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半導体ダイヤモンドを用いた超高出力RF増幅およびスウィッチングデバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17686031
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

梅沢 仁 (梅澤 仁)  産業技術総合研究所, ダイヤモンド研究センター, 研究員 (80329135)

研究期間 (年度) 2005 – 2008
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
30,810千円 (直接経費: 23,700千円、間接経費: 7,110千円)
2007年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2006年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2005年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
キーワードダイヤモンド / 高周波トランジスタ / 高温動作 / 遮断周波数 / 最大発振周波数 / 電流密度 / 高配向多結晶基板 / 電子デバイス・機器 / 半導体物性 / 表面・界面物性 / 先端機能デバイス / 電界効果型トランジスタ
研究概要

本年度はデバイス特性の改善に向けて,以下の項目について研究を実施した。
1)キャリア伝導機構の評価散乱要因やキャリア濃度制御の観点から,まず基板の面方位,特に(001)および(110)面が水素終端ダイヤモンドホール蓄積層の伝導性に及ぼす影響について調査を行った。単結晶(001),(110)基板上に同一条件でホモエピタキシャル成長した正孔蓄積層のホール効果測定による評価では,移動度がほぼ同等であるのに対して,シートキャリア密度に大きな違いが見られた。(001)基板ではシートキャリア密度が1.5×1013cm-2程度であるのに対して,(110)基板では2.5×1013cm-2程度であった。これは,(110)面のC-H結合密度が(001)面と比べ約1.4倍高いことに起因していると考えられ,表面キャリアの起源をC-H結合電荷によるものとするモデルを裏付けている。
2)キャリア伝導機構解明による高利得化(110)面方位単結晶ダイヤモンドを基板に用いたMISFETでは450mA/mmが,(110)高配向多結晶ダイヤモンドを基板に用いたMISFETでは790mA/mmの高電流密度動作を実証し,特に多結晶ダイヤモンドでは45GHzの遮断周波数が得られた。fmaxはプロセス技術に依存する寄生素子を排除することにより100GHzを超える値が得られる事が解析的に示唆された。
3)材料信頼性評価ダイヤモンド電子デバイスを実用化するに当たり,問題となる表面グラファイト化について評価を行ったところ。非パッシベーション素子では真空中の400℃アニールにおいて600時間程度で表面グラファイト化が発生することがわかり,パッシベーション層の開発が必要であることがわかった。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (19件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (15件)

  • [雑誌論文] Growth of Heavily Boron-Doped Polycrystalline Superonductiving Diamond2007

    • 著者名/発表者名
      梅沢 仁、川原 田洋, 他
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND AND FRONTIER CARBON TESHBOLOGY 17

      ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface roughening of dianmond(001) films during homoepitaxial growth in heavy boron doping2007

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, H. Umezawa, et. al.
    • 雑誌名

      Diam. relat. mater 16

      ページ: 767-771

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-performance p-channel diamond MOSFETs with alimina gate insulator2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 雑誌名

      International Electron Devices Metting Metting 2007 Technical Digest 2007

      ページ: 873-876

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hillock-Free Heavily Boron-Doped Homoepitaxial Diamond Films on Misoriented (001) Substrates2007

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, H. Umwzawa, et. al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. phys., 46

      ページ: 1469-1470

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microwave Opertation of Diamond Metal-Isulator-Semiconductor Field-Effect Transistors Fabricated on Single-Crystal CVD Substrate2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 雑誌名

      New Diam. Front. Carbon Tech 17

      ページ: 201-209

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconducting properties of homoepitaxial CVD diamond2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Takano, H.Umezawa, et. al.
    • 雑誌名

      Diam. Relat. Mater 16

      ページ: 911-914

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diamond MISFETs fabricated on high quality polycrystalline CVD diamond2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 雑誌名

      Tech. Dig. IEEE ISPSD 2007 19

      ページ: 269-272

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Leakage current analysis of diamond Schottky barrier diode.2007

    • 著者名/発表者名
      H.Umezawa, et al.
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 90

      ページ: 73506-73506

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Miniaturized diamond field-effect transistors for application in biosensors in electrolyte solution2007

    • 著者名/発表者名
      K.S.Song, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 90

      ページ: 63901-63901

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Surface roughening of diamond (001) films during homoepitaxial growth in heavy boron doping2007

    • 著者名/発表者名
      N.Tokuda, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Diamond Relat. Mater. 16 (4-7)

      ページ: 767-770

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Hillock free heavily boron-doped homoepitaxial diamond films on misoriented (001) substrates2007

    • 著者名/発表者名
      N.Tokuda, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 46 (4A)

      ページ: 1469-1470

    • NAID

      10018900560

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of Leakage Current on Diamond Schottky Barrier Diode using Thermionic-field emission modeling.2006

    • 著者名/発表者名
      H.Umezawa, et al.
    • 雑誌名

      Diamond Relat. Mater. 15(11-12)

      ページ: 1949-1953

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of T-shaped gate diamond Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistors2006

    • 著者名/発表者名
      K.Hirama, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 45 (7)

      ページ: 5681-5684

    • NAID

      10017999474

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Trapping mechanism on oxygen-terminated diamond surfaces2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Itoh, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 89

      ページ: 203503-203503

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of diamond metal-insulator-semiconductor field-effect transistors with aluminum oxide gate insulator2006

    • 著者名/発表者名
      K.Hirama, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 88(11)

      ページ: 112117-112117

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Superconductivity in polycrystalline diamond thin films2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Takano, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Diam.Relat.Mater. 14(11-12)

      ページ: 1936-1938

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of diamond MISFET with micron-sized gate length on boron-doped (111) surface2005

    • 著者名/発表者名
      T.Saito, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Diam.Relat.Mater. 14(11-12)

      ページ: 2043-2046

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] RF diamond transistors : Current status and future prospects2005

    • 著者名/発表者名
      H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 44(11)

      ページ: 7789-7794

    • NAID

      10016870458

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of locally modified diamond surface using Kelvin probe force microscope2005

    • 著者名/発表者名
      M.Tachiki, H.Umezawa et al.
    • 雑誌名

      Surf.Sci. 581(2-3)

      ページ: 207-212

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] High-performance p-channel diamond MOSFETs with alumina gate insulator2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      2007 IEEE International Electron Devices Meeting
    • 発表場所
      Washington,USA
    • 年月日
      2007-12-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 原子的平坦表面を有するダイヤモンド(111)薄膜の成長2007

    • 著者名/発表者名
      徳田 規夫、梅沢 仁, 他
    • 学会等名
      第21回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      新潟/日本
    • 年月日
      2007-11-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Formation of atomically flat diamond(111)surfaces2007

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • 発表場所
      東京/日本
    • 年月日
      2007-11-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Bias dependence of RF performance and small-signal equivalent circuit in diamond MISFETs2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      Fifth International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces
    • 発表場所
      東京/日本
    • 年月日
      2007-11-12
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] DC and RF performance of Diamond MISFETs with Alumina Gate Insulator2007

    • 著者名/発表者名
      K, Hirama, H, Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2007
    • 発表場所
      滋賀/日本
    • 年月日
      2007-10-16
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Diamond HISFETs fabrioated on high quality polycrystalline CVD diamond2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umelawa, et. al.
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      京都/日本
    • 年月日
      2007-10-15
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Atomically flat diamond surfaces(Invited talk)2007

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      18th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
    • 発表場所
      Berlin,Germany
    • 年月日
      2007-09-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of channel mobility for diamond MISFETs from gate-to-channel capacitance measurement2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hieama, H. Umeazawa, et. al.
    • 学会等名
      18th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
    • 発表場所
      Berling, Germany
    • 年月日
      2007-09-10
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of H-terminated diamond MISFETs utilizing TiC ohmic layer2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Jingu, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      18th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
    • 発表場所
      Berling,Germany
    • 年月日
      2007-09-10
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Runghening of atomically flat diamind(lll)surface by wet-oxidation treatment2007

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbon 2007
    • 発表場所
      大阪/日本
    • 年月日
      2007-05-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] DC and RF characterization of 0.1um gate length diamond MISFETs fabricated on polycrystalline diamond2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbon 2007
    • 発表場所
      大阪/日本
    • 年月日
      2007-05-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Diamond MISFETs fabricated on high quality polycrystalline CVD diamond2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      IEEE International Symposium On Power Semiconduct or Devices and ICs 2007
    • 発表場所
      Juju island, Korea
    • 年月日
      2007-05-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] High power diamond Schottky barrier diode with barrier height control2007

    • 著者名/発表者名
      H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbons 2007
    • 発表場所
      大阪/日本
    • 年月日
      2007-05-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Low plasma damage hydrogen-terminatio process by antenna-edge-plasma2007

    • 著者名/発表者名
      K. Hirama, H. Umezawa, et. al.
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbon 2007
    • 発表場所
      大阪/日本
    • 年月日
      2007-05-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド(111)のステップフリー表面の形成2007

    • 著者名/発表者名
      徳田 規夫、梅沢 仁, 他
    • 学会等名
      ナノ学会第5回大会
    • 発表場所
      茨城/日本
    • 年月日
      2007-05-22
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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