2022 Fiscal Year Annual Research 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 | ダイヤモンド / 強誘電体 / 電界効果トランジスタ |
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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。
今年度の研究推進課題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について、前年の研究実施結果に基づき改善を図った。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-/p+ダイヤモンド多層膜上にサーマルALD堆積したAl2O3層と組み合わせたダイヤモンドMFISゲート構造を形成した。
ダイヤモンドMFISゲート構造に対する静特性の検証を行ったところ、PZTの強誘電性・誘電性および深刻なゲート漏れ電流は一切確認されなかった。一方、C-V特性上において、電荷蓄積型ヒステリシス特性が確認され、PZT/Al2O3/ダイヤモンド界面における電荷蓄積層の存在が明らかとなった。
Au/Al2O3/ダイヤモンドMOS構造に特化した測定検証を実施したところ、ダイヤモンド終端構造に対する後処理プロセスが強く影響する事が判明した。特に理想的なAl2O3/ダイヤモンド界面を指向したダイヤモンド表面のOH終端化およびp-ダイヤモンドの欠陥抑制が極めて重要である事を明らかにした。さらに、上記アプローチのみならず、Al2O3層内部に存在する孤立Alクラスタやダングリングボンドの存在も示唆され、界面およびバリア層形成に対する最適化が最重要課題である事を確認した。
以上の結果より、当該材料系で構成するダイヤモンドパワーFeFETにおける理想的動作の実現に向けたを課題を明確化するに至った。
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