2013 Fiscal Year Annual Research Report
巨大分極電荷を利用する新機能ダイヤモンド電子デバイスの開発
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25249054
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小出 康夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット/微細加工プラットフォーム, グループリーダー/プラットフォーム長 (70195650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廖 梅勇 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (70528950)
井村 将隆 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (80465971)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 異種接合 / ＩＩＩ族窒化物 / 電界効果トランジスタ / 誘電体 / ゲート絶縁膜 / 誘電率 / 原子層堆積法 |
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| Research Abstract |
H25年度初年度の研究成果は以下の通りである。(1)強・高誘電体／ダイヤモンド異種接合では、第一層として原子層堆積(ALD)法により堆積したアルミナ膜および第二層としてスパッタリング(SD)法により作製したランタンアルミナ膜からなるLaAlO3/Al2O3二重積層ゲート絶縁膜を用いた水素(H)終端ダイヤモンド電界効果トランジスタを試作に成功した。ノーマリオフ（エンハンスメントモード）型のｐチャネル動作に成功し、10μｍゲート長において、最大ドレイン電流7.5mA/mm、しきい値電圧-3.6V、伝達コンダクタンス2.3mS/mmを得た。またx線光電子分光法により、LaAlO3/Al2O3/H終端ダイヤモンド界面のバンド不連続量を測定した結果、価電子帯不連続量はそれぞれH終端ダイヤモンド/Al2O3界面の界面で2.9eV、Al2O3/LaAlO3界面で1.1eVであり、ダイヤモンド界面での正孔を蓄積する上で十分なエネルギーポテンシャルを持っており、電気特性ともよく一致することが判明した。(2)ALD法により堆積させたHfO2およびSD法により作製したHfO2膜を用いた二重ゲート絶縁膜を用いてH終端ダイヤモンド電界効果トランジスタを試作に成功した。同様に、ノーマリオフ（エンハンスメントモード）型のｐチャネル動作に成功し、4μｍゲート長において、最大ドレイン電流37.6mA/mm、しきい値電圧-1.3V、伝達コンダクタンス11.2mS/mmを得た。(3)III族窒化物／ダイヤモンド異種接合では、有機金属化合物を用いた気相成長(MOVPE)法によるダイヤモンド(111)面上にシングルドメインのAlN薄膜に成功し、結晶性向上に成功した。
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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
本研究の目的は、第１段階ではダイヤモンド上に強誘電体または高誘電体薄膜を配向成長させる成長技術の確立およびダイヤモンド上に窒化物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる成長技術の確立であった。誘電体および窒化物ともに薄膜作製法とその成長条件をほぼ確立させることは終了した。最終段階として、①金属／強・高誘電体／ダイヤモンド構造を電界制御部に用いたプレーナ型トランジスタの試作、および②ＡｌＮあるいはＢＮ／ダイヤモンド界面をチャネル伝導層に用いたプレーナ型トランジスタの試作が達成目標とであった。ランタンアルミナ膜およびハフニア膜を用いたダイヤモンドトランジスタの試作に成功しており、順調に進んでいると判断する。今後は、ゲート絶縁膜として水素終端ダイヤモンド界面にベストな誘電体材料を発掘することが次の目標となる。また、AlN膜の結晶性向上にも成功したため、計画通り進んでいるものと判断する。来年度以降において電界効果トランジスタを試作することによって、ヘテロ接合型トランジスタの性能向上をはかる当初の計画通りに進んでいると判定する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画の通り、二つの手法①強・高誘電体および②III族窒化物半導体異種接合の２つの手法を同時パラレルに進める。①誘電体接合に関しては、マテリアルサイエンスとして水素終端ダイヤモンド表面にベストな誘電体材料を探索する。またＨ２５年度に見出した二重積層構造型のゲート絶縁膜構造のアイデアを引き続き進める。一方、②III族窒化物半導体異種接合においては、ＭＯＶＰＥ法によるＡｌＮ薄膜の結晶性向上に努めるとともに電界効果トランジスを試作をすすめる。同時に①および②ともに界面微細構造をx線光電子分光法および収差補正型透過電子顕微鏡観察によって解析を進める。最終的には、最高性能のダイヤモンド電界効果トランジスタの開発を目指すとともに界面設計原理を構築する。
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