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AlGaN系半導体を用いた真空チャンネルトランジスタに関する研究

Research Project

Project/Area Number 16K06265
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

横川 俊哉  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70722106)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上山 智  名城大学, 理工学部, 教授 (10340291)
真田 篤志  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20264905)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords高品質AlGaN結晶 / 真空チャンネルトランジスタ / デバイス最適設計 / 低電圧駆動 / 低消費電力 / カーボンナノチューブ / 電極 / 窒化物系半導体 / トランジスタ / 電子親和力 / バンド構造 / 電子・電気材料 / 電子デバイス・機器 / 半導体物性 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 先端機能デバイス
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、従来実現されていないテラヘルツ帯の電磁波の発生を可能とする真空チャンネルトランジスタの開発を目的とする。テラヘルツ波は高速無線通信やイメージング、医療の分析など多くの応用が期待される。しかし数THzの高出力電磁波発生には課題が多い。窒化物半導体であるAlGaNは負の電子親和力を有しており、低駆動電圧が期待される。AlGaN半導体を用いた真空チャンネルトランジスタを新たに提案した。AlGaN半導体の基礎物性や電子放出機構を系統的に調べ、そのデータベースよるデバイス最適構造設計を行うことで、真空チャンネルトランジスタを実現し、低電圧駆動(低消費電力)を実証することが計画であった。
今年度の研究実績としてAlGaN半導体を用いた真空チャンネルトランジスタの低電圧駆動でのデバイス動作を確認した。AlGaN系半導体の負の電子親和力を示すバンド構造、電子放出機構や基礎物性を系統的な実験によって調べ、デバイス設計のためのパラメータが得られたため、このデータベースを用いて真空チャンネルトランジスタのデバイス最適構造設計に取り組んだ。エミッタ部がAlGaN半導体で形成されたデバイスとなる。MOCVD法によりGaN基板上にAlGaN膜の成長を行った。そしてエミッターに使用可能な高品質のAlGaN結晶が実現できた。その後、AlGaN膜をドライエッチング加工し、エミッタ―とコレクターを対面するように形成した。その後、AlGaN膜上にゲート絶縁膜とゲート電極を形成した。これによりAlGaNエミッタ―を用いた真空チャンネルトランジスタを形成し、低駆動電圧を実現した。またAlGaNに形成したカーボンナノチューブ電極の効果も確認した。さらにデバイスシミュレーションによるプロセス設計ならびに最適構造設計も行った。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ソウルバイオシス(韓国)

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  • [Int'l Joint Research] ソウル半導体(韓国)

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      2016 Research-status Report
  • [Journal Article] Dislocation Formation via an r-Plane Slip Initiated by Plastic Deformation during Nano-Indentation of a High Quality Bulk GaN Surface2016

    • Author(s)
      Toshiya Yokogawa, Sachi Niki, Junko Maekawa, Masahiko Aoki and Masaki Fujikane
    • Journal Title

      MRS Advances

      Volume: 1 Issue: 58 Pages: 3847-3852

    • DOI

      10.1557/adv.2016.165

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] カーボンナノチューブ/GaN 界面p-GaN 電極への応用2017

    • Author(s)
      横川 俊哉、三宅 祥太、毛利 裕治、中山 雅晴
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2017-09-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] AlGaN/GaNヘテロ構造における転位観察と歪解析2017

    • Author(s)
      二木佐知、前川順子、青木正彦、山本雄大、横川俊哉
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
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  • [Presentation] Low contact resistance of the MWCNTs ohmic contact to p-GaN and its application for high power LED2017

    • Author(s)
      Toshiya Yokogawa and Syota Miyake
    • Organizer
      SPIE. OPTICS+PHOTONICS, NANOSCIENCE+ENGINEERING
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrode of metalic carbon nanotube for p-GaN and its application for LED2017

    • Author(s)
      Toshiya Yokogawa, Syota Miyake
    • Organizer
      European Materials Research Society (E-MRS) 2017 Spring Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical property and band-structure in carbon nanotubes/GaN hetero-interface and thier application for p-GaN electrode2016

    • Author(s)
      Toshiya Yokogawa, Shota Miyake, Yuji Mouri, Masaharu Nakayama
    • Organizer
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characterization of electrical property and band-structure in carbon nanotube/GaN hetero-interface2016

    • Author(s)
      T. Yokogawa, S. Miyake, A. Yamashita
    • Organizer
      NANOTECH 2016 CONFERENCE & EXPO
    • Place of Presentation
      Gaylord National Hotel & Convention Center, Washington DC, USA
    • Year and Date
      2016-05-22
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 山口大学工学部 横川研究室

    • URL

      http://quantum-device.eee.yamaguchi-u.ac.jp/

    • Related Report
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  • [Remarks] 山口大学 工学部 電気電子工学科 量子化機能デバイス 横川研究室

    • URL

      http://quantum-device.eee.yamaguchi-u.ac.jp/profile.html

    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 真空チャンネルトランジスタおよびその製造方法2017

    • Inventor(s)
      横川俊哉
    • Industrial Property Rights Holder
      山口大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-518012
    • Filing Date
      2017
    • Acquisition Date
      2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 真空チャネルトランジスタおよびその製造方法2016

    • Inventor(s)
      横川俊哉、真田篤志
    • Industrial Property Rights Holder
      山口大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-05-13
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2018-12-17  

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