| Project/Area Number |
23K23242
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| Project/Area Number (Other) |
22H01974 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
嘉数 誠 佐賀大学, 理工学部, 教授 (50393731)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SAHA・NILOY CHANDRA 佐賀大学, 理工学部, 助教 (20933089)
高橋 和敏 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (30332183)
大石 敏之 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40393491)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / パワー半導体 / ダイヤモンド半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
ダイヤモンド半導体は5.5eVのバンドギャップを有し、次々世代パワー半導体として期待
されている。応用上課題だったダイヤモンドウェハの大口径化は、申請者らによるサファイア基板上ダイヤヘテロエピタキシャル成長で2インチ径まで可能になった。 本研究は、結晶格子の異なる基板上に成長するダイヤモンドヘテロエピ成長の機構を学術的に解明するものである。本研究の成果は、次々世代パワー半導体デバイスの最重要な要素技術を確立し、半導体/金属/酸化物絶縁体という新結晶系の組合せのヘテロエピタキシャル成長の学術的分野を拓くものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド半導体は5.5eVのバンドギャップを有し、次々世代パワー半導体として期待されている。本研究の目的は、結晶格子の異なる基板上に成長するダイヤモンドヘテロエピ成長の機構を学術的に解明することである。
①「結晶格子の異なる基板上にバッファ層とダイヤ層がエピ成長する機構の解明」今年度は、新規にCVD装置を立上げ、三方晶サファイアの(11-20)面上に立方晶Irを堆積し、ダイヤの結晶成長を行った。ある限定された堆積条件でIr(001)面方位がエピ成長するが、それ以外では(111)面方位が成長することが明らかになった。またダイヤモンド核形成条件も、ある限られた成長条件でのみ、ダイヤモンド核形成がおこり、畝構造になり、溝の下部からダイヤ三次元島が成長し、島が合体し、層成長に移っていく過程を観察した。②「ダイヤヘテロエピ成長層中の転位、欠陥の発生と伝搬機構の解明」転位をX線回折やTEM観察で調べた。③-1「ダイヤヘテロエピ膜とバッファ層の残留応力、結晶の反り、クラック抑制の機構の解明」応力は、基板の温度分布によっても起こること。成長後の、試料冷却過程を工夫することで、クラックが抑制できることがわかった。ダイヤモンドに対する、サファイア基板の熱膨張率差で定量的に解析を進める。③-2「オフ基板によるダイヤの応力緩和とクラック抑制の機構の解明」新規装置で成長したダイヤモンドにおいても、サファイア基板の傾斜基板を用いるとXRC FWHMが狭くなり、結晶品質が向上することがわかった。④「デバイス特性に影響を与えるダイヤヘテロエピ膜の結晶品質の解明」異なる品質のダイヤ膜上にFETを作製し、XRCの半値幅とFET特性との相関から、高品質な結晶性ほどFET特性に優れていることがわかった。ダイヤモンドFETで4000Vを超える世界最高の出力電圧を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイヤモンドの成長機構は、順調に明らかになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、新規CVD装置を使って、より幅広い成長条件で、Ir緩衝層の堆積、ダイヤモンド成長層の成長を行い、成長機構を定量的に評価できるように試みていく。ダイヤモンド結晶品質の向上と共に、ダイヤモンドMOSFETの性能は着実に向上しており、今までの成果の総まとめとして、特許化、論文化を精力的に進めていく。
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