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半導体シリコンカーバイド(SiC)の高品質結晶成長と次世代電子デバイスの基礎研究

 半導体デバイスは電子機器の中で重要な役割を果たしていますが、現在広く利用されているシリコン(Si)やガリウム・ヒ素(GaAs)系のデバイスには、材料そのものの性質に基づく性能限界に達しつつあります。一方、半導体のシリコンカーバイド(SiC)は、シリコンやガリウム・ヒ素に比べて絶縁破壊電圧が約10倍、電子の移動速度が約2倍という優れた性質をもつため、はるかに高耐圧、低損失、高速で動作する電子デバイスが実現できます。ところが、高品質な結晶成長が難しく、デバイス作成技術も確立されていませんでした。

 そこでこの研究では1987年、「ステップ制御エピタキシー法」という新しい結晶成長法を考案し、それまで難しかった高品質なSiC単結晶層を作成することに成功しました。また不純物の添加によって精密な導電性制御法を確立しました。

 このような方法で作成したSiC結晶を用いて、耐圧300~1,200ボルトというシリコンでは実現できない高耐圧・高速のショットキーダイオードが実用化されました。SiCはシリコンと同様に熱酸化によってSiO2膜を形成できますが、当初SiO2/SiCの界面に多数の欠陥が存在し、良好なMOS電界効果トランジスタは得られませんでした。そこで1999年、SiCの新しい結晶面を用いて結晶成長させることにより、これまでのMOS電界効果トランジスタの性能を1ケタ以上向上させることに成功しました。



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キーワード

半導体シリコンカーバイド、高品質エピタキシャル成長、ステップ制御エピタキシー法、その他(電子・デバイス一般)
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