2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study of impact ionization process in diamond for developing diamond avalanche diodes
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17K14914
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
嶋岡 毅紘 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, 外来研究員 (80650241)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 衝突イオン化 / リーク電流 / ベータボルタ電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はダイヤモンドの衝突電離機構を実験的に明らかにすることで、耐環境性を持つダイヤモンドアバランシェダイオード実現のための指針を得ることである。令和元年度は平成30年度に引き続き、室温での衝突イオン化係数評価、ならびに高温下での評価系構築に取り組んだ。メサ構造を有するpinダイオードを作製、電流の低いものを選定した。電子線照射、紫外線照射下での電流の電界強度依存性を評価したものの、素子のリーク電流増加に伴うS/N劣化に伴い、明瞭な増幅現象の観測には至らなかった。リーク電流を増加させる欠陥検出を電気特性評価とエッチピット形成の組み合わせにより試みたところ、転位が凝集した箇所でリーク電流が増加する傾向にあることを確認した。高温評価系の構築としては、当所に既存のマイクロプローブチャンバーに重水素ランプを取り付け、昇温下で紫外線を照射できる系を構築した。
また、派生した研究テーマとしてpn接合ダイオードの電子ビーム照射下でのダイオードの順方向特性を評価し、ベータボルタ電池としての特性を評価した。形状因子、電子正孔対生成平均エネルギーから変換効率を算出したところ、28%の高い変換効率を示した。この値はベータボルタ電池として半導体で最良のものである。
本年度得られた研究成果について、エッチピット法によるダイオードの不良解析に関する論文を1報発表した。また、ダイヤモンドのベータボルタ電池特性に関する論文1件の誌上発表を予定している。
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