2016 Fiscal Year Research-status Report
酸化物半導体を用いた透明ダイオードの開発とエナジーハーベスティング回路への応用
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16K06327
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前元 利彦 大阪工業大学, 工学部, 教授 (80280072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉村 勉 大阪工業大学, 工学部, 教授 (00460767)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酸化物半導体 / セルフスイッチングダイオード / エナジーハーベスティング / レクテナ / フレキシブル / 薄膜トランジスタ / RFID |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、pn 接合やショットキー型の接合を用いずに酸化物ワイドバンドギャップ半導体でかつ透明な酸化亜鉛（ZnO）を用いてナノ構造を有する完全透明なプレーナ型のセルフスイッチングダイオード（Self-Switching Diode; SSD）を開発することを目的とする。さらに応用展開として、電波を用いた高周波タグのデータを非接触で読み書きするRFID（Radio frequency identifier）システムや、マイクロ波を直流電流に整流変換するアンテナであるレクテナ（Rectifying antenna）へ利用することで、無線LAN のような微弱電波やマイクロ波エネルギーを高効率で電流に常時変換できるエナジーハーベスティング回路への応用を目指す。
平成28度は酸化亜鉛薄膜の室温形成とその特性向上、デバイスプロセスの簡略化、素子構造と整流比の改善を目的として、MIS構造を有するセルフスイッチングダイオード（MIS-type SSD）を作製し、その電流-電圧特性や整流比を評価した。プラスチックのような熱に弱い基板にも応用できるように、基板加熱せずにガラス基板上にZnO薄膜を成膜し、MIS型SSDの作製を行った。プロセスの観点から、従来のプレーナ型SSDでは電子ビームリソグラフィを用いていたため作製プロセスが複雑であったが、フォトリソグラフィを用いることにより加工プロセスが簡略化された。電気特性の観点から、MIS型SSDは薄膜トランジスタ（TFT）構造と類似する構造を持ち、TFTの大きなオン-オフ比を整流特性に反映できることから、ゲートとソースを導通させたことで容易にダイオード特性が得られた。作製されたMIS型ZnO-SSDの電流-電圧特性から、最大電流値7.0mA/mm、6桁以上の整流比が得られ、我々が以前報告したZnO-SSDと比べ、整流特性が大きく改善された。
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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
本研究の目的は、酸化物ワイドバンドギャップ半導体でかつ透明な酸化亜鉛（ZnO）を用いてナノ構造を有する完全透明なプレーナ型のセルフスイッチングダイオード（Self-Switching Diode; SSD）を開発することである。
薄膜の成長については、パルスレーザーアブレーションを用いた室温成膜において成長条件の最適化によりガラス基板上、プラスチック基板上ともに比較的移動度が高く、濃度制御されたZnO薄膜が得られることが分った。得られた薄膜を用いてL溝を有するSSDやゲート制御型のデバイスを作製し、その電気特性を評価した。作製したMIS型ZnO-SSDの電流-電圧特性から、大きな整流比が得られることを明らかにした。
今後、構造の最適化を進めながら特性向上を図る必要もあるが、概ね初年度の目標は達成された。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.ZnO薄膜の結晶成長と高移動度化：レクテナを開発する上で母体となる半導体の結晶の電気特性は重要である。スパッタ法を始め、良質な薄膜が得られるPLD 法、低コスト・大面積化にも展開できる溶液法など、様々な手法により薄膜の結晶成長を行い、成長条件の最適化により高い電子移動度をもつレクテナに最適なZnO 薄膜を得る。
2.ZnO-SSD微細加工技術の確立：得られたZnO 薄膜を電子ビームリソグラフィもしくはナノインプリント法によりSSD に加工し、設計通りのSSD が得られるよう露光・現像条件の最適化を図る。
3.立ち上がり電圧の低電圧化とSSDの整流比の改善：SSD の整流特性における立ち上がり電圧はL 溝の寸法に大きく影響する。多チャンネル化にすることにより電流を増大させることができ、さらに高誘電率材料を表面に形成することで大きな電界効果が得られる。酸化ハフニウムやチタン酸ストロンチウムなどの材料をキャップし、立ち上がり電圧の制御と理想的なダイオード特性であるゼロ電圧化を目指す。
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| Causes of Carryover |
平成28年度は、おおむね研究は順調に進展でき予算も執行できたが、備品購入の時期により466円が残額となってしまった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
少額でもあるので、平成29度に回して確実に執行する。
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Research Products
(13 results)
