SAMURAI - NIMS Researchers Database

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研究内容

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

書籍

所属学会

応用物理学会

電子・光機能材料研究センター
タイトル

半導体素子信頼性評価

キーワード

半導体電子素子,窒化物半導体,水素,雰囲気ガス

概要

半導体素子の特性が測定雰囲気ガスに応じて変化することは古くから知られている。しかしながら、そのメカニズムについて推測はされているが、確定したものは未だに存在しない(界面に存在する電気二重層起因のモデルが提案されている)。一方、半導体材料として窒化物半導体を用いたデバイスは実用化が進んでおり、その信頼性向上は重要である。本研究では、窒化物半導体デバイスの信頼性向上のために、環境雰囲気やデバイス材料物性等がデバイス特性に与える影響を調べる。これまでの研究から、半導体界面に存在する絶縁膜の物性変化が重要な役割を果たしていることが明らかになっており、今後の研究で詳細を調べる。

新規性・独創性

実験結果を忠実に再現するモデルの提案、高感度水素センサの開発

内容

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電極と半導体界面間に形成される電気二重層の存在を確認するために実験的・理論的手法の両面から取り組んだ。図1にそれぞれ窒素および水素雰囲気中において、Pt-AlGaN/GaNショットキーダイオードをインピーダンス測定した結果得られたナイキストプロットを示す。図1より、水素導入後においても、電気二重層の存在に伴うRC成分を示す新たな半円が現れないことがわかる。また、図2に第一原理計算によって得られたPd-SiO2界面の面内平均ポテンシャルの深さ方向分布を示す。図2より、水素吸着前後で面内平均ポテンシャルに大きな変化が見られない。以上の結果より、界面において水素が電気二重層を形成することは考えにくい。次に、Pt-GaNショットキーダイオードの電極と半導体界面に様々な絶縁膜を挿入して水素応答を調べた。その結果、挿入する絶縁膜の種類によって、水素応答が大きく変化することがわかった。さらに、Pt-SiO2-GaNダイオードの電流輸送機構を解析した結果、窒素中ではFowler-Nordheim tunnelingであったが、水素中ではPool-Frenkel emissionに変化した。この結果より、水素による絶縁膜の物性変化が本質的であることが予想される。

まとめ

得られた成果は、半導体デバイスの信頼性向上以外に高性能水素センサの実現にも応用可能と考えられる。今後は提案するメカニズムの詳細な検討等を行い、半導体デバイスの信頼性向上のための知見を得るとともに高性能水素センサの実現も目指す。

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