2014 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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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小出 康夫 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 部門長 (70195650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廖 梅勇 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニットワイドギャップ機能材料グループ, 主幹研究員 (70528950)
井村 将隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニットワイドギャップ機能材料グループ, 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 / 窒化アルミニウム / 高誘電ゲート / 電界効果トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ｈ２６年度は、Ｈ２５年度までに明らかにしたダイヤモンド/AINヘテロ接合型電界効果トランジスタ（FET）および微細構造解析から解明したp型伝導チャネル形成機構を基盤として、AlN単結晶薄膜の高品質化ができ、FETが高性能化された。更に昨年度に開発したHfO2およびLaAlO3/Al2O3/ダイヤモンドFETを高性能化して、より高誘電率な絶縁ゲートFETを開発した。更にダイヤモンド上直接成長PZT膜をゲートに応用し、強誘電体ゲートを用いたダイヤモンドFETを試作した。
（１）H25年度に引き続き、高誘電率（high-k）絶縁膜および積層構造を探索するとともに絶縁ゲート型ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の試作を進めた。
（２）比誘電率13を持つZrO2/Al2O3積層誘電体構造をゲート誘電体構造に用いることにより、４ミクロンゲート長において世界最高値トランジスタ電流を得た。
（３）Ｈ２５年度開発したエンハンスメント（ノーマリオフ）型LaAlO3/Al2O3を絶縁ゲート薄膜に用いたダイヤモンドFETを用いて、世界初となるダイヤモンドロジックインバータ回路の試作に成功した。ダイヤモンド集積回路開発への第一歩を記した。
（４）LaAlO3/Al2O3絶縁ゲート型ダイヤモンドFETのチャネル伝導メカニズムを探るために、FET絶縁物界面のTEM観察を議論し、観察を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ワイドギャップ半導体の一つであるダイヤモンドは、ｎ型およびｐ型ドーパントのイオン化エネルギーが大きく、室温での電気伝導キャリアを確保できない欠点がある。ダイヤモンド内にキャリアを発生させ、その濃度を制御するための原理の構築は、半導体工学上における大きな挑戦である。本申請研究においては、ワイドギャップ半導体の欠点を解決する原理手法として、強誘電体および高誘電率薄膜が持つ自発分極特性を利用して、電気伝導キャリアを確保・制御する原理の実証を目的とする。最終目標は、電界効果トランジスタ素子を試作することによって、原理実証とともにそのメカニズムを理解することによって、ワイドギャップ半導体の界面キャリア制御の新しい学理を構築することを目標とする。この目的に沿って、本年度は、比誘電率13を持つZrO2/Al2O3積層誘電体構造をゲート誘電体構造を用いることにより、４ミクロンゲート長において世界最高値トランジスタ電流を達成し、優れたダイヤモンド電界効果トランジスタの開発に成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、微細構造解析と電気的特性の解釈から、ｐ型トランジスタチャネルの形成メカニズムを解明し、高性能トランジスタ開発の設計指針を得ることを試みる。更にこれまで進めてきた二つの手法、すなわち(1)酸化膜ゲートおよび(2)III族窒化物ゲートの２種類のゲート構造トランジスタに共通なチャネル形成メカニズムを明らかにして統一的モデルを構築する予定である。
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Research Products
(10 results)
