2022 Fiscal Year Annual Research Report
Develop a carrier control method for diamond using heterojunction doping technique
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20H00313
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小出 康夫 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, グループリーダー (70195650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
劉 江偉 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, 主幹研究員 (30732119)
廖 梅勇 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, 主席研究員 (70528950)
井村 将隆 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, 主幹研究員 (80465971)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / III族窒化物 / ヘテロ接合 / ナノラミネート構造 / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
基盤研究(A)の目的はヘテロ接合窒化アルミニウム（AlN）からのキャリアドーピング、およびナノラミネート酸化物薄膜の巨大誘電率効果を利用して、高濃度キャリアを確保・制御する原理の実証とともに電界効果トランジスタを作製ことにある。2022年度の研究実績は以下の通りまとめられる。
①2021年までに確立した原子層堆積(ALD)型MOVPE法により、従来に比較して原子層レベルで平坦且つ配向性・結晶性に優れるサファイヤ基板上AlN単結晶薄膜の成長に成功し論文発表した。[Imura and Koide et al. AIP Advances, 12 015203 (2022)]
②TiOx／AlOyナノラミネート膜の巨大誘電率のメカニズムを解明する目的に沿って、二つのメカニズム仮説「擬似混晶としての金属界面の空乏層容量」および「酸素空孔拡散・蓄積に起因する界面ダイポール生成」を提唱する論文を発表した。[Liu, Imura, Liao, Koide et al. Nanomaterials, 13, 1256 (2023)]
③関連して進めてきた、ダイヤモンドに対してアクセプタドーパントであるボロン(B)を添加した酸素終端ダイヤモンドに対してALD-Al2O3をゲート酸化膜とするMOSFETを世界最高性能のドレイン電流値を達成し、論文発表した。[Liu, Koide et al. IEEE Tran. EDL, 70, 2199-2203 (2023)]
④同様に関連して進めてきた水素終端ダイヤモンドのMOSFETのコンタクト抵抗、チャネル抵抗、及び表面抵抗を解析することによってFETデザインによる抵抗低減の重要性を提案した論文発表を行った。[Liu, Koide et al. IEEE Trans. EDL, 69, 1181-1185 (2022)]
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の成果である原子層堆積(ALD)型MOVPE法によりAlN、GaN、およびAlGaNの原子層堆積法を確立しサファイヤ上AlNの高品質化技術を開発した成果の論文発振、およびTiOx[x nm]／AlOx[y nm]（x, y = 1～2 nm）ナノラミネート膜の巨大誘電率を生み出す二つのメカニズムを提示する論文発振、これまでも進めてきた水素終端ダイヤモンドMOSFETの抵抗成分解析やボロン添加型酸素終端ダイヤモンドMOSFETの世界最高性能を達成する論文発振を行ったことは大きな成果であると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年最終年度は昨年度までに開発および確立した手法を用いて以下の通り進める。
(1)濃度1E20/cm3程度までのMgドープAlNをダイヤモンドエピ基板上に成長させAlN/ダイヤモンドFETの実証を試みる。同時にALD-AlNをダイヤモンドに堆積させHFET動作を実証する。ホール効果測定からダイヤモンド界面に発生する正孔キャリアを確認するとともに、Mg濃度と正孔濃度との関係を調べる
(2)昨年度詳細に調べた原子層堆積（ALD）法を用いたTiOx[x nm]／AlOy[y nm]（x,y < 1nm）ナノラミネート膜を用いてダイヤモンドFETおよびキャパシタを作製し、トランジスタ特性の高性能化とシミュレーションによる静電容量増大効果を検証する。
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