2021 Fiscal Year Research-status Report
宇宙空間・廃炉現場での動作を可能とする超低損失パワーＦＥＴの創出
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20K04595
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
川江 健 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (30401897)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 宏之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員 (90637886)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / ダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / パワーデバイス / ガンマ線照射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強誘電体ゲート型ダイヤモンド電界効果トランジスタ（ダイヤモンドFeFET）に対する放射線耐性の検証およびデバイス特性の劣化要因を明らかにする事を目的とした研究を遂行する。
今年度の研究推進方策に挙げたダイヤモンドFeFETにおける熱拡散を考慮した「PZTゲートの高温堆積（非晶質成分の抑制）」、「バリア層の導入（チャネル側への拡散防止）」、プロセスを取り入れたデバイス形成を実施した。また、前年の研究実施結果に基づきダイヤモンドチャネルを形成した。
ガンマ線照射実験に関して、デバイス構成物質の結合切断などの直接的な破壊現象の有無に関する検証を念頭に置いた10数kGyオーダーまで強度を引き上げたガンマ線照射に対する検証実験を行った。
具体的には、前年度に続いて強誘電体層として化学溶液堆積法により堆積したPZTを用いて、原子層堆積法を用いてp+ダイヤモンド層上に堆積したAl2O3層と組み合わせたMFISゲート構造を形成した。また、p-チャネル層に対するp+層の選択ホモエピ成長を用いてオーミック部を形成したダイヤモンドチャネルを形成した。
両デバイス構造部に対して、前年度の約1000倍となる最大強度12.5kGyのガンマ線を照射した結果、MFISゲート構造における強誘電性・誘電性の低下やゲート漏れ電流の増加や結晶構造の変質といった特性劣化は一切確認されなかった。また、ダイヤモンドチャネルの導電性低下やオーミックコンタクト部の劣化に由来するI-V特性の非線形性といった変化は一切確認されなかった。さらに、上記検証に関して複数試料および同一基板面内での劣化の有無についても詳細に検証を行ったところ、特定部位の劣化等も見られず、極めて再現性の高い検証結果である事を確認した。
以上の結果より、改めて当該材料系で構成するパワーFET構造の明確な優位性を実証するに至った。
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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
R3年度遂行の研究において、前年度からの推進方策として掲げた強誘電体ゲートダイヤモンドFETの基幹部となるMFIS型ゲート構造およびダイヤモンドチャネルの形成を行い、各構造に対する10kGyを超える高強度ガンマ線照射に対する耐性を確認した。特に、最も懸念していたMFIS型ゲート構造部における強誘電体層の結晶構造の変質・劣化やリーク電流増加は見られず、当該構造および構成物質の強靭性を改めて実証したものと認識している。
また、選択成長を利用したダイヤモンドチャネル構造に関しても、前年に予備検証として作製・実施したZnOチャネルに対する実験結果と比較して、チャネル層の強靭さに加えてオーミックコンタクト部の安定性が明白である結果を得た。
以上の事より、改めて当該材料系で構成するパワーFET構造の明確な優位性を実証するに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイヤモンドFeFETを構成するMFISゲート構造およびダイヤモンドチャネル各部の優れたガンマ線照射耐性を確認した事から、ダイヤモンドFeFETデバイス構造を形成し、より詳細なデバイス特性の変化・劣化の有無を総合的に検証する。
また、衛星軌道上かつ超長期使用を想定したガンマ線照射に対するデバイス構造および構成物質の変質・劣化の有無を検証する事を目的とし、MGy級オーダーまで強度を引き上げたガンマ線照射実験と検証を行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、研究分担者であるQST・岡崎の研究活動が制限され、分担金の一部が未執行となった。
当該の差額に関しては、次年度の研究遂行を加速する事を念頭に、主に分担者・岡崎との研究打ち合わせおよびQSTでのガンマ線照射実験に係る旅費に充当する。
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Research Products
(3 results)
