ｈ－ＢＮヘテロ界面を利用したダイヤモンド超高移動度トランジスタの創製
| Project/Area Number |
19J12696
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science (2020)
University of Tsukuba (2019) |
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Principal Investigator |
笹間 陽介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / トランジスタ / 高移動度 |
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| Outline of Research at the Start |
電力を無駄なく利用するため，電力制御に用いられるパワーデバイスの省電力化が求められている．本研究では，シリコンのみならずSiCをも凌駕する半導体特性を持ち省電力化に有利な材料であるダイヤモンドに着目する．高品質の六方晶窒化ホウ素(h-BN)ヘテロ界面の形成により，高い移動度を持ち電力消費の少ない理想的なダイヤモンド電界効果トランジスタの実現を目指す．さらに作製したトランジスタが高温でも動作可能なことを実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに研究代表者らは，ゲート絶縁体として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を用いたダイヤモンドトランジスタを作製し，300 cm^2/(V・s)程度の高い移動度を得ることに成功している．さらに移動度の律速要因を理論的に解析し，前年度までに作製したh-BNゲートのダイヤモンドトランジスタの移動度を律速している主要因がダイヤモンド表面に存在している荷電不純物であることを明らかにしている．
当該年度は，ダイヤモンド表面に存在する大気由来の荷電不純物密度を低減させるため，大気暴露することなくh-BNゲート絶縁体を形成するプロセスを用いたダイヤモンドトランジスタの作製と特性評価を行った．具体的には水素プラズマ暴露によって水素終端化したダイヤモンド基板を大気にさらすことなく不活性ガス雰囲気のグローブボックスに真空搬送し，グローブボックス内で光学顕微鏡とマニピュレーションステージを用いて水素終端ダイヤモンド上にへき開したh-BNを貼り合わせた．その後，グローブボックスの外へ試料を取り出し，微細加工を行ってトランジスタを作製した．このようにして作製したダイヤモンドトランジスタの移動度は，680 cm^2/(V・s)であった．この値は，以前に我々が報告したダイヤモンドトランジスタの移動度よりも2倍以上高く，他のグループから報告されているダイヤモンドトランジスタの典型的な移動度よりも3倍以上高い値である．高い移動度に加えて，ノーマリーオフ動作，低オン抵抗1.4 kOhm，高い規格化電流密度1600 μm mA/mmを同時に得ることに成功した．これらは，損失が少なく，高速動作可能なパワー半導体デバイスの実現へ向けた大きな成果である．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
