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Silicon carbide junction field effect transistors (SiC JFETs) were irradiated with gamma-rays up to 9 MGy (H2O). With increasing dose, apparent shift of drain current- gate voltage (ID-VG) curves to negative voltage side as observed for SiC metal oxide semiconductor (MOS) FETs did not take place. No significant difference is observed between drain and gate leakage currents of irradiated JFETs. This strongly indicates that defects as leakage paths were introduced into not bulk region but the interface between bulk and the passivation layer of SiO2. While, the transfer characteristics including threshold voltage and transconductance were slightly changed compared with the pristine sample. After drain voltage (VD) was abruptly applied to 6 V, ID at VG= 0 V increased slowly as a function of time. This indicates that variation of transfer characteristics is attributed to capture and emission process at defects generated in channel region.

Single-event effects (SEEs) of atom switches (ASs) embedded on 40-nm complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) are investigated with both heavy-ion and pulsed laser irradiation. In the evaluation of an AS-based field-programmable gate array (AS-FPGA), ASs show immunity against the irradiation and there is no change of the state of ASs both in a crossbar switch and memory in lookup tables (LUTs). ASs are not supposed to make any single-event transient (SET) noise when the ions hit. However, the CMOS layer shows SETs, and new approaches are proposed to solve the SET in CMOS, especially for AS-FPGA application.

In this study, we proposed a novel membrane-heater integrated LSI for on-site annealing-recovery from TID effect with low energy consumption, aiming at solving the problem of IC damage by gamma ray irradiation. The heater and membrane structure were fabricated around the LSI by using integrated MEMS technology. 20 kGy gamma-ray irradiation was performed later on the LSI samples and then the irradiated samples were annealed for recovery by integrated membrane-heater. It was found that the current of LSI decreased after irradiation and almost recovered to the original level after 15-minutes annealing at 300 ℃. We report, for the first time, the successful recovery of LSI with 15 minutes from 20 kGy gamma-ray TID damage by using an integrated membrane-heater., The 34th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (IEEE MEMS 2021)

高線量に曝される原子力発電所廃炉用ロボットの構成部品の中でも、特にカメラは放射線の遮蔽が難しく、カメラ自体が放射線耐性を備えることは、長時間作業可能な廃炉用ロボットを実現する上で重要な課題である。本研究では放射線耐性に優れたシリコンカーバイドMOSFET(SiC-MOSFET)と従来のシリコンフォトダイオード(Si-PD)を同一基板上に集積化した、放射線耐性を備えるイメージセンサを提案している。新しい異種基板貼り合わせ方法等を提案し、多画素デバイスの集積化について検討したので報告する。, 先進パワー半導体分科会 第7回講演会

宇宙放射線耐性のパワーデバイスとして近年、炭化ケイ素 金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ（SiC-MOSFET）の研究が進められているが、ゲート酸化膜の放射線耐性が弱いという課題があり、またその劣化挙動はシリコン（Si）MOSFETと異なることが報告されている。そこで本研究では、ゲート電極-ゲート酸化膜-SiCで構成されるSiC-MOSキャパシタにそれぞれ正負の電圧を印加しつつ重イオンビームを照射し、酸化膜中を流れるリーク電流を測定した。その結果、負電印加照射では-110V程度までリーク電流の増加が抑制され、SiC-MOSFETの場合、負電圧印加で放射線耐性が向上することを明らかにした。, 先進パワー半導体分科会 第7回講演会

Characteristics of single event effects on 14/16-nm bulk FinFETs and static random access memories (SRAM) composed of them were investigated in terms of single-bit upsets and multiple-cell upsets. The single-bit and multiple-cell upsets are analyzed and classified according to voltage, linear energy transfer of irradiated heavy ion, irradiation angle, data and fail bit patterns of SRAM. Estimation of sensitive areas based on cross-section is also discussed. Numerical simulations help to explain these phenomena, revealing along-fin effects on N-type FinFETs in the SRAM bit cell., Radiation Effects on Components and Systems (RADECS2020)

原子力発電所での廃炉作業など、高線量環境で使用できる耐放射線性の半導体イメージセンサが求められている。そこで本研究では、従来のシリコン（Si）を用いた素子に比べバンドギャップが広く、耐放射線性に優れる炭化ケイ素（SiC）に着目し、イメージセンサを実現するための各種要素プロセス技術を開発した。さらに一画素紫外線（UV）イメージセンサを試作し、3 MGyのガンマ線照射後も正常に動作することを実証した。

従来の平面構造トランジスタでは困難であった、10～サブ10nmオーダの微細化および高集積化を可能にする3次元ゲート構造トランジスタ（FinFET）を用いて、メモリ素子(SRAM（Static random access memory)）を試作し、シングルイベント現象による特性変化を調べた。線幅14/16nmで試作したFinFET SRAMに対し、イオン種、メモリ駆動電圧及び素子への重イオンの入射角度を変えて照射を行った。FinFET SRAMでは、複数のメモリセルのビットが反転するマルチセルアップセットが発生し、またその挙動が重イオンの飛程（レンジ）に依存せず、照射前の書き込み値に依存することを明らかにした。, QST高崎サイエンスフェスタ2019

ノーマリーオフ型の炭化ケイ素接合型電解効果トランジスタ (SiC JFET) は、ゲート酸化膜を持たず、ガンマ線照射によるしきい値電圧(Vth)シフトが小さい耐放射線性素子として期待されている。そこで5.6MGy(H2O)までガンマ線を照射し、電気特性劣化を調べた。照射後もVthの顕著なシフトは見られず、正常にトランジスタ動作することを確認した。また線量の増加により、バルク/SiO2界面を流れるリーク電流が増加することを明らかにした。, 先進パワー半導体分科会 第6回講演会

Single event effects (SEEs) of atom switches (ASs) embedded on 40-nm complementary metal oxide semiconductor (CMOS) are investigated with both heavy ion and pulsed laser irradiation. In the evaluation of atom switch-based field programmable Gate Array (AS-FPGA), ASs show immunity against the irradiation and there is no change of the state of ASs both in a cross-bar switch and memory in look up tables (LUTs). It is supposed that ASs do not make any single event transients (SETs) noise when the ions hit. On the other hand, the CMOS layer shows SETs and new approaches to solve the SET in CMOS are proposed, especially for AS-FPGA application., TIA10周年記念シンポジウム －拡大と深化で未来を拓くTIA－

Silicon carbide junction field effect transistors (SiC JFETs) were irradiated with gamma-rays up to 9 MGy (H2O). With increasing dose, apparent shift of drain current- gate voltage (ID-VG) curves to negative voltage side as observed for SiC metal oxide semiconductor (MOS) FETs did not take place. No significant difference is observed between drain and gate leakage currents of irradiated JFETs. This strongly indicates that defects as leakage paths were introduced into not bulk region but the interface between bulk and the passivation layer of SiO2. While, the transfer characteristics including threshold voltage and transconductance were slightly changed compared with the pristine sample. After drain voltage (VD) was abruptly applied to 6 V, ID at VG= 0 V increased slowly as a function of time. This indicates that variation of transfer characteristics is attributed to capture and emission process at defects generated in channel region., International Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ICSCRM2019)

β-Ga2O3 は、非常に大きなバンドギャップエネルギー(4.5 eV) から高い放射線耐性を有すると期待され、宇宙や原子力発電所などで用いられる半導体デバイス用材料として有望である。本研究では、縦型β-Ga2O3 ショットキーバリアダイオード (SBD) に対して、総線量1×1016 cm-2 まで電子線を段階的に照射し、デバイス特性の変化から電子線耐性を評価した。厚さ8μmのn型Ga2O3ドリフト層を有するGa2O3 (001) エピ基板に、直径200 μm の円形Pt/Ti/Au ショットキーアノード電極、裏面全面にTi/Au オーミックカソード電極を蒸着してSBDを作製した。電子線のエネルギー、線量率は、それぞれ1.5 MeV, 4.62×1012 cm-2∙s-1 であり、照射は大気中、室温で行った。 線量が増加しても順方向立ち上がり電圧 (Von) と理想係数 (η) はほとんど変化せず、電極/Ga2O3 ショットキー界面が照射によりほぼ劣化していないことが示唆された。一方、逆方向電流は照射によりやや増加したが、増加量は非常に小さいことから、β-Ga2O3SBDが、電子線照射に対して高い耐性を有する可能性が示された。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

ノーマリーオフ型炭化ケイ素接合型電解効果トランジスタ (SiC JFET) に室温でガンマ線を5.6MGy(H2O)まで照射し、電気特性の変化を調べた。 照射後試料のドレインリーク電流は10-10A以下の低い電流値に留まっており、ノーマリーオフ動作が維持されていることを確認した。またしきい値電圧の低下も0.1V以下に抑えられ、未照射試料と大きく変わらなかった。 これらの結果から、SiCJFETが、MGyオーダーの高線量照射に対して高い放射線耐性を持つことが明らかになった。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

炭化ケイ素（SiC）は高電界、高温動作性に優れ、パワー半導体素子への応用が進められている。さらなる高効率・高信頼化のためには、キャリア再結合中心として働き素子効率、信頼性を低下させる結晶欠陥準位密度の低減が望まれる。本研究では金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)構造の試料に、SiCのバンドギャップよりも小さいエネルギーを持つ禁制帯内励起（Below-Gap Excitation, BGE）光（波長1,064nm（エネルギー1.17eV））を断続照射し、フォトルミネッセンス（PL）強度の変動から欠陥準位の検出を試みた。その結果、BGE光の照射によりPL強度は徐々に低下し、MOSFET構造中の欠陥準位の検出が可能であることが明らかになった。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

原子力発電所の安全な廃炉プロセス実行のため、耐放射線性の可視光応答型カメラの実現が求められている。現在、一般的に用いられている4H型炭化ケイ素(4H-SiC)は耐放射線性に優れるが、可視光を吸収できない。そこで、駆動部である金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)をSiCで、受光部は、放射線耐性はやや劣るが可視光に応答するシリコン(Si)フォトダイオードで作製し、これらを集積化するプロセスを設計した。さらにこのプロセスで64画素(8x8)の可視光応型イメージセンサを試作し、室温でガンマ線照射を行った。2.2 MGy照射後もイメージセンサの動作特性は未照射とほぼ変わらず、今回設計したプロセスにより、数MGｙ耐性を有する可視光応答型イメージセンサの製作が可能であることを実証した。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

量子センシング・イメージングにNVセンターの量子性を利用するためにナノダイヤモンド中に電子線照射して、NVセンターを多量に導入する技術開発研究を行なっており、本研究では電子線照射量と熱処理条件について調べ、さらにその後の表面化学処理（-COOH, -PEG）とNVセンター形成への影響について調べた。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

福島第一原発でのデブリ取り出しに向け、耐放射線性に優れるイメージセンサの実現が求められている。炭化ケイ素（SiC）はバンドギャップがシリコンの3倍程度と大きく、耐熱性、耐放射線性に優れているため、高温、高放射線環境下で動作可能な電子デバイスの作製に適した材料できる。本研究では4H型SiC (4H-SiC)を用いて1画素のイメージセンサを試作し、そのガンマ線耐性を評価した。イメージセンサの電気特性測定は、駆動電圧(VDD=-10 V)、イメージセンサを構成するフォトダイオードに周波数100 Hzの矩形波パルス電圧（RS=-10 V）を印加しつつ行った。また波長254nmの紫外光を照射し、光に対する応答特性を調べた。 その結果、遮光状態では8.4mV、254 nmの紫外光照射時は0.45 Vの出力電圧が得られた。また3MGyのガンマ線照射後も特性はほぼ変わらず、試作したイメージセンサがMGyの耐性を持つことを明らかにした。, 第80回応用物理学会秋季学術講演会

It was found that the behavior of damage sites introduced by Single-Event Gate Ruptures (SEGRs) in Silicon Carbide (SiC) vertical power Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistors (MOSFETs) were essentially different from the one observed in corresponding Si devices, although the electrical behavior was similarly modeled., European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems (RADECS2019)

Gallium oxide (Ga2O3) is expected to have high radiation tolerance owing to their strong bond strengths and thus promising for the fabrication of robust electronic devices to be deployed in space missions and nuclear power plants. In this work, we investigated the performance of β-Ga2O3 vertical Schottky barrier diodes (SBDs) before and after electron-beam irradiation up to a cumulative fluence of 1×1016 cm-2. Electron-beam irradiation with an energy of 1.5 MeV and a fixed fluence rate of 4.62×1012 cm-2∙s-1 was carried out in air at room temperature with cumulative fluences of 0 (i.e., before irradiation), 1×1014, 5×1015, and 1×1016 cm-2. The specific on-resistances (Ron) and turn-on voltages (Von) were extracted from linear fits to the forward current density–voltage (J–V) characteristics and extrapolation of the linear fits to J=0 A/cm2, respectively. The Ron increased from 4.1 to 7.0 mΩ∙cm2 as the cumulative fluence increased from 0 to 1×1016 cm-2. The Von were estimated to be 1.8, 1.8, 1.7 and 1.7 V for cumulative fluences of 0, 1×1014, 5×1015, and 1×1016 cm-2, respectively. From linear fits to semi-logarithmic J–V plots, the ideality factors (η) for cumulative fluences of 0, 1×1014, 5×1015, and 1×1016 cm-2 were extracted to be 1.11, 1.10, 1.12 and 1.09, respectively. Insignificant changes in both Von and η implied a negligible effect of irradiation on the Pt/Ga2O3 interface. However, the 73% increase in Ron from 4.1 to 7.0 mΩ∙cm2, which was attributable to a comparable reduction in Nd-Na from 2.3×1016 to 1.2×1016 cm-3 as revealed by C–V measurement, suggested the presence of a high density of electron traps in irradiated Ga2O3., The 3rd International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials (IWGO-3)

ナノダイヤモンド中のNV（窒素－空孔）センターは、単一細胞レベルから動物レベルまでの幅広い生体に導入することができ、それらの生命現象により誘起される微小温度変化、細胞活性に伴う磁気・電気的変化の検出やMRI（磁気共鳴画像）法を活用した体内のイメージング材料として期待されている。NVセンターの量子性を利用した量子センシング・イメージングのためには、より効率的にNVセンターを導入することに加え、量子性の優れたナノダイヤ中NVセンター形成技術が求められている。我々は今までにナノダイヤモンドに電子線照射と熱処理により高発光強度のNVセンター形成技術の最適化を図ってきた。そのようにして作製したナノダイヤモンドの表面に対して、生体導入に適した化学処理を施す必要がある。 本研究では、電子線照射量と熱処理条件をさらに突き詰め、それら種々の条件や表面化学処理とNVセンター形成への影響を調べた。, 量子生命科学会第1回大会

ナノダイヤモンド中のNVセンター形成後に生体系へ導入および量子センシング・イメージングに向け、より効率的にNVセンター形成させること、ならびに量子性に優れたナノダイヤ中NVセンター形成技術が求められている。電子線照射とその後のNVセンター形成のための熱処理によって、高発光強度のNVセンター形成技術の最適化を図っている。本報告では45nmナノダイヤ における電子線照射量と熱処理条件、そして表面化学処理とNVセンター形成への影響を調べた。その結果熱処理条件を900℃と見出した。一方、電子線照射条件については、4E18cm-2までの照射量について報告したが、窒素含有量の関係からまだまだ照射量が必要であることも判明した。化学処理により未処理にくらべ2倍程度の発光強度の向上も確認した。, 第66回応用物理学会春季学術講演会参加の為

照射線量3.7 MGyまで照射した炭化ケイ素接合型トランジスタ(SiC JFET)のしきい値電圧Vthは、未照射試料とほぼ変わらなかった。またリーク電流や、チャネル領域への欠陥生成による抵抗の著しい増加も確認されなかった。一方、過去に報告されている市販レベル電界効果トランジスタ(MOSFET)では、この程度の線量でもゲート酸化膜への正の固定電荷生成により、照射開始とともに数Vの負電圧側へのシフトが確認されている。以上より、MGyオーダにおけるJFETの高い放射線耐性が確かめられた。, 第66回応用物理学会春季学術講演会参加の為

紫外～可視光域に吸収帯を持つ立方晶SiC (3C-SiC) を用いた金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ (MOSFET) は、耐放射線性CMOSイメージセンサへの応用が期待されているが、作製が難しく、放射線、特に透過力の強いガンマ線への耐性について調べた例は多くない。そこで本研究では、3C-SiC MOSFETの作製技術の確立と、ガンマ線が電気特性に及ぼす影響を調べた。 Si (100)単結晶基板上に成長した厚さ5µmの3C-SiC (100)エピタキシャル層に、アクセプタであるアルミニウムを濃度5.0×1018 cm3までイオン注入し、p型チャネル層を形成した。MOSFETのソース、ドレイン領域は、ドナーであるリンを高温（500°C）で濃度5.0×10^20 cm-3までイオン注入して形成した。1250°Cでの熱処理により注入されたドナーの活性化を行った後、Wet酸化により厚さ20 nmのゲート酸化膜を形成した。最後にソースおよびドレイン、ゲート電極を形成することで、3C-SiC MOSFETを作製した。この3C-SiC MOSFETに室温、窒素雰囲気中で60Coガンマ線を2MGy照射したところ、リーク電流の著しい増加やしきい値電圧の大きな負電圧シフトは見られず、チャネルを流れる電子の移動度もほぼ変化しなかった。以上より、本研究では3C-SiC MOSFETの作製技術を確立し、ガンマ線照射による特性変化の把握に成功した。, 平成30年度生体医歯工学共同研究拠点報告会

In the Fukushima Daiichi nuclear power plants, radiation hardened image sensors have been required for decommissioning. Silicon Carbide (SiC) is expected as semiconductor material enabling the stable operation in high temperature and high radiation environments. Furthermore, by using JFET structure without the gate insulating oxide layer like as MOSFET, we will not be suffering from the reliability issues. In this work, we successfully fabricated SiC-JFETs with normally-on and normally-off characteristics to develop the radiation hardened image sensors. For Normally-off JFETs, the high On/Off ratio and subthreshold slope are achieved at wide range of temperature from 25 to 300 C. Leakage current is remarkably suppressed below detection limit even at 300 C. We must point out that Vth keeps the positive value (normally-off operation) even at 300 C., 福島リサーチカンファレンス「廃炉遠隔技術のための耐放射線化と運用技術高度化の展望」に参加

Ga2O3 has emerged as a noteworthy ultrawide bandgap semiconductor in the past five years. Owing to excellent material properties based on an extremely large bandgap of over 4.5 eV and the commercial availability of native wafers produced from melt-grown bulk single crystals, Ga2O3-based electronic devices are promising candidates for various applications in power switching, RF, and harsh-environment electronics. First, this presentation will give an overview of our state-of-the-art lateral depletion-mode (D-mode) Ga2O3 metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). The devices demonstrated an off-state breakdown voltage of over 750 V, a drain current on/off ratio of more than nine orders of magnitude, stable device operation at temperatures up to 300°C, and negligibly small DC–RF dispersion. Furthermore, the bulk Ga2O3 channel exhibited strong gamma-ray tolerance by virtue of showing very little on-resistance degradation and threshold voltage shift, thereby demonstrating the strong potential of Ga2O3 devices for radiation-hard electronics. We will also present RF and thermal characteristics of the lateral MOSFETs. In the second part, we will discuss our recent developments of vertical D-mode Ga2O3 MOSFETs. The devices had a current blocking layer formed by Mg- or N-ion implantation and successfully demonstrated drain current modulation by an applied gate bias. However, the devices were still at a primitive development stage and had some severe issues to be resolved., MRS Fall Meeting & Exhibit

ナノダイヤモンドを利用した量子センシング・イメージング研究について、機構が進める量子生命科学研究の一環である未来ラボ研究として、その成果を発表する。, 第32回ダイヤモンドシンポジウム

Silicon carbide (SiC) devices are promising as radiation tolerant electronics, since trap generation and charge accumulation by irradiation are suppressed compared with Si devices. However, negative shift of threshold voltage (Vth) of SiC metal-oxide-semiconductor (MOSFET), which is caused by accumulation of holes (positive charges) generated in the gate dielectric (SiO2) by irradiation is a common problem for practical application. SiC junction field effect transistor (JFET), whose gate region is composed of p-n junction is expected to show no negative shift of Vth, while radiation response of SiC JFETs is still unclear. In this study, n-channel depletion mode JFET with nominal channel length and width, and gate length are 2.2 and 0.6, and 18 m (fabricated by AIST ) were irradiated with gamma-rays up to 2.2 MGy at room temperature in nitrogen atmosphere. With increasing dose, Vth gradually shift toward positive voltage side by approximately 1 V. Theoretical expression of JFET suggest that positive shift of Vth is attributed to decrease of carrier density by defects formed in channel region., 第3回生体医歯光学共同研究拠点国際シンポジウム参加の為

After the Great East Japan Earthquake in March 2011, electronic devices with extremely high radiation tolerance (rad-hard), such as MGy order, are required for the decommissioning of Tokyo Electric Power Company (TEPCO) Fukushima Dai-ichi nuclear reactors. Silicon carbide (SiC) is regarded as a promising candidate for highly reliable electronic devices used in harsh environments such as high radiation and high temperature. For the development of rad-hard electronic devices based on SiC, it is necessary to understand radiation degradation of SiC devices and to develop their radiation hardened technologies. QST, AIST and Hiroshima University together are developing ultra-radiation-hardened semiconductor devices using SiC, especially, image sensors. In this study, we introduce irradiation facilities at QST, Takasaki and radiation response of SiC devices., The 3rd Interational Symposium on Biomedical Engineering (ISBE2018)

福島第一原発の廃炉作業において、高放射線によりモニターロボットの半導体イメージセンサが容易に破損するため、イメージセンサを構成するトランジスタには高い耐放射線性が求められている。高温、高放射線環境でも安定した動作が期待できるSiCを用いてチャネル部に酸化膜を持たないJFETを作製することで、高い耐放射線性が実現可能である。しかし、我々が以前報告したJFETは、n型エピタキシャル層の膜厚が変化するとチャネル幅Wchも変化するため、イメージセンサに求められる同一基板上にノーマリオンとオフ特性をそれぞれ作製することが困難であった。そこで本研究では、イオン注入により基板側のp型層を形成することでノーマリオンとオフ特性を安定して制御できるJFETの作製を試みた。 n型4H-SiC(0001)上に厚さ3.0µmのn型エピタキシャル層が形成された基板に、Alイオン注入によりp型層を形成した。ノーマリオンとオフ特性のJFETをそれぞれ作製する目的から、p層の注入深さを変化させた。また、ソース/ドレイン領域はPのイオン注入により形成し、すべてのイオン注入工程は基板温度600℃で行った。イオン注入後、1650℃、10分間の活性化アニールを行った。この素子を作製する上での各パラメータはTCADシミュレーションで設定した。その結果、注入深さによりノーマリーオン（しきい値電圧Vth -3.08V）、オフ（Vth 1.49V）の特性制御に成功した。, 先進パワー半導体分科会 第5回講演会

酸化ガリウム (Ga2O3) は、4.5 eVと非常に大きなバンドギャップに起因する物性から、現在パワーデバイス応用を目指した研究開発が盛んになってきている。しかしながら、その期待される応用分野は、パワーデバイスに限定されるものではなく、その他にも多岐に渡ると考えられる。現在、我々はパワーデバイス応用に向けたスイッチングデバイス開発とともに、無線通信デバイスとしての開発も同時に進めている。本講演では、Ga2O3の物性、材料的特徴について述べた後、パワーデバイスのみならず、Ga2O3トランジスタに適すると我々が考える高周波、極限環境（高温、放射線下など）エレクトロニクスといった応用分野について解説する。その後、現在までに我々のグループで開発した横型Ga2O3 MOSFETのDCデバイス特性、高周波デバイス特性、放射線耐性等について発表する。このGa2O3 MOSFETは、オフ耐圧750 V以上、ドレイン電流オン/オフ比9桁以上、非常に小さなDC–RF周波数分散（カレントコラプス）、300°Cまでの安定高温動作等の優れたデバイス特性を示した。また、同デバイスに高ドーズ量ガンマ線を照射した後も、DCデバイス特性にほとんど劣化が確認されなかったことから、Ga2O3チャネルが大きなガンマ線耐性を有することも確認している。当日は、L帯 (1 GHz) ロードプル測定結果についても報告する予定である。, 第79回応用物理学会秋季学術講演会

The pursuit of Ga2O3 as an ultra-wide-bandgap (4.5–4.9 eV) semiconductor for next-generation power-switching and harsh-environment electronics has catalyzed the rapid development of Ga2O3 metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) in recent years. Field-plated lateral depletion-mode devices demonstrated a high off-state breakdown voltage of 755 V, a large on/off current ratio of over nine orders of magnitude, dispersion-free output characteristics, stable high temperature operation, and strong gamma-ray tolerance. Enhancement-mode operation with a six-order-of-magnitude on/off current ratio was enabled by an unintentionally-doped epitaxial Ga2O3 channel that was fully depleted at zero gate bias due to a low background carrier density. Planar-gate vertical Ga2O3 MOSFETs, wherein a current blocking layer provided electrical isolation between source and drain except at an aperture opening through which drain current was conducted, demonstrated successful transistor action. Advanced transistor architectures, notably normally-off vertical devices, will further enhance the impact of Ga2O3 power electronics., he 2018 E-MRS Fall Meeting

For the electronics, radiation hardness has been required especially for decommissioning of the Fukushima Daiichi nuclear power station. So far for such the decommissioning operations, many robots have been installed, however the available time for operation is limited by electronics, in particular, image sensors. At a pixel device in a conventional Si CMOS image sensor, Si MOSFETs as reset (RST), source follower (SF), row selector (RS) , are sensitive and vulnerable to radiation, rather than Si photodiodes (PD). Then a combination of Silicon carbide (SiC) MOSFETs and Si PD would be a candidate for the pixel device of the radiation-hardened CMOS image sensors. In this work, SOI (Silicon-On-Insulator)-Si PD and 4H-SiC MOSFETs were integrated in a same substrate for the radiation hardened image sensors. The typical feature size of the SOI-Si PD was 500 μm2 and that of 4H-SiC MOSFET was channel length/ width = 10 μm/ 50 μm. Under dark condition, the output voltage shift from the reset state was 0.62 V. On the other hand, under visible light of 7 klux, the output voltage shift became 0.74 V. The voltage difference between dark and visible-light illuminated condition was dependent on the reset (RST) frequency. As the RST frequency decreased from 100Hz, the voltage difference became larger. As the results, the hybrid pixel devices with SOI-Si PD and 4H-SiC MOSFETs were sucessfully demonstrated., European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018)

For the decommissioning operations for the Fukushima Daiich plants, many robots have been installed, however the operation time is limited by particularly image sensors, because it is difficult to sheild the sensors from radiation. 3C-Silicon carbide (SiC) have absorbance to visible light and there is a possibility to integrate 3C-SiC photodiodes and 3C-SiC MOSFETs in the same 3C-SiC substrate for the radiation hardened image sensors. In this work, 3C-SiC nMOSFETs were fabricated and its radiation hardness was investigated. Fabricated 3C-SiC MOSFETs show the threshold voltage of 5.8V, electron field-effect mobility of 44.6 cm2/V･s. After the gamma-ray irradiation of 2.01 MGy, the electron field effect mobility was almost the same as that before irradiation. Although the threshold voltage decreased from 5.8 to 2.7 V, irradiated device worked well after irradiation. It demonstarets 3C-SiC MOSFETs have a potential to be a base transistor for radiation-hardened image sensors., European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018)

β-Ga2O3 is being actively pursued for power switching and harsh environment electronics. State-of-the-art Ga2O3 MOSFETs were realized on unintentionally-doped (UID) β-Ga2O3 (010) epilayers by employing Si-ion implantation doping for the channel and ohmic contacts. Field-plated depletion-mode devices delivered a high off-state breakdown voltage of 755 V, a large drain current on/off ratio of over 109, stable high temperature operation at 300°C, and dispersion-free pulsed output characteristics. Bulk Ga2O3 exhibited high gamma-ray tolerance, while radiation-induced dielectric damage and interface charge trapping limited the overall radiation hardness of these devices. Accumulation-mode normally-off operation was realized by gating a UID β-Ga2O3 (010) channel with low background carrier density. The design and operation of vertical Ga2O3 MOSFETs engineered with a current aperture will also be presented., 14th International Conference on Modern Materials and Technologies

Gallium oxide (Ga2O3) is an emerging ultra-wide-bandgap (4.5–4.9 eV) semiconductor for high power and high voltage electronics with potential applications in harsh environments. Since the first report of a Ga2O3 field-effect transistor (FET) in 2012, Ga2O3 power devices have undergone tremendous technological advancement. This talk reviews the progress we have made and the lessons we have learnt on both lateral and vertical Ga2O3 metal-oxide-semiconductor (MOS) FETs. Future development directions will also be discussed., 20th Workshop on Dielectrics in Microelectronics