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半導体研究者の業績紹介サイト | 芝原　健太郎 (Kentaro Shibahara)

芝原健太郎 | 半導体研究アーカイブ
Kentaro Shibahara
　
芝原健太郎（1960–2011）は、SiC半導体研究の黎明期に、ステップ制御エピタキシーの実現に大きく寄与するとともに、世界初の反転型SiC-MOSFETの動作実証を主導しました。その後、NECでの研究開発を経て、広島大学1ではシリコンCMOSの微細化を中心に、半導体デバイス・プロセス技術の研究を展開しました。本サイトは、その研究業績と学術活動を資料とともに記録・保存するアーカイブです。

Kentaro Shibahara（1960 – 2011）

プロフィール｜学術活動｜研究業績｜タウア・ニン監訳｜監訳エピソード｜受賞
English：Profile｜Service｜Publications｜SiC Research｜Si Research｜Awards｜Books

主な研究業績(京都大学時代：1984年ー1988）

SiCのステップ制御エピタキシー2（Step-Controlled Epitaxy）実現（1987年）

1987年、京都大学松波弘之研究室で実現3。
高品質のSiC結晶被膜を成長させる技術で、今日のSiCパワーデバイス実用化につながる基盤技術となった。 [→ SiC研究業績紹介]

この研究業績によりSSDM Award4を受賞（2005年）

論文：[Step-Controlled VPE Growth of SiC Single Crystals at Low Temperatures（全文）]
証言：[証言記録：ステップ制御エピタキシー ― 黒田尚孝・芝原健太郎 ―]
研究史：[ステップ制御エピタキシー実現までのSiC研究]

左：SiCオフ基板上におけるステップ制御エピタキシーの模式図／右：CVD法の図解　SiC基板上にSiC薄膜を成長させるときのCVD法の説明図5

世界初の反転型SiC-MOSFETを作製・動作実証 (1986年）

SiC半導体研究の黎明期における成果で、今日のSiCパワーデバイスにつながる先駆的研究となった。　[→ SiC研究業績紹介]

論文・解説：［世界初の反転型SiC-MOSFET動作実証 ― IEEE EDL 1986］
証言：［松波弘之 が語る「芝原健太郎 世界初 反転型SiC-MOSFETを実現］

反転型SiC-MOSFETの断面模式図6　

オフ角基板によるAPD抑制（1986年）7

オフ角基板上で平坦なSiC層が得られることを初めて見いだし、その要因がAPDの抑制にあることを結晶学的に解明した。
この研究成果が、ステップ制御エピタキシーの実現につながった8

主な研究業績(広島大学時代：1995ー2011）

1990年代後半から2000年代、半導体の微細化が進むなかで、MOSFETのさらなる小型化・高性能化を支える接合形成、ゲート材料、プロセス技術を研究した

ゲート長100 nm以下，ゲート酸化膜1.2 nmの極微細MOSFETを実現（1998年）

アンチモン(Sb)斜めイオン注入を提案し，電流駆動力の向上を実証（2002 年）

メタルゲートの仕事関数変調を可能にする複数の手法を実証（2003年～2006年）

Ge極浅接合形成時の表面荒れ抑制技術を提案（2006年～）

━SiCステップ制御エピタキシーについての図、資料、説明━

ステップ制御エピタキシーでは、SiC基板の上にSiC薄膜結晶を成長させた. この技術は今日のSiCパワーデバイス実用化を可能にした.　　CVD装置の反応管の中で、シラン（SiH4）とプロパン（C3H8)を反応させ、SiC基板の上にSiC薄膜結晶を成長させる.　ディボラン(B2H6)とフォスフィン（PH3)はドーピングガス。このページ下部の動画で当時のCVD装置（反応管、ガスボンベ、など一式）を見せながら芝原が解説している。
ステップ制御エピタキシーによって、SiC結晶成長層の表面が鏡面状になり、良質のMOSFETを安定作製できるようになった.（（上の(a) に対して下の(b) )　

━世界初の反転型SiC-MOSFETについての図、資料、説明━

　反転型SiC-MOSFET（MOS型電界効果トランジスタ）の断面模式図. Si(100)基板上に成長した3C-SiC(100)薄膜結晶を用いて作製した.〔ページ上部のカラー断面模式図の元となる図〕
反転型SiC-MOSFETのドレイン電流・電圧特性

芝原が作製・動作確認したこの反転型MOSFETは世界初のSiCデバイスで, 今日電気自動車などで実用化されているSiCパワーデバイスにつながる先駆的成果です.
SiC半導体研究業績紹介
IEEE Electron Device Lett.掲載全面

このページ上部の反転型SiC-MOSFETは、このCVD装置を用いて、シリコン（Si）基板上にシリコンカーバイド（SiC）結晶薄膜を成長させて作成された. 反応管の中で、シラン（SiH4）とプロパン（C3H8)を反応させ、Si基板の上にSiC薄膜膜結晶を成長させる. ディボラン(B2H6)とフォスフィン（PH3)はドーピングガス. ガスによって不純物を添加し、電気的性質をコントロールする.
博士課程時代の芝原が、CVD装置(気相エピタキシャル結晶成長装置）でSiC薄膜を成長させる方法を説明している動画9。当時の京都大学松波研究室にあった実験装置が見られます

━オフ角基板によるAPD抑制についての図、資料、説明ー

オフ角基板によるAPD抑制
球面研磨を施したSi(100)基板上に3C-SiC薄膜結晶を成長させた試料の写真と図.
この球面研磨基板上への成長の結果より、(100)基板を＜011＞方向に２度傾けた基板を使うことにより, APD(Anti-Phase-Domain）のない3C-SiC膜が得られるようになった.
この研究でオフ角基板の有用性が認識され、次のデバイス(反転型SiC-MOSFET)作製・動作実証,SiCステップ制御エピタキシー実現へつながった.
SiC半導体研究業績紹介
〖上の説明：球面研磨基板上にSiC結晶を成長させたところ、結晶の軸の向きによって表面が荒れている部分と鏡面状の部分ができた. 結晶の軸の向きが(100)面で＜011＞方向に２度傾いているSi基板を用いるとその上に鏡面状のSiC薄膜結晶が成長するとわかった.　の意〗

球面研磨を施したSi(100)基板上に3C-SiC薄膜結晶を成長させた試料の写真と図.(オフ角基板によるAPD抑制）

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注釈

  1. 半導体産業技術研究所（RICE）：2011年当時は広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所、1995年～2008年はナノデバイス研究所. 芝原は同時に広島大学大学院先端物質科学研究所の所属だった ↩︎
  2. ステップ制御エピタキシー：（Step-Controlled Epitaxy）：ステップ制御エピタキシャル成長法、ステップ制御VPE成長（Step-Controlled VPE Growth）のこと。SiCの結晶表面に形成された原子ステップを利用して結晶成長を制御し、高品質なSiCエピタキシャル薄膜・単結晶を成長させる方法。 ↩︎
  3. 京都大学松波研究室で黒田尚孝と芝原健太郎らによって実現：黒田尚孝が実験を担当し、芝原健太郎は実験の指導、研究上の着想につながる知見の提供、実験結果についての議論、成長表面の確認、SSDM 1987での発表を担った。その背景には、京都大学・松波弘之研究室で芝原が先行して行っていたSiC結晶成長研究があり、この研究がStep-Controlled Epitaxyの着想につながった。証言記録　ステップ制御エピタキシー ― 黒田尚孝と芝原健太郎による実現」。 ↩︎
  4. SSDM Award : 国際学会SSDMで発表された過去（1969年の第1回から数年前まで）の論文の中から、年に1件だけ表彰されるたいへん栄誉な賞。SSDMは「International Conference on Solid State Devices and Materials」の略。 半導体や固体デバイス・材料分野における主要な国際学会 ↩︎
  5. CVD法の図解　SiC基板上にSiC薄膜を成長: 図、資料、説明を参照 ↩︎
  6. 模式図：図、資料、説明を参照 ↩︎
  7. 芝原健太郎・西野茂弘・松波弘之「Si基板上へのSiCヘテロエピタキシャル成長」『日本結晶成長学会誌』13巻4号（1986）226–232. DOI: 10.19009/jjacg.13.4_226。関連する英語論文：K. Shibahara, S. Nishino, and H. Matsunami, “Antiphase-domain-free growth of cubic SiC on Si(100),” Applied Physics Letters 50 (1987) 1888–1890. DOI: 10.1063/1.97676. ↩︎
  8. ステップ制御エピタキシー実現につながった：1987年のStep-Controlled VPE GrowthのExtended Abstractでは、Introductionに「Si(100)基板のオフ角がアンチフェーズドメインの除去に有効であることを見いだした」と記され、芝原らの先行研究が参考文献として引用されている。これらのオフ基板・APD研究が、SiCにおけるステップ制御エピタキシー実現の研究的背景となった。[→ SiC研究史]
    ↩︎
  9. 動画「テクノピア新しい半導体材料」：1986年前後の時期に三田工業が製作していた動画シリーズ。三田工業は1998年に事実上倒産し、現在は京セラドキュメントソリューソンズとなっている。著作権は当時作製した三田工業に著作権があったが、京セラドキュメントソリューションズでは動画の存在も著作権所有も確認できないとのことであった。㈱京セラでも同様の状態であったため、京セラ広報部と相談の上、一部を掲載することとした。 ↩︎

※名前の漢字は「柴原」ではなく「芝原」が正しい表記です。

※「柴原健太郎」と木偏の「柴」で検索される方も多いのですが、正しい漢字は「芝原健太郎（しばはら・けんたろう」です。「タウアニン 半導体」や「タウア・ニン 最新vlsiの基礎 第3版」、「松波　弘之」先生の名前での訪問も多くあります。「タウア・ニン 最新vlsiの基礎」は芝原健太郎が監訳し、広く使って頂いています。 [”タウア・ニン”監訳エピソードはこちら] 

編集履歴2026.1.　動画２本掲載。1/18動画「基板への成長]更新（差し替え。1/20見出し作製、動画更新（差し替え）6月　重い動画リンク削除、トピックス追加、8月脚注追加、１）と２）との順番変更、9月編集・リンク追加、

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