この度、「計算材料科学による半導体材料の強度信頼性に関する研究」により、日本機械学会奨励賞（研究）をいただきました。この研究は、SiCを中心とする半導体材料・デバイスを対象に、応力や変形、結晶欠陥といった力学的現象と半導体特有の電気的現象の結び付きを、シミュレーションを使って理解しようというものです。具体的には、デバイス内部の応力評価、キャリア注入による積層欠陥拡大条件のモデリング、電子や正孔による材料強度の変化などを扱ってきました。

この研究に取り組むことになったきっかけは、通電に伴い積層欠陥が拡張するSiC特有のバイポーラ劣化現象です。通電により転位の易動度が大きく変化し、外部応力だけでは説明できない形で積層欠陥が拡張するこの現象は、SiCデバイスの重大な技術課題です。一方、学術的にも不明な点が多く、特に電気的現象と力学的現象が交差する点で、「いったい何が起きているのか」と興味を惹かれる問題でもありました。そこで共同研究に加えていただき、まず第一原理計算で応力によるラマン線の変化を定量化し、ラマン分光と有限要素解析を組み合わせてデバイス内部の応力場を評価しました。さらに、応力によって積層欠陥拡張の臨界キャリア濃度がどう変化するのかを、転位論や電気的エネルギーも含めて検討しました。現在は、電子や正孔が材料の強度や変形に及ぼす影響を原子・電子スケールから調べています。