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Improving the output current of boron-doped diamond MOSFETs

Research Project

Project/Area Number 23K03966
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

劉 江偉  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主幹研究員 (30732119)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsダイヤモンド / MOSFET
Outline of Research at the Start

Our research focuses on advancing the development of diamond-based electronic devices for high-voltage, high-temperature, and harsh-environment applications. The applicant will try to resolve the low output current problem in boron-doped diamond metal-oxide-semiconductor field-effect transistors.

Outline of Annual Research Achievements

ダイヤモンドは、高い耐電界、高いキャリア移動度、高い熱伝導率を持つ、高出力、高周波、高温の電子デバイスの応用が研究されている。今年度で、高性能ホウ素ドープダイヤモンド金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、製造プロセスとデバイス構造の改善により、室温で動作するMOSFETのドレイン電流の最大値は-1.2 mA/mmであり、300℃での値は-10.9 mA/mmです。いずれも10^9を超えるオン/オフ比を示し、その外部的トランスコンダクタンスの最大値は、それぞれ29.0 μS/mmおよび215.7 μS/mmです。これらの特性は、以前の研究で報告された値を上回っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、高電圧、高温、過酷な環境での応用に向けたダイヤモンドベースの電子デバイスの開発を進めることで、ホウ素ドープダイヤモンド金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)における低出力電流の問題を解決することです。本年度では、ホウ素ドープダイヤモンドのMOSFETの製造プロセスとデバイス構造の改善して、MOSFETのドレイン電流の最大値と外部的トランスコンダクタンスの最大値は、以前の研究で報告された値を上回っている。

Strategy for Future Research Activity

ホウ素ドープダイヤモンドMOSFETの電気特性をさらに向上させるために、今後の研究の
推進方策は以下になります。
(1)ホウ素イオン注入でMOSFETのオーム接触の改善: ホウ素イオン注入を利用してオーム接触を向上させる。この技術により接触抵抗が低減し、MOSFETの電気特性が向上する。
(2)電子アクセプタ層を形成してダイヤモンドホール濃度の増加: ホウ素ドープダイヤモンドチャネル層に亜鉛ドープまたは窒化物ドープのAl2O3アクセプタ層を導入し、ホール濃度を増加させる。低出力電流の問題を解決し、高電圧、高温、過酷な環境での応用におけるダイヤモンドベースの電子デバイスの進歩に貢献する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Suppression of High Threshold Voltage for Boron-Doped Diamond MOSFETs2024

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Teraji Tokuyuki、Da Bo、Koide Yasuo
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Electron Devices

      Volume: 71 Issue: 3 Pages: 1764-1768

    • DOI

      10.1109/ted.2024.3356468

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electrical property improvement for boron-doped diamond metal-oxide-semiconductor field-effect transistors2024

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Teraji Tokuyuki、Da Bo、Koide Yasuo
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 124 Issue: 7 Pages: 072103-072103

    • DOI

      10.1063/5.0194424

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ホウ素ドープダイヤモンド金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ2024

    • Author(s)
      劉 江偉, 寺地 徳之, 達 博, 小出 康夫
    • Journal Title

      NEW DIAMOND 誌

      Volume: 40 Pages: 19-21

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diamond Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors on a Large-Area Wafer2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Ohsato Hirotaka、Da Bo、Koide Yasuo
    • Journal Title

      2023 IEEE 6th International Conference on Electronic Information and Communication Technology (ICEICT)

      Volume: 1 Pages: 1-3

    • DOI

      10.1109/iceict57916.2023.10245613

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ホウ素ドープダイヤモンド金属酸化物半導体界面効果トランジスタ2024

    • Author(s)
      劉 江偉, 寺地 徳之, 達 博, 小出 康夫
    • Organizer
      2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] High Thermal Stability for Boron-Doped Diamond Field-Effect Transistors2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Teraji Tokuyuki、Da Bo、Koide Yasuo
    • Organizer
      NIMS Award Symposium
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Boron-doped diamond MOSFETs2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Teraji Tokuyuki、Da Bo、Koide Yasuo
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会.
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] p-type hydrogen-terminated diamond-based MOSFET logic circuits.2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei
    • Organizer
      International Conference on Materials Science, Engineering and Technology
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Diamond Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistors on a Large-area Wafer2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei, Oosato Hirotaka, Da Bo, Koide Yasuo
    • Organizer
      2023 IEEE 6th International Conference on Electronic Information and Communication Technology (ICEICT)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Discussion on resistances in hydrogen-terminated diamond MOSFETs2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei, Oosato Hirotaka, Da Bo, Koide Yasuo
    • Organizer
      International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Boron-doped diamond MOSFETs with high output current and extrinsic transconductance2023

    • Author(s)
      Liu Jiangwei、Teraji Tokuyuki、Da Bo、Koide Yasuo
    • Organizer
      International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ホウ素ドープダイヤモンドMOSFETおよびその製造方法2023

    • Inventor(s)
      劉 江偉, 寺地 徳之, 達 博, 小出 康夫.
    • Industrial Property Rights Holder
      劉 江偉, 寺地 徳之, 達 博, 小出 康夫.
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-184542
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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