：59.26(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
/cm
eV
まで減少することを見いだした。
/4H-SiC interface probed by positron annihilation spectroscopy前川 雅樹; 河裾 厚男; 吉川 正人; 宮下 敦巳; 鈴木 良一*; 大平 俊行*
Physical Review B, 73(1), p.014111_1 - 014111_9, 2006/01
被引用回数：20 パーセンタイル：64.39(Materials Science, Multidisciplinary)ドライ酸化法によって形成されるSiO/4H-SiC界面構造を低速陽電子ビームを用いて評価した。ドップラー幅測定より、SiO/4H-SiC界面にはSiOやSiCとは明白に区別される界面層が存在することが明らかとなった。界面層での陽電子消滅寿命測定からは451ps単一の寿命成分が得られた。これは界面構造がアモルファスSiOに類似した比較的空隙を持つ構造であることを示している。界面層での電子運動量分布測定からは、陽電子は空隙に存在する酸素価電子と対消滅していることが示唆された。第一原理計算による陽電子消滅特性のシミュレーションを行ったところ、SiO中に導入した酸素価電子を持つ欠陥構造での陽電子消滅特性は実験結果をよく反映するものであった。酸化後の加熱焼鈍によって観測される酸素価電子との消滅確率の減少挙動は、電気測定から求められる界面準位密度のそれと非常に類似したものとなった。これは、界面準位が陽電子を捕獲する欠陥構造と強く関連していることを示している。
-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、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
Cでのアルミイオン注入及び1800C,10分間の熱処理により形成した。ゲート酸化膜は1100Cでの水素燃焼酸化により作製した。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
10
/cm、界面準位は810/cm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、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。
/SiC interface using positron annihilation technique前川 雅樹; 河裾 厚男; 吉川 正人; 一宮 彪彦
Materials Science Forum, 457-460(Part2), p.1301 - 1304, 2004/06
熱酸化法によって作製された4H-SiC MOS構造のSiO/SiC層を陽電子消滅法を用いて評価した。消滅線のドップラー広がり(Sパラメータ)を入射陽電子エネルギーとゲートバイアスの関数として測定すると、負のゲートバイアスを印加した場合Sパラメータの顕著な増加が観察された。これはSiC領域に注入された陽電子がMOS内部に発生した電界によって界面方向に移動し界面準位の影響を受けSパラメータが上昇したものと考えられる。MOSへ紫外線を照射しながらSパラメータを測定すると、界面付近に発生した電荷が準位を充電し、欠陥への捕獲効率が変化しSパラメータが減少した。ここから準位の放電を比較的ゆっくりと行うとSパラメータの回復が見られる。界面準位密度の高いドライ酸化法を用いて作製した試料では、このような準位の充放電は紫外線を照射せずともSパラメータの変化として捉えることができた。Sパラメータ変化に影響を与える界面準位はMOS内部の電場の変化に遅れて充放電することから、これらは深いエネルギー準位にまで存在することが示唆された。
前川 雅樹; 河裾 厚男; 吉川 正人; 一宮 彪彦
Materials Science Forum, 445-446, p.144 - 146, 2004/05
SiO
/SiC界面に存在している界面準位の評価は、高性能なSiCデバイス製作のための重要な問題である。われわれは陽電子消滅法によって熱酸化法によって作製された4H-SiC MOS構造のSiO/SiC層を評価した。これまでわれわれは、ゲート電圧に対する消滅線のドップラー拡がり(Sパラメータ)の変化を測定してきたが、Sパラメータの変化はMOSの各層で消滅した成分を含んでおり、単純に界面準位の量を反映するものではないと思われる。そこでMOSに紫外線を照射し、界面のみに変化を誘起させることで界面準位の陽電子への影響を選択的に捕らえることを試みた。紫外線照射によりSパラメータが減少した。これは紫外線照射により生成したホールがSiO/SiC界面に蓄積し陽電子の移動が妨げられ、欠陥への捕獲効率が変化したためと考えられる。紫外線消光後もSパラメータは減少したままであったが、バイアス回路の開放による急速な電荷の移動を促したところSパラメータは回復した。これにより、SiO/SiC界面には蓄積したホールを一時的に保持できる多量の準位が存在することが示唆された。
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、9503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。
吉川 正人; 佐藤 美玲; 大島 武; 伊藤 久義
Materials Science Forum, 389-393, p.1009 - 1012, 2002/05
4H-SiCエピ膜上に水素燃焼酸化法により酸化膜を成長させた。酸化の最終段階において950まで温度を低下させ30分間、引き続いて800まで温度をさらに低下させ3時間、それぞれ水蒸気雰囲気で酸化膜をアニーリングする連続アニーリングを行った。その後電極を蒸着してMOS構造を形成し、そのCV特性を測定して酸化膜/4H-SiC界面欠陥の電気特性を評価した。その結果、これまでの単一温度の水蒸気アニーリングとは異なり、連続アニーリングによって価電子帯近傍の界面欠陥量が、大幅に低下することを見出した。一方、伝導体近傍の界面欠陥については、95030分或いは8003時間等の単一温度の水蒸気アニーリングを行った時と同程度の欠陥低減効果が得られた。連続アニーリング法は、4H-SiC MOS構造用酸化膜の作製手法として有効であると結論できる。
-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
被引用回数：43 パーセンタイル：81.56(Physics, Applied)ゲート酸化膜を700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、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。
吉川 正人; 児島 一聡; 大島 武; 伊藤 久義; 岡田 漱平; 石田 夕起*
Materials Science Forum, 338-342, p.1129 - 1132, 2000/00
3C-SiC半導体を用いた金属-酸化膜-半導体(MOS)トランジスタを実用化するためには、その酸化膜と半導体の界面の電荷トラップ準位の低減が重要な課題となっている。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、界面の電荷トラップが低減されるかどうかを調べた。その結果、3C-SiC MOS構造の界面に対しては、大きな変化が認められなかった。このことは6H-SiC MOS構造の水蒸気アニーリングの結果とは大きく異なった。このことから、界面構造の違いがMOS特性に大きな影響を与えていることがわかった。
吉川 正人; 高橋 邦方*; 大島 武; 北畠 真*; 伊藤 久義
Proceedings of 1st International Workshop on Ultra-Low-Loss Power Device Technology (UPD2000), p.199 - 200, 2000/00
近年、4H-SiC及び6H-SiC基板の面方位とこれら基板表面に形成されたMOS構造トランジスタの反転層内に誘導される電子のチャンネルモビリティの関連性が注目されている。そこで4H-SiC基板の面方位として(11-20)面と(1-100)面を選び、その表面にMOS構造キャパシタを形成して、界面準位と固定電荷の量を調べ、従来から用いられている面方位(0001)面のそれらと比較した。その結果、深部の界面準位は、(0001)面に比べ(11-20)及び(1-100)面の方がはるかに多く発生した。しかしながら、水蒸気中で850C、3時間の水蒸気中アニールを行ったところ、界面準位が1/2以下に減少した。(11-20)面は、水蒸気中アニールを行う温度を最適化すれば、界面準位の低減が可能であることがわかった。
-ray irradiation effects on 6H-SiC MOSFET大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 青木 康; 梨山 勇
Mater. Sci. Eng. B, 61-62, p.480 - 484, 1999/00
被引用回数：23 パーセンタイル：72.93(Materials Science, Multidisciplinary)シリコンカーバイド(SiC)デバイスの線照射効果を調べるために6H-SiCを用いて金属-酸化膜-半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)を作製した。作製したMOSFETへ線照射を行い、ゲート酸化膜中に発生する固定電荷と界面準位の量を、サブスレッショールド領域の電流-電圧特性の変化から見積もった。特に今回は、水素燃焼酸化とドライ酸化の2つの方法によりゲート酸化膜を作製することで、酸化膜の作製方法と固定電荷、界面準位の発生量の関係を調べた。その結果、固定電荷については酸化膜作製方法の違いによる差はみられなかったが、界面準位に関しては、水素燃焼酸化により作製したMOSFETの方が、ドライ酸化により作製したものより発生量が少なく耐放射線性に優れていることがわかった。
-ray irradiation大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 青木 康; 梨山 勇
Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 37(8B), p.L1002 - L1004, 1998/08
被引用回数：15 パーセンタイル：57.71(Physics, Applied)高温(1200C)でチッ素注入することで作製した、6H-SiCのnチャンネルエンハンスト型金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)へ、線を照射し、ゲート酸化膜中に発生する界面準位と固定電荷を見積った。線は室温で1MR/hで行い、ザブスレッシュホールド領域でのドレイン電流のゲート電圧依存性の変化より、界面準位及び固定電荷を見積った。その結果、70kGy照射後に発生した、界面準位は510
/cm、固定電荷は310
/cmであった。この値はSiでのMOSFETで報告されている値にくらべ、界面準位では数十分の一、固定電荷では3分の一程度であり、SiC MOSFETが優れた耐放射線性を示すことが明らかになった。
線照射効果とそのメカニズム吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳宏*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
電子情報通信学会論文誌,C-II, 81(1), p.140 - 150, 1998/01
宇宙環境で使用される半導体素子には、高温での素子動作ばかりでなく強い耐放射線性が要求される。今回我々は、広いバンドギャップを持つ6H-SiCを用いて作製したMOS構造素子の線照射効果を調べた。また酸化膜中の電荷分布の照射による変化も併せて調べ、線照射効果のメカニズムを追求した。その結果、酸化膜中に存在する正及び負の電荷が、線照射により増大するが、その量は酸化膜を作製する6H-SiCの面方位に強く依存することが分かった。線照射した6H-SiC MOS構造のC-V特性の横方向シフトは、酸化膜中の正と負の電荷の発生量と発生位置に依存するため、Si MOS構造のような照射による一定の規則性は存在しないことがわかった。
-ray irradiation on the electrical characteristics of SiC metal-oxide-semiconductor structures吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳浩*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Electronics and Communication in Japan., Part2, 81(10), p.37 - 47, 1998/00
宇宙環境や原子炉近傍で使用される半導体素子には、高温雰囲気での安定な動作ばかりでなく、強い耐放射線性が要求される。今回SiC半導体材料の中でも最も一般的な6H-SiCを用いて半導体素子の基礎構造であるMOS構造を作製し、その電気特性の吸収線量依存性を調べるとともに、その吸収線量依存性のメカニズムを酸化膜中固定電荷の深さ方向分布を用いて追求した。その結果シリコン面上のMOS構造のC-V特性の線照射による変化は、Si MOS構造のそれと類似しているが、カーボン面上のその変化は、大きく異なることがわかった。酸化膜中固定電荷の深さ方向分布を用いてこの結果を調べたところ、C-V特性の横方向シフトが酸化膜中に存在する正及び負の電荷の量と位置の変化により生じていることが分かった。
-ray irradiation on 6H-SiC MOSFETs大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 梨山 勇; 岡田 漱平
Proceedings of 3rd International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application, p.22 - 27, 1998/00
6H-SiC基板上へエンハンスメント型のn-チャンネルMOSFETを作製し、そのMOSFETの線照射効果を調べた。MOSFETは、そのゲート酸化膜をドライ酸素による酸化と水素燃焼酸化により作製し、効果の違いを調べた。その結果、酸化膜中の固定電荷、界面準位ともに、以前報告されているSiのMOSFETに比べ発生量が少ないことが分かった。酸化方法の違いによる効果は、固定電荷については、いずれの酸化方法でもほとんど違いは見られなかったが、界面準位に関しては、水素燃焼酸化を用いた方が、ドライ酸化よりも発生量が少なく、耐放射線性に優れていることが明らかになった。
吉川 正人; 斉藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 奥村 元*; 高橋 芳博*; 大西 一功*
Journal of Applied Physics, 80(1), p.282 - 287, 1996/07
被引用回数：22 パーセンタイル：70.66(Physics, Applied)希釈したフッ酸中でのエッチング時間を変えることにより、斜めにエッチングした酸化膜を、6H-SiC基板上に作製し、それを用いて6H-SiC MOS構造を形成した。酸化膜の関数として、ミッドギャップ条件に対応するゲート電圧の変化を調べるために、高周波C-V特性の測定を行った。その結果、負電荷が6H-SiC/SiO界面近傍に蓄積し、正電荷が界面から40nmの領域に発生することがわかった。6H-SiCのカーボン面及びシリコン面上の固定電荷の深さ方向分布を調べたが、特別な違いは認められなかった。これらトラップ電荷の原因が、酸化膜中のカーボン関連の化合物の存在と合せて議論された。
吉川 正人; 斎藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*
14th Symp. on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology, Hosei Univ., 0, p.159 - 165, 1996/00
照射した酸化膜を斜めにエッチングした傾斜酸化膜を用いて、膜圧の異なる6H-SiC MOS構造を作製し、そのC-V特性を用いて照射によって蓄積した固定電荷の深さ方向分布を求め(傾斜エッチング)、極めて長い緩和時間を持つ界面準位が6H-SiC/SiO界面近傍に存在する可能性を調べた。その結果、6H-SiC/SiO界面から離れた酸化膜内部には正の、6H-SiC/SiO界面近傍には負の固定電荷が蓄積していることがわかった。また界面近傍の負の固定電荷の一部は電荷のやりとりをしない極めて長い緩和時間を持つ界面準位である可能性のあることがわかった。
大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 高橋 徹夫*; 奥村 元*; 吉田 貞史*; 梨山 勇
Silicon Carbide and Related Materials 1995 (Institute of Physics Conf. Series,No. 142), 0, p.801 - 804, 1996/00
シリコン基板上にCVDにより成長させた3C-SiC(立方晶シリコンカーバイド)を用いてディプレッション型のMOSFET(金属-酸化膜-半導体 電解効果トランジスタ)を作製した。作製したMOSFETを用いてガンマ線によって生成される界面準位に関する研究を行った。照射量の増加により界面準位が増加し、840kGyで~210cm
発生すること及び、100kGyまでは照射量に対し2/3で増加するが、それ以上では1/3になることが分かった。また840kGy照射後も試料はトランジスタ動作を示し、SiCの優れた耐放射線性が確認された。また界面準位について詳しい考察を行うために、照射された試料の等時アニールを行った。その結果、界面準位は3つの異なる成分より成り立っていること及びその活性化エネルギーは0.35eV、0.1eVであることが分かった。0.35eVについては酸化膜中の水の拡散エネルギーと同程度であり、界面準位が酸化膜中の水により発生している可能性が示唆された。
今木 俊作*; 岡田 耕平*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*
平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.135 - 136, 1993/00
放射線照射や電荷注入による捕獲電荷がMIS構造の絶縁膜中において分布する場合、その膜中電荷分布を把握することが電荷捕獲機構や素子特性への影響などを解明する上で重要である。そこで同一素子内で絶縁膜厚をエッチングによって変化させ、各膜厚に対するMIS構造のミッドギャップ電圧より膜中の電荷分布評価を行う方法を考案し、MOS構造についてNH
アニール後および放射線照射前後での酸化膜中電荷分布を評価した。この結果NHアニールにより電極界面付近の電荷量が変化し、Si-SiO界面準位が増加することがわかった。また放射線照射前の酸化膜中ではSi-SiO界面付近に正電荷が局在し、電荷量は製作時の初期酸化膜厚には依存せず、酸化温度上昇に伴って減少すること、放射線照射後ではSi-SiO界面付近で正電荷が捕獲され、その捕獲量は酸化温度に依存することがわかった。
