2020 Fiscal Year Annual Research Report
窒素ドーピング技術を用いた超低損失反転層ダイヤモンドMOSFETの開発
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19K15042
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
松本 翼 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 准教授 (00739568)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / MOSFET / パワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド半導体は、優れた物性を有しているが、新しい半導体であるがゆえに、デバイス応用は進んでいない。申請者は世界に先駆け、リンドープn型ダイヤモンドを用いた反転層MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）の作製、動作に成功した。しかし、そのチャネル移動度は31 cm^2/Vsと、1,000 cm^2/Vsを超えるバルク移動度に比べ、非常に低い。本研究開発では、MOS構造における半導体の不純物濃度や表面ラフネスが、反転層ダイヤモンドMOSFETの低いチャネル移動度の原因である界面準位やキャリア散乱に与える要因を科学的に明らかにすることを目的に、申請者が独自に開発を進めてきた不純物濃度と平坦性の制御に優れた窒素ドーピング技術を導入する。
これまで10^17 ~ 10^21 cm^-3の範囲で制御可能だった窒素濃度を10^16 cm^-3台に広げることができたが、他の不純物濃度が低減できておらず、n型ダイヤモンドとしての窒素濃度は低減できてない。一方、ホウ素ドープp型ダイヤモンド表面のラフネスを低減させることで、MOSキャパシタにおいては10^11 cm^-2eV^-1台が得られており、MOSFETにおいても表面ラフネスを低減させることを目的に行ったチャネル部の追成長により、同一デバイスで移動度を5倍、ドレイン電流密度を10倍程度まで改善することに成功した。しかし、本来の目的であった表面ラフネスと欠陥、移動度の相関については窒素濃度の低濃度化に時間を要し、明確にするところまでできなかった。今後の課題として残った。また、今後に向けてデバイスシミュレーションの土台を構築した。
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