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論文

Reduction of electron concentration in Lightly N-Doped n-Type 4H-SiC epilayers by 200 keV electron irradiation

松浦 秀治*; 柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 明神 喜子*; 松山 雄炯*; 小野田 忍; 大島 武

Open Applied Physics Journal (Internet), 4, p.37 - 40, 2011/05

The mechanism of the reduction in the electron concentration in lightly Nitrogen (N) doped n-type 4H Silicon Carbide (SiC) epilayers by 200 keV electron irradiation is investigated. The densities and energy levels of donors and the compensating density are determined by applying a graphical peak analysis method to the temperature dependence of the electron concentration in the epilayer before and after irradiations. As a result, we found that the density of N donors at hexagonal C-sublattice sites was reduced much more than the density of N donors at cubic C-sublattice sites.

論文

Reduction in majority-carrier concentration in N-doped or Al-doped 4H-SiC epilayer by electron irradiation

松浦 秀治*; 柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.89 - 91, 2010/10

Change of temperature dependence of hole concentration (p(T)) in lightly Aluminium (Al)-doped 4H-SiC (Silicon Carbide) epilayers by 100 or 150 keV electron irradiation was investigated. Moreover, the decrease in the electron concentration (n(T)) in lightly Nitrogen(N)-doped n-type 4H-SiC epilayers by 200 keV electron irradiation was investigated. In the lightly Al-doped 4H-SiC, p(T) was unchanged by 100 keV electron irradiation at fluences up to 7$$times$$10$$^{16}$$ cm$$^{-2}$$. However, 150 keV electron irradiation, the reduction of p(T) was observed. This suggests that the 150 keV electron irradiation can displace substitutional carbon (C) atoms in SiC. In the lightly N-doped 4H-SiC, n(T) over the temperature range of the measurement was reduced by 200 keV electrons. This result is quite different from that in the lightly Al-doped 4H-SiC, because p(T) in Al-doped 4H-SiC was reduced only at low temperatures by 200 keV electrons.

論文

Mechanisms of unexpected reduction in hole concentration in Al-doped 4$$H$$-SiC by 200 keV electron irradiation

松浦 秀治*; 蓑原 伸正*; 大島 武

Journal of Applied Physics, 104(4), p.043702_1 - 043702_6, 2008/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:51.34(Physics, Applied)

電子線照射による炭化ケイ素(SiC)半導体中のキャリア濃度の減少効果を明らかにするため、アルミニウム(Al)添加$$p$$型六方晶(4$$H$$)SiCへ200keV電子線を照射した。ホール係数測定をすることで、正孔濃度の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともに正孔濃度が減少することが判明した。また、正孔濃度の温度依存性より、アクセプタ準位を求めたところ、Alのアクセプタ準位である200eVに加え、380keV程度の深いアクセプタ準位も存在することが見いだされた。照射量とアクセプタ濃度の関係を調べたところ、照射量の増加とともにAlアクセプタは減少し、深いアクセプタは増加することが判明した。200keV電子線がSiC中のC原子のみをはじき出すエネルギーであることを考えると、深いアクセプタ準位はAlとC空孔が関与した複合欠陥であると推測される。一方、キャリアの補償中心に注目すると、照射量の増加によって濃度変化はなく一定であることが判明した。このことから、200keV電子線による正孔濃度減少は、Alアクセプタ近傍のCがはじき出され、Alと複合した深いアクセプタ準位となることでAlアクセプタ濃度が減少するためと推測される。

論文

Mechanisms of reduction in hole concentration in Al-implanted p-type 6H-SiC by 1 MeV electron irradiation

松浦 秀治*; 井澤 圭亮*; 蓑原 伸正*; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 47(7), p.5355 - 5357, 2008/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.89(Physics, Applied)

1MeV電子線照射による$$p$$型六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)のホール濃度($$p$$)減少に関して調べた。$$p$$アクセプタ濃度($$N_{A}$$),アクセプタのイオン化エネルギー($$E_{A}$$)を評価し、アクセプタの起源について考察した。その結果、本研究で得られたアクセプタ($$E_{A}$$=220eV程度)はAl不純物によるものであると同定された。さらに、$$N_{A}$$は電子線の照射量に依存し、照射量とともに減少するが、$$E_{A}$$は照射量に依存せず、ほぼ一定であることが判明した。$$N_{A}$$と照射量の関係を解析することで、キャリア減少率を見積もったところ、6.4$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{2}$$と見積もられた。1MeV電子線照射による$$p$$の減少は、おもに$$N_{A}$$の減少に起因し、深い準位を有する欠陥(キャリア補償中心)の発生にはよらないことも併せて判明した。

論文

Mechanisms of decrease in hole concentration in Al-doped 4H-SiC by irradiation of 200 keV electrons

松浦 秀治*; 蓑原 伸正*; 稲川 祐介*; 高橋 美雪*; 大島 武; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 556-557, p.379 - 382, 2007/00

アルミ(Al)添加された炭化ケイ素(SiC)中の深いアクセプタ準位の起源を明らかにすることを目的に、Al添加六方晶(4H)SiCに炭素(C)元素のみがはじき出される200keVの電子線を照射し、ホール効果測定により正孔濃度の変化を調べた。その結果、室温での正孔濃度は電子線照射量の増加とともに減少するが、350$$^{circ}$$C以上の温度では電子線照射の有無によらず正孔濃度は一定となることが判明した。さらに、正孔濃度の温度依存性を解析したところAlアクセプタのエネルギー準位である200meVに加え370meVの深いアクセプタ準位が観測された。また、3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$の照射量までは電子線の照射量の増加とともにAlアクセプタ濃度は減少し、深いアクセプタ濃度が増加するが、それ以上の照射量では深いアクセプタ濃度も若干ではあるが減少することが見いだされた。以上の結果より、深いアクセプタ準位に関しては、C空孔(V$$_{rm C}$$)とAlが関与した複合欠陥であること,結晶損傷が大きくなると異なる構造を有する欠陥へ変化することが推測される。

論文

Relationship between defects induced by irradiation and reduction of hole concentration in Al-doped 4H-SiC

松浦 秀治*; 鏡原 聡*; 伊藤 祐司*; 大島 武; 伊藤 久義

Physica B; Condensed Matter, 376-377, p.342 - 345, 2006/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:64.8(Physics, Condensed Matter)

炭化ケイ素(SiC)半導体中の欠陥制御研究の一環として、p型4H-SiC中の欠陥とAlアクセプタ不純物の電気的活性化の関係を調べた。加速エネルギー200keV及び4.6MeVの電子線照射によりSiCへの欠陥導入を行った。200keVはSiC中のC原子のみがはじき出されるエネルギーであり、4.6MeVはSi, C, Al原子ともにはじき出される条件に相当する。Alアクセプタの電気的活性化に関してはHall係数の温度依存性を測定することで調べた。その結果、200keV電子線照射では、200meVの活性化エネルギーを持つAlアクセプタ濃度が減少し、それに対応して350meVの深い準位が増加することがわかった。一方、4.6MeV電子線照射では、正孔濃度が急激に減少して、Alアクセプタ濃度が一桁減少し、同時に350meVの深い準位も減少した。以上より、200keV電子線ではC空孔(V$$_{C}$$)が形成され、そのV$$_{C}$$とAlアクセプタが結合することでV$$_{C}$$-Al複合欠陥となり、200meVの浅いAlアクセプタが減少すると考えられる。また、350meVの深いアクセプタ準位がV$$_{C}$$-Al複合欠陥に起因し、200keV電子線照射では増加すると推察される。一方、4.6MeV電子線照射では、全ての構成元素がはじき出されるため、新たな欠陥生成により正孔濃度(200meV, 350meVの準位)が減少すると解釈できる。

論文

Mechanisms of reduction in hole concentration in Al-doped 4H-SiC by electron irradiation

松浦 秀治*; 鏡原 聡*; 伊藤 祐司*; 大島 武; 伊藤 久義

Microelectronic Engineering, 83(1), p.17 - 19, 2006/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.59(Engineering, Electrical & Electronic)

六方晶炭化ケイ素(4H-SiC)中のアルミニウム(Al)アクセプタ不純物の電気的な性質を明らかにするために、電子線照射した4H-SiCの正孔濃度を調べた。電子線照射はSiC中の炭素原子(C)のみをはじき出すことができる200keVと、シリコン(Si), C、及びAl全ての原子をはじき出す4.6MeVのエネルギーを用いて行った。その結果、200keV電子線照射では正孔濃度が減少し、それに対応するようにAlに関連する深い準位(活性化エネルギー:350meV)が増加した。このことより、200keV電子線照射によりAlアクセプタに隣接するC原子がはじき出されAl-V$$_{C}$$のような複合欠陥が形成されることでAlアクセプタ濃度が減少する機構と、350eV付近の深い準位はAl-V$$_{C}$$の複合欠陥に由来することが示唆された。一方、4.6MeV電子線照射では、正孔濃度は激減し、350meVの深い準位も若干の減少を示した。このことから、Si, C, Al原子を全てはじき出す高エネルギー電子線照射では、新たな欠陥が形成されて、正孔濃度が減少するとが考えられる。

口頭

電子線照射によるAl-doped 4H-SiC中の正孔密度減少のメカニズム解明

松浦 秀治*; 蓑原 伸正*; 稲川 祐介*; 鏡原 聡*; 伊藤 裕司*; 大島 武; 伊藤 久義

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体の耐放射線性に関する研究の一環として、電子線照射によるAlドープ六方晶(4H)SiC中の正孔濃度減少を調べた。n型4H-SiC基板上に作製した10$$mu$$m厚のAlドープp型4H-SiCへ0.2及び0.5MeV電子線を照射し、正孔濃度の変化をHall測定より評価した。その結果、0.2MeV電子線の場合、照射量の増加とともに、格子置換位置Alに由来する浅いアクセプタの濃度が減少するが、逆に欠陥由来の深いアクセプタ準位の濃度が増加することが見いだされた。また、浅いアクセプタ準位と深い準位の総量は一定であった。一方、0.5MeV電子線照射では、浅いアクセプタ準位,深い準位ともに照射量の増加とともに減少することが明らかとなった。0.2MeVではSiC中の炭素(C)原子のみがはじき出され、0.5MeVではシリコン,C原子ともにはじき出されることを考慮すると、これまで構造が明らかでなかった欠陥由来の深いアクセプタ準位は、C空孔とAlの複合欠陥に関連することが示唆される。

口頭

低エネルギー核反応測定用検出器GEM-MSTPCの開発

橋本 尚志; 溝井 浩*; Das, S.*; 福田 共和*; 石山 博恒*; 渡辺 裕*; 田中 雅彦*; 宮武 宇也

no journal, , 

TRIAC等の短寿命核加速実験施設では近年10$$^6$$Hzを越えるような高強度低エネルギー不安定核ビームの供給が可能となってきている。ここでは、従来はその断面積の小ささから測定が困難であった不安定核が関与する天体核反応の測定実験が計画されている。これらの実験では($$alpha$$,n), ($$alpha$$,p), (p,n), (p,$$alpha$$)などのガス標的が必要になる場合が少なからずあるが、低エネルギーの重イオン反応では反跳粒子がガス標的中から飛び出すことが困難なため、検出器ガスが標的を兼ねるアクティブターゲット法を用いた測定が望ましい。一方、ガス検出器は高強度の重イオンビームを入射するとガス増幅率が不安定になる、あるいは分解能が劣化する等の不具合をきたすようになる。このような状況に対応するため、Gas Electron Maltiplier (GEM)を用いた新たなTPC型の検出器の開発を行っている。われわれの用途では低エネルギー重イオンの検出、検出器ガスにHeベースの混合ガスを用いなければならない、1/10気圧程度で安定動作しなければならないなどの高エネルギー実験等で開発されているMinimum Ionization particlesを検出するためのGEMを用いたTPCとは異なるにない新たな開発要素が数多くある。本講演では現在の試験の状況と、その結果についてまとめる。

口頭

200keV電子線照射によるAl-doped 6H-SiCエピ膜中のアクセプタ密度の変化

柳澤 英樹*; 井澤 圭亮*; 松浦 秀治*; 大島 武

no journal, , 

200keV程度の低エネルギー電子線照射による炭化ケイ素(SiC)半導体の物性変化をキャリア濃度の観点から調べた。試料はp型のエピタキシャル膜付6H又は4H-SiCを用い、200keV電子線を5$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$まで室温にて照射した。キャリア濃度はHall係数測定により決定した。その結果、4H-SiC, 6H-SiCともに電子線照射量の増加とともにキャリア濃度は減少するが、6H-SiCの方が4H-SiCに比べてキャリア濃度の減少が大きいことが明らかとなった。200keVの電子線照射によって、炭素(C)原子のみがはじき出されることを考えると、今回得られた結果は、Al原子に隣接するC原子が変位する割合は6H-SiCの方が4H-SiCに比べ高いことが推測される。

口頭

電子線照射により生じるAl-doped 4H-SiCのC原子変位によるアクセプタ密度減少の検証

西野 公三*; 蓑原 伸正*; 松浦 秀治*; 大島 武

no journal, , 

低エネルギー電子線照射による「はじき出し損傷」に起因する炭化ケイ素(SiC)のキャリア濃度減少効果に関して考察を行うため、100keV又は200keVの電子線をAl添加p型六方晶(4H)SiCへ照射し、ホール係数測定によりキャリア濃度を調べた。その結果、100keV電子線照射では、キャリア濃度は温度依存性を含めて未照射のものと差異はないが、200keV電子線照射では、照射量の増加とともにキャリア濃度が減少していくことが見いだされた。SiC中の各原子のはじき出しのしきい値エネルギーを見積もったところ、100keVではSiCのシリコン(Si),炭素(C)ともにしきい値エネルギー以下であり変位は発生しないが、200keVではCのみがはじき出されることが明らかとなった。このことから、100keV電子線照射では原子の変位が発生せずキャリア濃度が変化しなかったが、200keV電子線照射ではC原子のはじき出しによりキャリア濃度が減少したと結論できた。

口頭

200keV電子線照射によるAlドープ4H-SiC中の正孔密度の減少機構

松浦 秀治*; 蓑原 伸正*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

Al(アルミニウム)を添加した4H-SiCに対して、200keVの電子線を照射し、照射前後の正孔密度を測定した。FCCS(Free Carrier Concentration Spectroscopy)法を用いて、アクセプタ密度,アクセプタ準位,深い欠陥の密度を求めた。その結果、E$$_V$$+0.2eVのAlアクセプタと、E$$_V$$+0.37eVの深いアクセプタが検出され、アクセプタは2種類あることがわかった。本研究では、Alアクセプタ密度の減少割合がアクセプタ密度に比例すると仮定するとともに、深い欠陥順位がC vacancyとAlとで形成されたAl-Vc複合欠陥に起因すると仮定することで、照射量とAlアクセプタ密度及び深い準位密度の関係から、それぞれの損傷係数を導出することに成功した。

口頭

100keV電子線照射とアニールによるAl-doped 6H-SiCエピ膜中の正孔密度の増加

柳澤 英樹*; 西野 公三*; 野尻 琢慎*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性に優れた半導体として注目されている炭化ケイ素(SiC)に電子線を照射し、照射前後の正孔密度の変化をHall効果測定を用いて評価した。試料は、アルミニウム(Al)が不純物として導入されている六方晶(6H)-SiCを使用した。試料に100keVの電子線を照射した場合、正孔の密度が増加した。FCCS(Free Carrier Concentration Spectroscopy)法による評価から、増加の原因は、深い正孔トラップ密度が減少したことにあることがわかった。一方、200keVの電子線を照射した場合、正孔密度は減少したが、500$$^{circ}$$Cで2分間のアニール処理により、Alアクセプタが回復し正孔密度が回復を示した。

口頭

C原子変位により生じるAl-doped 4H-SiCのアクセプタ密度の変化について

西野 公三*; 柳澤 英樹*; 野尻 琢慎*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

耐放射線性に優れた半導体として注目されている炭化ケイ素(SiC)に電子線を照射し、炭素(C)原子が変位することにより生じる空孔型欠陥(V$$_C$$)が、アルミニウムを不純物として添加した六方晶(4H)-SiCに及ぼす影響を調べた。SiCに対して複数のエネルギー(100, 150, 200keV)の電子線を照射する実験から、C原子が変位するための閾値エネルギーが、20eVより大きく32eVよりも小さいことを明らかにした。つまり、200keV電子線照射では、格子位置の原子のうちC原子のみが変位することがわかった。アクセプタ密度の照射量依存性の結果から、C原子が変位した空孔型欠陥と、シリコンサイトにアルミニウムが置換したAl$$_{Si}$$との複合欠陥が、従来起源不明であった深い準位を持つアクセプタに相当することを示した。

口頭

200keV電子線照射によるAl-doped 4H-SiCエピ膜中の耐放射線性

野尻 琢慎*; 西野 公三*; 柳澤 英樹*; 松浦 秀治*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

200keVの電子線をAl(Alminium)をドープすることでp型とした4H-SiC(Silicon Carbide)エピタキシャル基板へ照射した。照射前後で200Kから600Kの範囲で正孔濃度を測定した結果、ドープしたAl濃度が高いほど、正孔密度の減少量が大きいことが明らかになった。電子線のエネルギーが200keVの場合、電子線はSiC結晶中のC原子のみを変位させることができると考えられる。したがって、実験によって得られた正孔密度の減少原因は、C空孔が関与すると結論できた。

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