2017 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of low-loss diamond power FET using giant poralization of ferroelectrics
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17H03248
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
川江 健 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (30401897)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳田 規夫 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (80462860)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標として、「不純物準位の深いワイドギャップ半導体ダイヤモンド」に対し、室温で効率的なキャリア誘起を実現し、結果として低損失・高効率なダイヤモンドパワーデバイスを実現する事にある。この目標の達成を目指すアプローチとして、「巨大分極誘起を可能とする強誘電体」をゲートとした電界効果トランジスタ（FET）を作製する事により、ダイヤモンド半導体の本質的な問題解決を図ると同時に、実応用を指向したパワーFETデバイスの創出を目指す。初年度の研究課題として、「強誘電体をゲートとする事で、ダイヤモンドに対する効率的なキャリア誘起は本当に可能なのか？」という原理的な問いに関して、実証実験に取り組んだ。
具体的には、有機強誘電体VDF-TrFEをゲートとし、ウルトラライトドープとしたバルクダイヤモンドをチャネルとしたMFS型FET構造を作製し、室温におけるFETの動作およびオン電流値を検証した。
作製したMFS型FET構造は典型的なデプレッション型のFET特性を示し、VDF-TrFEがゲート絶縁膜として十分に機能している（ダイヤモンドのキャリアに対するオフセットが得られている）事を確認した。また、実験結果から、バルクチャネル型ダイヤモンドMESFETで従来より報告されている値に対して訳10倍のオン電流密度を確認した。
以上の事より、本研究の根幹となる強誘電体ゲートを利用したダイヤモンドチャネルに対する効率的なキャリア誘起は原理的に可能である事を実証した。
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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
本研究課題の第1段階である、「強誘電体ゲートを用いたダイヤモンドチャネルに対する効率的なキャリア誘起」が可能である事を実証した。
2018年度は、上記の前年度成果を基に第2段階と位置付ける「巨大分極誘起能を有する強誘電体」をゲートとしたFET構造の作製および超低損失動作に向けた高オン電流の実証を目指す。
なお、当該構造の形成に関するプロセス検討も順調に進んでおり、現段階においては本研究は順調に進展しているものと自負する。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度成果を基に第2段階と位置付ける「巨大分極誘起能を有する強誘電体」をゲートとしたFET構造の作製および超低損失動作に向けた高オン電流の実証を目指す。
なお、当該構造の形成に関するプロセスの検討として、現段階までに原子層堆積（ALD）法を用いたゲート絶縁膜のダイヤモンドチャネル上への形成を進めている。
このゲート絶縁膜/ダイヤモンド積層構造上に強誘電体として、BiFeO3もしくはPb(Zr,Ti)O3を堆積し、バンドオフセットを考慮したMFIS型ゲート構造を形成し、目的達成を目指す。
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