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Mobility enhancement of two dimensional hole gas on diamond MOSFET

Research Project

Project/Area Number 17J08746
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

稲葉 優文  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特別研究員(PD) (20732407)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsダイヤモンド / 2次元正孔ガス / 真空 / 移動度
Outline of Annual Research Achievements

低ドープ濃度のダイヤモンドに水素終端を施すと、表面に界面準位のない、半導体デバイスに好適な2次元正孔ガス層が誘起される。本研究では、この水素終端表面における、正孔のチャネル移動度を、新奇なデバイスを考案し、評価した。
ダイヤモンドの2次元正孔ガス層の移動度低下因子は、先行文献から、絶縁膜やパッシベーション膜として用いられる、酸化アルミニウムなどの誘電体が持つ電荷による外部電荷散乱であると考えられる。本研究では、平成30年度に、ゲート絶縁膜を真空とした、真空ギャップゲート構造を考案し、このデバイスの動作確認に、はじめに取り組んだ。
清浄な水素終端ダイヤモンド表面に、絶縁膜に相当する真空層を構成するため、空間を供給するピラーを、ダイヤモンド上の電極をかねて形成した。ゲートには、高強度な導電性のSi基板を用い、チャネルへの接触を防いだ(図1)。これを、高真空プローバーを用いて、ダイヤモンド表面の吸着物を脱離させた状態でFET動作を確認した(図2)。不活ガス中では、ガスの絶縁耐圧が低く、ゲートの絶縁が確保できないと予想されるため、極力高い真空度に雰囲気を制御することが求められたため、この系を採用した。IDS-VGS曲線からは、往復測定をしているがヒステリシスがほとんどなく、往復でよい一致を示していることがわかる。結果として、これから得られた電界効果移動度は25 cm2/Vs であり、ゲート絶縁膜に酸化アルミニウムを用いた一般的なダイヤモンドFETの移動度と同等程度の値であった。また、サブスレッショルド領域から求めた界面準位密度は1×1012 cm-2 eV-1 程度であり、これは絶縁膜の内清浄な水素終端表面で初めて評価された界面準位密度であると言える。
本研究の成果は、第32回ダイヤモンドシンポジウムでポスター発表し、優秀ポスター賞を受賞した。今後、英字論文誌に投稿予定である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Enhancement of the electron transfer rate in carbon nanotube flexible electrochemical sensors by surface functionalization2019

    • Author(s)
      Nishimura Keita、Ushiyama Takuya、Viet Nguyen Xuan、Inaba Masafumi、Kishimoto Shigeru、Ohno Yutaka
    • Journal Title

      Electrochimica Acta

      Volume: 295 Pages: 157-163

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2018.10.147

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Carbon 1s X-ray photoelectron spectra of realistic samples of hydrogen-terminated and oxygen-terminated CVD diamond (111) and (001)2019

    • Author(s)
      Kono Shozo、Kageura Taisuke、Hayashi Yuya、Ri Sung-Gi、Teraji Tokuyuki、Takeuchi Daisuke、Ogura Masahiko、Kodama Hideyuki、Sawabe Atsuhito、Inaba Masafumi、Hiraiwa Atsushi、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 93 Pages: 105-130

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2019.01.017

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Electrical contact properties between carbon nanotube ends and a conductive atomic force microscope tip2018

    • Author(s)
      Inaba Masafumi、Ohara Kazuyoshi、Shibuya Megumi、Ochiai Takumi、Yokoyama Daisuke、Norimatsu Wataru、Kusunoki Michiko、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 123 Issue: 24 Pages: 244502-244502

    • DOI

      10.1063/1.5027849

    • NAID

      120006531047

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of Carboxyl and Amine Termination on a Boron-Doped Diamond Solution Gate Field Effect Transistor (SGFET) for pH Sensing2018

    • Author(s)
      Falina Shaili、Kawai Sora、Oi Nobutaka、Yamano Hayate、Kageura Taisuke、Suaebah Evi、Inaba Masafumi、Shintani Yukihiro、Syamsul Mohd、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 18 Issue: 7 Pages: 2178-2178

    • DOI

      10.3390/s18072178

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vertical-type two-dimensional hole gas diamond metal oxide semiconductor field-effect transistors2018

    • Author(s)
      Oi Nobutaka、Inaba Masafumi、Okubo Satoshi、Tsuyuzaki Ikuto、Kageura Taisuke、Onoda Shinobu、Hiraiwa Atsushi、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-28837-5

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Lithographically engineered shallow nitrogen-vacancy centers in diamond for external nuclear spin sensing2018

    • Author(s)
      Fukuda Ryosuke、Balasubramanian Priyadharshini、Higashimata Itaru、Koike Godai、Okada Takuma、Kagami Risa、Teraji Tokuyuki、Onoda Shinobu、Haruyama Moriyoshi、Yamada Keisuke、Inaba Masafumi、Yamano Hayate、Jelezko Fedor、Tanii Takashi、Isoya Junichi et al.
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 20 Issue: 8 Pages: 083029-083029

    • DOI

      10.1088/1367-2630/aad997

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sheet resistance underneath the Au ohmic-electrode on hydrogen-terminated surface-conductive diamond (001)2017

    • Author(s)
      S.Kono, T.Sasaki, M.Inaba, A.Hiraiwa, H.Kawarada
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 80 Pages: 93-98

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2017.09.020

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Threshold voltage control of electrolyte solution gate field-effect transistor by electrochemical oxidation2017

    • Author(s)
      Naramura Takuro、Inaba Masafumi、Mizuno Sho、Igarashi Keisuke、Kida Eriko、Mohd Sukri Shaili Falina、Shintani Yukihiro、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 111 Issue: 1 Pages: 013505-013505

    • DOI

      10.1063/1.4991364

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vertical edge graphite layer on recovered diamond (001) after high-dose ion implantation and high-temperature annealing2017

    • Author(s)
      M. Inaba, A. Seki, K. Sato, T. Kushida, T.Kageura, H. Yamano, A. Hiraiwa, H.Kawarada
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 254 Issue: 9 Pages: 1700040-1700040

    • DOI

      10.1002/pssb.201700040

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of a radical exposure nitridation surface on the charge stability of shallow nitrogen-vacancy centers in diamond2017

    • Author(s)
      T. Kageura, K. Kato, H. Yamano, E. Suaebah, M. Kajiya, S. Kawai, M. Inaba, T. Tanii, M. Haruyama, K. Yamada, S. Onoda, W. Kada, O. Hanaizumi, T. Teraji, J. Isoya, S. Kono, and H. Kawarada
    • Journal Title

      Appl.Phys.Express

      Volume: 10 Issue: 5 Pages: 0555031-4

    • DOI

      10.7567/apex.10.055503

    • NAID

      210000135854

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 真空ギャップゲート構造による2次元正孔ガスダイヤモンドデバイスの評価2018

    • Author(s)
      M. Inaba, H. Kawarada, Y. Ohno
    • Organizer
      第32回ダイヤモンドシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リモートプラズマCVDによる高均一吸着ナノダイヤモンドからのダイヤモンド膜の形成2017

    • Author(s)
      M. Inaba, H. Uchiyama, H. Hoshino, W. Fei, H. Kawarada, Y. Ohno
    • Organizer
      第31回ダイヤモンドシンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Off resistivity evaluation of carbon nanotube electrolyte solution gate FETs2017

    • Author(s)
      M. Inaba, H. Kawarada
    • Organizer
      The 53rd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノチューブフォレストチャネル電解質溶液ゲートFETのオフ抵抗2017

    • Author(s)
      M. Inaba, H. Kawarada
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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