2016 Fiscal Year Annual Research Report
極限環境用ダイヤモンドナノマシンロジック回路基盤技術の構築
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15H03999
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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 (70195650)
戸田 雅也 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40509890)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / ＭＥＭＳ / スイッチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極限環境では、電気信号に安全、迅速に応答及び制御するため、熱的に安定した耐放射線性論理回路が必要である。従来の半導体デバイスは、熱リーク電流の問題があり、オン/オフ比または高温で出力が低減する。本研究では、従来のスイッチの問題点を克服するため、極限環境でも動作できるダイヤモンドナノマシンロジック回路を目指す。2016年度は、2015年度ダイヤモンド機械共振子におけるエネルギー散逸機構も解明した上に、高品質結晶ダイヤンモンド及び高品質係数を持つ機械共振子の作製に成功した。さらに、ダブルゲートがある単結晶ダイヤモンドナノマシンスイッチを作製した。具体的には、以下の通りです。
(1) 高品質単結晶ダイヤモンドの成長及び高品質因子機械共振子の作製
高信頼性MEMSスッイチングデバイスの実現のために、高品質因子を持つ単結晶ダイヤモンド機械共振子を作製して、その機械共振子の機械共振性能を測定した。(i)カーボンイオン注入されたダイヤモンド基板の上に、ダイヤモンドエピタキシー層を成長して、2-12um幅、0.１-1.8um厚さ、30-160um長さを持つ様々な単結晶ダイヤモンド機械共振子を作製した。(ii)レーザードップラー干渉速度と変位法を利用し、作成された単結晶ダイヤモンド機械振子の共振周波数を評価した。ダイヤモンド共振器の厚さに対する品質係数の依存性が観察された。イオン注入された単純なダイヤモンド基板から作る機械共振子は、イオン注入によって誘発された欠陥の存在のために、約１００非常に低い品質係数を持った。エピ層の厚さが０．1umから1.8umに増加し、品質係数は3000－40000に向上した。
（２）単結晶ダイヤモンドロッジ子の試作
電子ビームリソグラフィを用いて、ダブルゲートダイヤモンドスイッチとインバータとXORの論理回路を作製した。
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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
ダイヤモンド機械共振子の作製は、ダイヤモンドNEMSスイッチを開発する必要がある。 今年度は、ダイヤモンド共振子の特徴を明らかにし、高品質因子機械共振子を改善する方法を提案した上に、約40,000の品質因子を持つ機械共振器の作製に成功した。 また、ダイヤモンドNEMSスイッチを製作した。 上記の結果はプロジェクトの計画と一致する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、目標を達成するために、オフ角ダイヤモンド基板を利用して、ダイヤモンドエピ層の結晶品質を向上する。前年度に解明したエネルギー散逸機構および実験結果に基づいて、超高品質値のMEMS/NEMS共振子を開発する。また、ダブルゲートＮＥＭＳスイッチの作り方を改善する。具体的には、以下の通り。
(1) 超高品質因子MEMS共振子の作製：高信頼性MEMSスイッチの開発のために、高品質単結晶ダイヤモンドMEMS/NEMS共振子の作製が必要である。(i)基板の欠陥を低減するために、高温でアニールする。（ii)イオン注入されたダイヤモンド基板の上に高品質ダイヤモンド成長する。(iii)ダイヤモンドMEMS共振子を作成する。（iv）引き続いて、表面欠陥の減少ために、MEMS共振子は酸素雰囲気中でアニールする。（ｖ）単結晶ダイヤモンドカンチレバーの共振周波数および品質因子は、光や電気的方法によって評価する。最終目的は、１００，０００以上ダイヤモンドMEMS/NEMS共振子を目指す。
（２）単結晶ダイヤモンドダブルゲートスイッチの作製：(i) 昨年度の結果によって、ダブルゲートスイッチの作製プロセス、たとえば、ダイヤモンドのホウ素含有量、スイッチの形状及びエッチングプロセスを改善する。(ii) 開発されるダブルゲートスイッチを利用して、電子機械ロジックの作製と評価をする。
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