Fabrication of low-loss diamond power FET using giant poralization of ferroelectrics

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03248
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: KAWAE TAKESHI 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (30401897)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳田 規夫 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 電界効果トランジスタ / ワイドギャップ半導体 / パワーデバイス / ダイヤモンド / 強誘電体

Outline of Final Research Achievements

In this study, for wide-gap semiconductor diamond, we proposed the creation of field-effect transistor structure with a ferroelectric gate (FeFET), and investigated its superiority to conventional power devices.
We have demonstrated a current ON/OFF ratio of 10E+8 of diamond channel due to the modulation of huge amount of carrier by applying the gate voltage. In addition, about the pseudo normally-off operation of diamond FeFET using the remnant polarization of the ferroelectric gate, it has been demonstrated that the off-state can be maintained for up to 70 hours.
The above results indicate the new operating principle of a power FET realized by a ferroelectric gate, and are considered to contribute to the development of power devices using this structure in the future.

Free Research Field

電子デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

限りあるエネルギー資源の有効活用に資する新しい電子デバイスとして、強誘電体をゲートとした電界効果トランジスタを提案し、従来パワーデバイスに対する有用性を検証した。
新しいデバイス構造を用いる事で非常に大きな電流のオン・オフ制御が可能である事を実証した。また、新しい構造では余計な電力を必要とせずに電流オフ状態（待機状態）を維持する事も実証された。
以上の結果より、全世界的に求められている省エネ社会の実現に向け、本研究が明らかにした新たなデバイス構造は学術的成果のみならず人類社会の発展に大きく貢献するものである。