Analyses of carrier transport properties in surface-terminated diamond

• Project/Area Number: 17K06343
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 猪熊 孝夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (50221784)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ダイヤモンド / 表面 / 界面 / 量子輸送 / 密度汎関数法 / 金属 / 電子状態 / 表面・界面物性 / 電子・電気材料

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は，ダイヤモンドと金属または絶縁体との界面におけるキャリア輸送現象と原子レベルの微視的構造との相関を明らかにすることを目的とする。ダイヤモンドデバイス応用において重要な「金属電極との接触特性」および「MIS構造におけるチャネル伝導」をモデル化した量子輸送シミュレーションを行い，ダイヤモンド表面終端構造とキャリア輸送特性との相関を明らかにする。それらを系統的に解析することにより，デバイス特性の向上あるいは劣化に関与する本質的要因の解明を目的とする。令和元年度は研究計画に基づき以下のことを行った。
(1)前年度に引き続き，非平衡グリーン関数(NEGF)法による量子輸送の解析を行った。NEGF法の計算パラメータを最適化するために，水素終端面および水酸基終端面，無終端表面とAuとの接触界面を中心に，界面に垂直方向の電流電圧特性について計算を行った。ダイヤモンド基部には，窒素原子またはホウ素原子を1%程度添加し，フェルミレベルの変化による界面伝導特性の変化について研究した。得られた電流電圧特性は，概ね界面両側の状態密度の相対的なエネルギーシフトを反映したものとなった。
(2)本年度より，ダイヤモンド表面に平行方向のキャリア輸送特性の解析を開始した。水素終端面および水酸基終端面，無終端表面について表面に平行な方向の電子輸送特性についてNEGF法を用いて計算し，フェルミ準位近傍のエネルギーにおけるキャリア輸送チャネルおよび透過率について解析した。その結果，水素終端表面の場合は，キャリア輸送チャネルはダイヤモンド基部内を通るのに対し，水酸基終端表面においては酸素原子近傍に主たるキャリア輸送チャネルが形成されていることが分かった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初の計画どおり，ダイヤモンド／金属界面に垂直な方向の電子輸送特性について進めることができ，本年度はダイヤモンド表面に平行方向のキャリア輸送特性の解析に着手することができた。しかしながら，絶縁体界面の計算については実施できておらず，研究に進捗にはやや遅滞があることは否めない。原因の一つに大学の管理運営業務の多忙化があり，事業期間の1年延長を申請することとなった。

Strategy for Future Research Activity

元来の事業実施期間に実施できなかった，表面に平行方向のキャリア輸送特性に対する絶縁体の効果について研究を進めるとともに，研究の取りまとめに注力し，研究成果の発信について積極的に進めることとする。