ダイヤモンド・パワーエレクトロニクス：革新的デバイス技術の提案と実証

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01431
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 大村 一郎 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (10510670)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邉 晃彦 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (80363406) ; 附田 正則 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 特任准教授 (00579154) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 超高耐圧パワー素子 / RESURF構造 / 不純物活性化

Outline of Annual Research Achievements

昨年までに、各種装置を導入しp型、n型のダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長させ試作プロセスを確立した。本年度はデバイスを設計・試作並びに電気評価を行った。
デバイス構造は、確実に特性が得られるp型層でi型層を挟んだpip構造を新たに用いた。本構造の利点は、不安定なPN接合を形成せずに高耐圧デバイスで重要なi層の特性を計測できる事である。試作では、昨年度確立したプロセスを用い基板表面にp層、i層、ｐ層のダイヤモンド膜を順次合成し、電極及び保護膜を形成して電気特性を計測するデバイス構造を形成した。各層の状態を確認するために、pip構造形成時不純物プロファイルおよび電気特性を評価した結果、ボロンドープしたp層では19乗台のドーピング濃度を達成し、ホール効果測定によりp型であることも確認した。i層合成プロセスの装置依存性を調べた結果、ボロンドーピング用の装置を用いた場合、残留ボロンの混入が認められた。一方i型層合成専用の装置を用いた場合、高濃度のボロンをドープした薄膜上にi層を合成しても薄膜内に不純物は混入せず、基板温度400℃で十分な絶縁性得られた。
以上の結果を踏まえ、本学マイクロ化総合技術センタの環境も含めプロセスインテグレーションを行い、デバイスを試作した。表面導電層によるリーク対策のためデバイスはpipメサ構造とし、SiO2薄膜をマスクとした選択成長プロセスを確立し、試作に用いた。デバイス表面は酸素終端に置換したのちにSiO2薄膜で素子分離した。評価したIV特性には印加電圧に対するスナップバックが現れ、その際の電界が約900kV/cmであった。シリコン素子でもpip構造ではスナップバックが起きることが知られており、比較によりダイヤモンド高耐圧デバイス構造や終端構造で重要なi層の特性を今後明らかにしていく。
なお、本成果は、査読付き国際会議に論文投稿している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。