2014 Fiscal Year Annual Research Report
低損失パワーデバイス応用ダイヤモンド接合電界効果トランジスタ
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25289086
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
波多野 睦子 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00417007)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩崎 孝之 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80454031)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インバータの電力損失を現状より一桁低減するための第一ステップとして、本研究では、低損失ダイヤモンドFETの実現を目的とする。ダイヤモンド半導体の物性の特徴を活かし、n型ダイヤモンドの選択成長法用いた高整流特性を有する横型pn接合ダイオードを適用することにより、新しい原理で動作する接合型FETのデバイス性能の研究とキャリア伝導制御の原理検証を行う。26年度は下記の結果が得られ、パワーデバイスとして重要な性能である、ノーマリオフ動作の実現、さらにオン抵抗の低減を図ることができた。
(1)ダイヤモンド半導体の加工プロセス技術： ダイヤモンド半導体の1μm以下の微細加工技術の構築し、チャネル幅、チャネル長の微細化を進めた。
(2)pn接合の欠陥とデバイス特性との相関： TEM、EBICなどの解析の結果から、接合に形成される欠陥がが、pn接合のリーク電流の要因であることを明らかにした。チャネルの加工技術などの高度化が必要であることがわかった。
(3)ノーマリオフ動作： (1)のプロセスを適用し、チャネル幅0.26μmの接合FETを試作した。その結果、しきい電圧が3Vのノーマリオフ動作を実現した。また電流の低下などの課題も抽出した。
(4)コンタクト抵抗の低減によるオン抵抗低減： 接合型FETのソース・ドレインに高濃度ボロンを含むダイヤモンド膜を挿入することにより、コンタクト抵抗の低減を図り、オン抵抗を約30％低減することができた。
(5)大電流化に向けた新原理デバイスの提案： チャネルにマイナリティキャリアの注入することによる伝導度の変調を誘起し、チャネル抵抗の低減することを目的としたデバイス構造を提案した。次年度にデバイスとしての性能と効果を検証する。
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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
ダイヤモンドデバイスでのノーマリオフ動作を実現、マイナリティキャリアによるチャネルの伝導度変調は、いずれも世界溌の成果である。投書の計画以上に親展している
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに得られた結果と知見をさらに発展させ、最終の目標に向けて下記を重点に推進する。(1) 接合FETの縦型構造デバイスの提案と設計、
(2)(1)を実現するのに必要な要素プロセスの開発
(3)伝導度変調によるオン抵抗低減
(4) ダイヤモンド半導体の物性を考慮したキャリア輸送特性のモデル化
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| Causes of Carryover |
装置の自作により安く測定系を構築したため、次年度使用額が生じた。具体的には、ダイヤモンド中や界面を欠陥評価装置を購入の計画であったが、その装置の仕様が十分ではなかった、そこで部品から組み上げて自作することにより、安く入手することができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ダイヤモンド接合FETの成果が前倒しで得られているため、国際会議の招待講演が4件きている状況であり、旅費などに有効に使用する。またさらなるデバイスの性能向上を目的とした試作と評価のために必要な経費に使用する。
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[Presentation] ダイヤモンドJFETのノーマリーオフ動作2015
Author(s)
諏訪 泰介, 岩崎 孝之, 佐藤 一樹, 加藤 宙光, 牧野 俊晴, 小倉 政彦, 竹内大輔, 山崎 聡, 波多野 睦子
Organizer
第62回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東海大学湘南キャンパス（神奈川、平塚市）
Year and Date
2015-03-12
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[Presentation] Fabrication of diamond lateral pn Junctions on (111)substrates2015
Author(s)
K.Sato, T.Iwasaki, M. Shimizu, H.Kato, T.Makino, M.Ogura, D.Takeuchi, S.Nakamura, A.Sawabe, S.Yamasaki, M. Hatano
Organizer
Cultuurcentrum Hasselt
Place of Presentation
ハッセルト (ベルギー）
Year and Date
2015-02-25
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[Presentation] High Voltage Characteristics and Interface Analysis of Diamond Lateral p-n Junction Devices2014
Author(s)
Takayuki Iwasaki, Junya Yaita, Kazuki Sato, Hiromitsu Kato3, Toshiharu Makino, Masahiko Ogura, Daisuke Takeuchi, Takashi Yatsui, Hideyo Okushi, Satoshi Yamasaki, Mutsuko Hatano
Organizer
2014 MRS Fall Meeting & Exhibit,
Place of Presentation
ボストン (米国）
Year and Date
2014-12-01
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