■発表要旨
１．プロジェクトの目的
SiC半導体デバイスは、耐放射線にすぐれ、高電圧・高温での動作が可能なことから、従来のSiやGaAs半導体デバイスでは動作が困難な、原子炉や宇宙環境等、極限環境下で用いられる素子として期待されている。しかしSiCデバイスの特性を左右する酸化膜界面には、Siデバイスでの酸化膜界面に比べて界面欠陥が多く存在しているため、SiCデバイス特性は理論的に予測される値よりも遥かに低い値しか実現できていない。また、物理的測定手法から推定される界面欠陥の原子構造から電気特性を推定することは困難である。そこで、第一原理分子動力学法を用いて計算機上に界面欠陥構造を生成し、エネルギー準位や荷電状態等の特性を算出することで、界面欠陥の物理構造とその電気特性との関連性を明らかにし、さらには、SiC結晶表面の酸化膜成長メカニズムを明確にする。これによりSiCデバイスの電気特性を最大限に引き出せる物理的界面形成法の開発指針を得る。
２．今年度当初の計画
第一原理分子動力学法を用いて、SiO2/SiC界面モデルに対して加熱・急冷計算を行い、アモルファスSiO2/SiC界面モデルを生成する。今年度においては、中規模界面モデル(450原子サイズ)を用いて加熱・急冷計算における温度条件、界面への欠陥導入条件等の各種パラメータを決定し、それを用いて、大規模界面モデル(1000原子サイズ)を用いた実デバイス界面模擬計算、欠陥導入計算を行う。
３．今年度得られた成果、および達成度
＜成果＞
結晶SiO2/SiC中規模モデルに対して、SiO2側終端固定の条件において、加熱温度4000K、加熱時間3psでの融解を行い、急冷速度-1000K/psでの冷却過程において、SiO2終端を開放する手法をとることで、界面ダングリングボンドの無い急峻なアモルファスSiO2/SiC界面構造を生成し、エネルギー準位や電荷分布等が導出できた。また、当初来年度に予定していた界面酸化反応の模擬計算について、先行して中規模モデルを用いた試行を行い、酸素分子が連続して界面に達した場合に起こるSiO2/SiC界面の酸化過程の第一原理分子動力学計算を世界ではじめて成功させた。
＜達成度＞
80％