2019 Fiscal Year Research-status Report
水素含有酸化アルミニウム薄膜による水素終端ダイヤモンドMOSFETの高耐圧化
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18K13804
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
藤井 茉美 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (30731913)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / キャパシタ / 酸化アルミニウム / 水素終端 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素終端ダイヤモンドを用いた電界効果トランジスタの表面保護による，素子高性能化を目的としている．
ダイヤモンドは，表面を水素終端化するとp型伝導性を示すことが知られているが，大気中において酸素終端表面よりも不安定であり，長期間大気にさらされるとp型表面伝導層の伝導性は劣化してしまう．そのため、デバイス応用の場合は絶縁膜など保護膜を形成し，水素終端表面を保護する．Al2O3は優れた電気的絶縁性を持ち，耐熱性にも優れ，ダイヤモンドを用いた電界効果トランジスタなど電子素子のゲート絶縁膜として有望であると報告されている．成膜手法は原子層堆積法（ALD）が用いられる．この時のAl2O3の原料ガスとしてはTMA(trimethylaluminum, (CH3)3Al)が広く使用されているが，本研究ではTMAに代わりメチル基の1つが水素と置き換わったDMAH(dimethylalminum hydride, Al(CH3)2H)を用いた．これにより，不純物炭素の現象と膜中水素による水素終端面の安定化を期待した．
これまでに，DMAHを用いて成膜したAl2O3では，膜中炭素の現象および水素の増加がみられた．また，キャパシタの容量―電圧特性および電流―電圧特性より，界面欠陥の低減および固定電荷の減少が示唆された．これに伴い，キャパシタのリーク電流が抑制できたことが解った．
本年度はDMAHを用いて製膜したAl2O3の条件をみなおし，さらに性能の向上と原理の理解を進めた．結果として，成膜温度を上昇させると膜中不純物の炭素が減少するものの，水素量が不安定に変化することが解り，トレードオフの関係と言える．一方で，前駆体現象DMAHのガス供給時間を変えると，炭素量は低く抑制されたまま，水素量を制御できることが解った．この条件を用いて，より炭素不純物が少なく，水素量の多い条件で素子作製と評価を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在は予定していた5段階のステップのうち，段階４に当たる．新規原料を用いたAl2O3薄膜の有用性についてはある程度示すことができたものの，その原理の解明や分析が不十分である．理由は，予定してい分析装置が使用できなかったことや，測定・分析を予定していた学生の就職活動に混乱が生じたことなどにより，研究従事時間が減少したためである．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間1年延長により，遅れていた分析を進めていく．
従事する学生を1名増加させ，学生および技術補佐員による分析・測定を進める．絶縁膜内の不純物分析と表面結合状態分析，キャパシタ・トランジスタの測定を複数回行う必要がある．
研究代表者はこれまでと同様に，担当学生の実験サポートを行い，上記分析とデータ解析，考察を行う．
薄膜中の不純物分析はこれまで研究代表者または学生が直接実施していたが，技術職員や外部分析会社に依頼して測定し，時間短縮を図る．
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| Causes of Carryover |
発表予定の学会が中止や延期となった．次年度以降の学会発表に対する参加費や旅費に充当する．（50万円程度）
急遽使用不可となった分析装置があった．今後，分析等の効率化のため外注分析費用として使用する．（30万円程度）
実験自体に遅れが生じており，必要な実験材料の購入が後ろ倒しになっている．測定の効率化を図るため，測定スキームの自動化を行いたく，そのための測定器・プログラミング費用に充当する．（60万円程度）
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