Study of low-loss diamond power FET with operation in harsh environments

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04595
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Kawe Takeshi 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (30401897)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / 強誘電体 / 電界効果トランジスタ

Outline of Final Research Achievements

In this study, we fabricated a field effect transistor (FeFET) consisting of a wide-gap semiconducting diamond and a ferroelectric Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) gate structure, and investigated its operation in harsh environments.
As a preliminary verification, a FeFET structure with a wide-gap semiconductor ZnO as a channel was irradiated with γ-rays, and the main degradation factors of the device characteristics were investigated. Next, high-intensity γ-ray irradiation was performed on the selective grown diamond channel and PZT gate structure, and it was demonstrated that the characteristics did not deteriorate even at the maximum dose of 15.4 kGy.
The above results clarified the superiority of diamond FeFET for operation in harsh environments, and we believe that it will contribute to the development of power devices using this structure.

Free Research Field

電子デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙空間・廃炉現場といった過酷環境下における電気エネルギーの有効活用に資する新しいパワーデバイスとして、強誘電体をゲートとした電界効果トランジスタ（FeFET）を提案し、その過酷環境動作を検証した。
ダイヤモンドと無機強誘電体で構成するFeFETは、宇宙環境で想定される高強度γ線照射に対して、他材料系で構成されるデバイスと比して非常に優れた耐性を有している事を明らかにした。この結果は、全世界で精力的に進められている宇宙開発・産業育成に対し、本研究が明らかにした新たなデバイス構造に関する知見が学術的成果のみならず人類社会の発展に大きく貢献するものである。