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論文

Radiation response of silicon carbide metal-oxide-semiconductor transistors in high dose region

大島 武; 横関 貴史; 村田 航一; 松田 拓磨; 三友 啓; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1S), p.01AD01_1 - 01AD01_4, 2016/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.79(Physics, Applied)

In this study, we report the effects of $$gamma$$-ray irradiation and subsequent annealing on the electrical characteristics of vertical structure power 4H Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) with the blocking voltage of 1200 V. The MOSFETs were irradiated with $$gamma$$-rays up to 1.2 MGy in a N$$_{2}$$ atmosphere at room temperature (RT). During the irradiation, no bias was applied to each electrode of the MOSFETs. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h to investigate the stability of their degraded characteristics. Then, the irradiated MOSFETs were annealed up to 360 $$^{circ}$$C in the atmosphere. The current-voltage (I-V) characteristics of the MOSFETs were measured at RT. By 1.2 MGy irradiation, the shift of threshold voltage (V$$_{T}$$) for the MOSFETs was -3.39 V. After RT preservation for 240 h, MOSFETs showed no significant recovery in V$$_{T}$$. By annealing up to 360 $$^{circ}$$C, the MOSFETs showed remarkable recovery, and the values of V$$_{T}$$ become 91 % of the initial values. Those results indicate that the degraded characteristics of SiC MOSFETs can be recovered by thermal annealing at 360 $$^{circ}$$C.

口頭

$$gamma$$線照射したSiC MOSFETの熱アニールによる特性劣化の回復

横関 貴史; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*; 大島 武

no journal, , 

超耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体デバイス開発の一環として、縦型4H-SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)に1.2MGyの$$gamma$$線を照射し特性劣化を調べるとともに、360$$^{circ}$$Cまでの熱アニール(大気中、20分間)を行い劣化した特性が回復する様子を調べた。その結果、$$gamma$$線照射によりドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)特性は負電圧側へシフトし、1.2MGy照射後にはノーマリーオン特性となるとともに、I$$_{D}$$のリーク電流が7桁以上も増加した。照射後に熱アニールを行ったところ、100$$^{circ}$$C以上の熱アニールによりI$$_{D}$$-V$$_{G}$$特性は回復を示し、360$$^{circ}$$Cの熱アニールでほぼ照射前の特性まで回復することが見出された。このことより、SiC MOSFETの特性劣化に寄与する酸化膜中固定電荷や酸化膜・半導体準位といった欠陥の熱安定性は100$$^{circ}$$C程度であり、それ以上の温度で熱処理を行うことで劣化特性の回復を図ることができると帰結できた。

口頭

ゲートバイアス印加を伴うSiC MOSFETへの$$gamma$$線照射効果

村田 航一; 三友 啓; 松田 拓磨; 横関 貴史; 牧野 高紘; 阿部 浩之; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

原子力施設で使用可能な超耐放射線性エレクトロニクスの開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)トランジスタの動作状態に及ぼす$$gamma$$線照射効果を調べた。試料は、耐圧1.2kV、定格電流20Aのサンケン電気製の六方晶(4H)SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いた。ゲート電極にそれぞれ-4.5, 0, +4.5Vの電圧を印加し、$$gamma$$線を照射した。その結果、ゲートに正電圧を印加した試料は、負電圧を印加した場合や印加しない場合と比較して、デバイスの動作電圧である「しきい値電圧(V$$_{TH}$$)」が大きく負電圧側にシフトすることが判明した。また、負電圧印加と無電圧の場合を比較すると、100kGy程度の線量までは、両者ともV$$_{TH}$$の値に変化は見られないが、それ以上の線量では無電圧のものは負電圧方向にV$$_{TH}$$がシフトすることが明らかになった。以上の結果は、酸化膜界面付近に正孔を捕獲する欠陥が多く存在し、正電圧の印加の場合は正孔が界面側に流れ込み欠陥が正に帯電することでV$$_{TH}$$の大きなシフトとなるが、負電圧を印加した場合は、正孔は電極側に流れることで界面付近の欠陥に捕獲されないためV$$_{TH}$$のシフトが少ないというモデルで説明できる。

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