2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of diamond electron device using III-nitride nanolaminate singularity structure
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06419
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小出 康夫 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 部門長/理事 (70195650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井村 将隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80465971)
廖 梅勇 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (70528950)
劉 江偉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (30732119)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / ナノラミネート構造 / III族窒化物 / ヘテロ接合 / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では窒化物半導体のナノラミネート薄膜特異構造（膜厚１ｎｍ 以下に制御した極薄膜2次元多層膜特異構造）を作製しダイヤモ ンド電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)のゲート絶縁膜に応用し大電流のスイッチング動作を実現することを目指す。具体的には絶縁体ＡｌＮ（ｉ－ＡｌＮ）と導電体ＧａＮ(ｃ－ＧａＮ)を用いたｉ－ＡｌＮ／ｃ－ＧａＮ ナノラミネート特異構造を形成し、その微細構造 及び電気的特性を評価するとともにダイヤモンドＦＥＴのゲート絶縁膜に応用する。Ｈ２９年度成果は以下の通りである。
(1)その場膜厚モニターを装備させたＡＬＤ－ＭＯＶＰＥ成長装置の立ち上げを完了し、ＴＭＡｌとＮＨ３を用いたＡｌＮのＡＬＤモードＭＯＶＰＥ成長が可能であることを確認した。
(2)酸化膜シングル層および酸化膜２層スタック層をそれぞれゲートに用いた２種類のダイヤモンドＭＯＳトランジスタをオンチップ上で組わせることによって、しきい値制御された論理集積回路の作製に成功するとともに、同時に３００℃までの熱安定性を実証した。
(3)シリコン酸化膜ゲートの可能性を探索するためにＡ０１班藤岡代表グループとの連携研究開始し、ＮＩＭＳでのデバイスプロセシングと東大でのＡＬＤプロセスを組み合わせたデバイス作製プロセス試作に着手した。
(4)O.Auciello米国テキサス大ダラス校教授との共同研究に着手し、共同分担者を派遣して酸化物ナノラミネートゲート構造を作製する双方向プロセスを利用してデバイス作製を行う連携を開始した。
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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
初年度購入したIII族窒化物AlNおよびGaNを成長させるALD-MOVPE装置は、その場膜厚モニター用エリプソメータを装備する形で立ち上げを完了し、AlNのALDモードMOVPE成長に成功している。H30年度においては、AlN/GaNナノラミネート構造の試作が可能になる予定である。一方、酸化物スタックゲート構造を用いたダイヤモンドMOSトランジスタは、ノーマリオン／オフ制御原理を発見するとともに論理回路の試作に成功し、300℃までの熱安定性を実証しており、H29年度の主要成果として登録した。
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| Strategy for Future Research Activity |
米国テキサス大ダラス校のOrland Auchiello教授グループに研究分担者である劉独立研究者が一か月間滞在することによって、ALD装置を持ちいてTiO2/Al2O3ナノラミネート膜ゲート構造を作製し、NIMSに帰ってからMOSトランジスタを完成させるプロセス共同研究を実施する。国際共同連携を通して酸化物ナノラミートゲート構造の実証実験を試みることに着手し研究加速を計画している。
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