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2012 Fiscal Year Annual Research Report

ダイヤモンド表面の超高濃度キャリア生成機構の統一的解明と次世代デバイスへの展開

Research Project

Project/Area Number 24360124
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

嘉数 誠  佐賀大学, 工学系研究科, 教授 (50393731)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白石 賢二  筑波大学, 数理物質科学研究科, 教授 (20334039)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords電気・電子材料 / 半導体 / ダイヤモンド / 酸化物 / 窒化物
Research Abstract

(1)水素終端ダイヤ表面の高濃度正孔キャリア生成機構の解明
水素終端ダイヤ表面にNO2,NO,SO2,O3分子を吸着させるとホール濃度が著しく増加し、金属的な電子物性を示すことが我々によって明らかになったが、本研究では、その超高濃度の正孔生成機構を実験、理論の両面から明らかにすることを目的としている。
a.正孔生成現象のダイヤ面方位、吸着分子種との関連性の実験的検討
極めて高濃度のホールが生成する機構を解明するため、ダイヤ表面の面方位依存性をHall測定したところ、(111)>(110)>(100)という大小関係になることがわかった。これはホール生成がダイヤ表面のC-H結合に関与することを示唆するものである。
b.正孔生成機構の理論の構築
第一原理計算で、水素終端ダイヤ表面に、上記の4種類の気体分子を吸着させると、表面の価電子帯近傍に、電子を収納可能なLUMOまたはSOMO準位が出現し、ダイヤ表面から吸着分子に電子が電荷移動をおこし、その結果、ホールが表面に蓄積することを明らかにした。この成果は国際会議(NDNC, ICDCM)で発表し、SurfaceScienceで論文発表した。また表面科学学会誌で招待論文を執筆した。
(2)分子吸着水素終端ダイヤ表面への絶縁層堆積による正孔伝導層の熱的安定化
少しでも昇温したり、真空引きすると消滅していた水素終端ダイヤ表面のホールを、低温堆積Al203薄膜で熱的安定化できることを見出した。この成果を用いてFETを作製し、実用水準のドレイン電流、遮断周波数、高周波電力を示し、劣化が全くおこらないダイヤFETを作製することに成功した。
この成果はIEEE EDL2件、JJAP2件、結晶成長学会誌招待論文、国際会議NDNC、国内会議2件の招待講演を行った。
今年度は、ダイヤ表面のMOS構造の電子物性測定を行うための、測定装置、デバイス作製装置類を購入し、作製した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

水素終端FETで高信頼性のMOS構造が作製できるようになり、実用水準の素子特性が得られるようになったことから、当初の計画の目標を越える成果が得られた。

Strategy for Future Research Activity

(1)(a).NO2等の吸着でホールが生成する時間的過程を測定し、機構を明らかにする。
(b)第一原理計算による水素終端ダイヤ表面のホール生成機構を全半導体系に展開する。
(2)構築した容量電圧測定系を用い水素終端ダイヤMOS構造の二次元ホール物性、ホール生成機構、熱的安定化機構の解明を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

結晶成長装置、蒸着装置の配管、電気工事部品、実験消耗品類、測定器の周辺機器類を購入する予定であ

  • Research Products

    (24 results)

All 2013 2012

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Mechanism of hole doping into hydrogen terminated diamond by the adsorption of inorganic molecule2013

    • Author(s)
      Y. Takagi, K. Shiraishi, M. Kasu, H. Sato
    • Journal Title

      Surface Science

      Volume: 609 Pages: 203-206

    • DOI

      10.1016/j.susc.2012.12.015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Maximum bole concentration for Hydrogen-terminated diamond surfaces with various surface orientaions obtained by exposure to highly concentrated NO22013

    • Author(s)
      H. Sato and M. Kasu
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 31 Pages: 47-49

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2012.10.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ダイヤモンド結晶成長:パワーデバイス応用への現状と課題2013

    • Author(s)
      嘉数誠、平間一行、佐藤寿志
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌

      Volume: 39 Pages: 6-11

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CVD単結晶ダイヤモンドの異常成長粒子,転位,不純物ドーピングの機構2013

    • Author(s)
      嘉数誠
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌

      Volume: 39(招待論文) Pages: 33-43

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RF High-Power Operation of AlGaN/GaN HEMTs Epitaxially Grown on Diamond2012

    • Author(s)
      K. Hirama, M. Kasu, and Y. Taniyasu
    • Journal Title

      IEEE Electron Device Lett

      Volume: 33 Pages: 513-515

    • DOI

      10.1109/LED.2012.2185678

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermally Stable Operation of H-Terminated Diamond FETs by NO2 Adsorption and Al2O3 Passivation2012

    • Author(s)
      K. Hirama, H. Sato, Y. Harada, and H. Yamamoto. and M. Kasu
    • Journal Title

      IEEE Electroi Device Lett.

      Volume: 33 Pages: 1111-1113

    • DOI

      10.1109/LED.2012.2200230

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diamond Field-Effect Transistors with 1. 3A/mm Drain Current Density by Al2O3 Passivation Layer2012

    • Author(s)
      K. Hirama. H. Sato, Y. Harada, H. Yamamoto, and M. Kasu
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys

      Volume: 51 Pages: 90112

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.090112

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial Growth of AlGaN/GaN High-Electron Mobility Transistor Structure on Diamond (111) Surface2012

    • Author(s)
      K. Hirama, Y. Taniyasu, and M.Kasu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 90114

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.090114

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] NO2及びO3吸着による水素終端ダイヤモンド表面の正孔ドーピング2012

    • Author(s)
      嘉数誠、佐藤寿志、M. Kubovic
    • Journal Title

      表面科学

      Volume: 33(招待論文) Pages: 575-582

    • DOI

      10.1380/isssi.33.575.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Al2O3パッシベーションにより熱的安定化したNO2吸着・水素終端ダイヤモンドFETの動作機構2013

    • Author(s)
      平間一行,佐藤寿志,原田裕一,山本秀樹,嘉数誡
    • Organizer
      2013年第60回応用物理学会春季学術講演会、27p-A6-8
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(口頭講演)
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] ワイドギャップ半導体の創製と光電子デバイスへの応用2012

    • Author(s)
      嘉数誠
    • Organizer
      2012年応用物理学会九州支部大会、シンポジウム基調講演
    • Place of Presentation
      佐賀(招待講演)
    • Year and Date
      20121201-20121202
  • [Presentation] 高濃度NO2ガスを用いた様々な面方位をもつ水素終端ダイヤモンド表面への正孔ドーピング2012

    • Author(s)
      嘉数誠、佐藤寿志
    • Organizer
      第32回表面科学学術講演会20Dp07
    • Place of Presentation
      東北大学(口頭講演)
    • Year and Date
      20121120-20121122
  • [Presentation] A1203パッシベーションにより熱的安定化したNO2吸着・水素終端ダイヤモンドFET2012

    • Author(s)
      平間、佐藤、原田、山本、嘉数誠、
    • Organizer
      第26回ダイヤモンドシンポジウム、207
    • Place of Presentation
      東京(口頭講演)
    • Year and Date
      20121119-20121121
  • [Presentation] 金属の電界施主における非金属電極材料の効果2012

    • Author(s)
      池田 進、田尾晋太郎、村上竜一、千北哲聖、嘉数誠
    • Organizer
      第26回ダイヤモンドシンポジウム、P2-05
    • Place of Presentation
      東京(ポスター講演)
    • Year and Date
      20121119-20121121
  • [Presentation] 高濃度NO2ガスを用いた水素終端ダイヤモンド表面の正孔生成の面方位依存性2012

    • Author(s)
      嘉数誠、佐藤寿志
    • Organizer
      第26回ダイヤモンドシンポジウム301
    • Place of Presentation
      東京(口頭講演)
    • Year and Date
      20121119-20121121
  • [Presentation] β-Ga2O3単結晶のシンクロトロン光を用いたX線トボグラフィー評価2012

    • Author(s)
      松永晃和、 村上竜一、 西村健吾、飯塚和幸、 倉又朗人、 増井建和、
    • Organizer
      第42回結晶成長国内会議(NCCG-42)
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス(ポスター講演)
    • Year and Date
      20121109-20121111
  • [Presentation] 半導体気相成長の過飽和度とステップフロー.核形成2012

    • Author(s)
      嘉数誠
    • Organizer
      結晶成長学会、第36回結晶成長討論会
    • Place of Presentation
      唐津(招待講演)
    • Year and Date
      20120926-20120928
  • [Presentation] 高濃度NO2ガスを用いた様々な面方位をもつ水素終端ダイヤモンド表面へのホールドーピング2012

    • Author(s)
      嘉数誠、佐藤寿志
    • Organizer
      2012年秋季応用物理学会13P-C12-9
    • Place of Presentation
      愛媛大学(口頭講演)
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] Al2O3パッシベーションにより熱的安定化したNO2吸着・水素終端ダイヤモンドFETのドレイン電流の増大2012

    • Author(s)
      平間一打,佐藤寿志,原田裕一,山本秀樹,嘉数誠
    • Organizer
      2012年秋季応用物理学会13p-C12-10
    • Place of Presentation
      愛媛大学(口頭講演)
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] Thermal Stabilization of H-Terminated Diamond Surface by Using A1203 Overlayer and Improved Field-Effect Transistors, 046、2012

    • Author(s)
      M. Kasu, K. Hirama. H. Sato, and Y. Harada
    • Organizer
      23rd International Conference on Diamond and Carbon Materials (ICDCM2012)
    • Place of Presentation
      Granada(口頭講演)
    • Year and Date
      20120902-20120907
  • [Presentation] Critical Hole ConcenTralion for H-Terminaled Diamond surfaces with Various Surface Orientations Obtained by High-Concentrated NO2 Exposure, P2.42012

    • Author(s)
      M. Kasu and H. Sato
    • Organizer
      23rd International Conference on Diamond and Carbon Materials (ICDCM2012) Granada
    • Place of Presentation
      Granada(口頭講演)
    • Year and Date
      20120902-20120907
  • [Presentation] Single-crystalline nitride growth on diamond, E1.1.2012

    • Author(s)
      K. Hirama, Y. Taniyasu. and M.Kasu
    • Organizer
      6th International New Diamond and Nano Carbons Conference (NDNC 2012)
    • Place of Presentation
      San Juan, Puerto Rico(招待講演)
    • Year and Date
      20120520-20120524
  • [Presentation] Thermal stability of H-termianted Diamond FETs by NO2 Adsorption and A1203 passivation, Fl. 22012

    • Author(s)
      K. Hirama, H. Sato, and M. Kasu
    • Organizer
      6th International New Diamond and Nano Carbons Conference (NDNC 2012)
    • Place of Presentation
      San Juan, Puerto Rico(口頭講演)
    • Year and Date
      20120520-20120524
  • [Presentation] ダイヤモンドパワーデバイスの開発・技術動向と応用及び今後の展開2012

    • Author(s)
      嘉数誠
    • Organizer
      日本技術情報センター「早期実用化を目指す次世代パワーデバイスの開発・技術動向と応用及び今後の展開」セミナー-
    • Place of Presentation
      東京(招待講演)
    • Year and Date
      2012-05-31

URL: 

Published: 2014-07-16  

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