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Exploration of quantum transport in 2DHG diamond Nano-Fin structure and its FET application

Research Project

Project/Area Number 19K15030
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

KAGEURA Taisuke  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, NIMSポスドク研究員 (20801202)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsダイヤモンド / 微細加工 / 二次元正孔ガス / 電界効果トランジスタ / エッチング / FinFET / 水素終端 / 2DHG
Outline of Research at the Start

ダイヤモンドは、表面を水素結合(C-H)で終端させて負イオンが吸着することで、2次元正孔ガス(2DHG)層が表面近傍に形成される。2DHG層は浅いアクセプタ準位、高い表面キャリア密度を有しており、面方位に依らず誘起され、かつ広い温度領域で安定したp型伝導を発現する。一方、極微細化されたFin構造における伝導機構およびデバイス開発の報告はない。そこで本研究では、2DHGダイヤモンドNano-Fin構造の量子的な電気伝導機構の探索・解明を実施し、高電流密度・高移動度を有する2DHGダイヤモンドNano-FinFETを実現する。

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was to realize high-performance 2DHG diamond electronic devices with high current density and low on-resistance by utilizing the three-dimensional channel structure. In this study, we developed a novel diamond microfabrication technique and demonstrated the operation of a three-dimensional structured diamond electronic devices.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

優れた物性値から近年注目を集めているダイヤモンドパワーデバイスは、大電力を必要とする大型輸送車両などへ搭載することで大幅な省エネルギー化が期待され、衛星通信システムなどの高周波電力増幅器に適用することで飛躍的な通信速度の向上が期待されている。本研究成果は、三次元構造化によりダイヤモンドデバイスの性能を飛躍的に向上できることを示した共に、その過程で構築した微細加工プロセスは、ダイヤモンドを用いた他の量子デバイス(超伝導・スピン)へ応用可能であることを示した。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Crystal analysis of grain boundaries in boron-doped diamond superconducting quantum interference devices operating above liquid helium temperature2021

    • Author(s)
      Morishita Aoi、Amano Shotaro、Tsuyuzaki Ikuto、Kageura Taisuke、Takahashi Yasuhiro、Tachiki Minoru、Ooi Shuuichi、Takano Miwako、Arisawa Shunichi、Takano Yoshihiko、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: - Pages: 379-388

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2021.04.097

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge-carrier mobility in hydrogen-terminated diamond field-effect transistors2020

    • Author(s)
      Sasama Yosuke、Kageura Taisuke、Komatsu Katsuyoshi、Moriyama Satoshi、Inoue Jun-ichi、Imura Masataka、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Uchihashi Takashi、Takahide Yamaguchi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 127 Issue: 18 Pages: 185707-185707

    • DOI

      10.1063/5.0001868

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Over 12000 A/cm2 and 3.2 mΩ cm2 Miniaturized Vertical-Type Two-Dimensional Hole Gas Diamond MOSFET2020

    • Author(s)
      Iwataki Masayuki、Oi Nobutaka、Horikawa Kiyotaka、Amano Shotaro、Nishimura Jun、Kageura Taisuke、Inaba Masafumi、Hiraiwa Atsushi、Kawarada Hiroshi
    • Journal Title

      IEEE Electron Device Letters

      Volume: 41 Issue: 1 Pages: 111-114

    • DOI

      10.1109/led.2019.2953693

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Diamond Superconducting Quantum Interference Devices with New Structure of Josephson Junctions for Magnetic and Quantum Application2020

    • Author(s)
      Y. Takahashi, S. Amano, A. Morishita, T. Kageura, Y. Takano, M. Tachiki, S. Ooi, S. Arisawa, H. Kawarada
    • Organizer
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 単一段差ジョセフソン接合で構成されるダイヤモンドSQUIDの作製2020

    • Author(s)
      高橋 泰裕, 天野 勝太郎, 森下 葵, 蔭浦 泰資, 高野 義彦, 立木 実, 大井 修一, 有沢 俊一, 川原田 洋
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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