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2015 Fiscal Year Research-status Report

窒化物半導体の金属-半導体界面と水素との相互作用機構の研究

Research Project

Project/Area Number 26420286
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

色川 芳宏  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点 電気・電子機能分野 ワイドバンドギャップ材料グループ, 主任研究員 (90394832)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords水素 / 界面 / 絶縁膜
Outline of Annual Research Achievements

半導体デバイスと水素との相互作用によって、デバイス特性が変化することは古くから知られているが、その相互作用機構については謎が多い。「半導体デバイスの金属-半導体界面において水素がダイポールを形成する結果、デバイスの電気的特性が変化する」というモデルが1970年代に提案されて以来、このモデルに対する修正や変更は行われていない。しかしながら、提案されているダイポールモデルでは、説明しずらい実験結果も近年報告されており、水素ガスセンサー等のデバイス特性を向上させるためには、半導体デバイスと水素との相互作用機構を解明することが必須である。
これまでに、半導体デバイスと水素との相互作用において、Pd等の電極とSiO2等の絶縁膜の界面における水素の振る舞いが本質的であることが報告されている。実験的にPd-SiO2界面での水素の振る舞いを観測することは困難であるので、第一原理計算によって、界面での水素がポテンシャルに及ぼす影響を調べた。その結果、界面の水素はダイポールを形成せず、従って水素の有無に拘らずPd-SiO2界面でのポテンシャル分布に変化は見られなかった。これまでの実験結果および文献調査によって、以下のモデルを提案した。すなわち、水素はPd-SiO2界面でダイポールを形成するのではなく、SiO2等の絶縁膜内部に侵入して、絶縁膜の電気的物性を変化させ、その結果、デバイス特性が変化する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は第一原理計算を行う予定であったが、予定通り解析を行えた。

Strategy for Future Research Activity

今後は予定通り、X線光電子分光法等によってより本質的に半導体デバイスと水素との相互作用機構を求めていく。

Causes of Carryover

次年度使用額はわずかであり、ほぼ使用計画に沿って研究が進行している。

Expenditure Plan for Carryover Budget

計画通り、研究を進める。

  • Research Products

    (4 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] First-Principles Studies of Hydrogen Adsorption at Pd-SiO2 Interfaces2015

    • Author(s)
      Yoshihiro Irokawa and Mamoru Usami
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 15 Pages: 14757-14765

    • DOI

      10.3390/s150614757

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Deep-level defects and turn-on capacitance recovery characteristics in AlGaN/GaN heterostructures2015

    • Author(s)
      Yoshitaka Nakanoa, Yoshihiro Irokawa and Masatomo Sumiya
    • Journal Title

      Philosophical Magazine Letters

      Volume: 95 Pages: 333-339

    • DOI

      10.1080/09500839.2015.1062154

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 半導体デバイス型水素センサの動作機構の研究2016

    • Author(s)
      色川芳宏
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2016-03-21 – 2016-03-21
  • [Presentation] 半導体デバイスを用いた水素センサーの動作機構の解明2015

    • Author(s)
      色川芳宏
    • Organizer
      NIMS ナノシミュレーションワークショップ2015
    • Place of Presentation
      学術総合センター
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-27
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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