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実験と理論の融合による半導体デバイス型水素センサの高性能化

研究課題

研究課題/領域番号 17K06365
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

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, 主幹研究員 (90394832)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード水素 / 窒化物半導体 / 界面 / 相互作用 / 窒化ガリウム / MIS型水素センサ / MIS界面 / 中間層 / 自然酸化膜 / 準安定酸化ガリウム / ナノシート / センサ / 半導体デバイス
研究成果の概要

近年、クリーンなエネルギー源として水素が注目を集めている。しかしながら、水素は無色・無臭の上、大気中で燃焼・爆発しやすい性質を持つために、その取り扱いには注意を要する。そのため、安全性の観点から、水素を計測する技術は今後の水素社会において重要な位置を占め、多様な仕様の水素センサが要求されている。本研究においては、窒化ガリウムの自然酸化膜がナノシート状の結晶性酸化ガリウムであり、これが水素検知に本質的な役割を果たしていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の学術的意義として、以下が挙げられる。半導体デバイスの信頼性の観点から、雰囲気中の水素が半導体デバイスの特性を変化させることは古くから知られていたが、そのメカニズムは正確にはわかっていなかった。今回の成果は、そのメカニズムに関して、新たな提案を行うものである。社会的意義として、半導体デバイスと水素の相互作用機構が明らかになり、今後、様々な仕様の水素センサ実現が期待でされる。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 産業財産権 (5件)

  • [雑誌論文] Effect of hydrogen on Pt/GaN Schottky diodes2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 59

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen effect on Pt/Al2O3/GaN metal-oxide-semiconductor capacitors2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Toshihide Nabatame, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Osami Sakata and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: 100915-100915

    • NAID

      210000157181

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron microscopy and ultraviolet photoemission spectroscopy studies of native oxides on GaN(0001)2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Kazutaka Mitsuishi, Taku T. Suzuki, Kazuya Yuge, Akihiko Ohi, Toshihide Nabatame, Tsuyoshi Ohnishi, Koji Kimoto and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 098003-098003

    • NAID

      210000149649

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of intermediate layers in oxides/GaN(0001) by electron microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Kazutaka Mitsuishi, Toshihide Nabatame, Koji Kimoto and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 118003-118003

    • NAID

      210000149779

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-energy ion scattering spectroscopy and reflection high-energy electron diffraction of native oxides on GaN(0001)2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Taku T. Suzuki, Kazuya Yuge, Akihiko Ohi, Toshihide Nabatame, Koji Kimoto, Tsuyoshi Ohnishi, Kazutaka Mitsuishi, and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 128004-128004

    • NAID

      210000148476

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron microscopy studies of the intermediate layers at the SiO2/GaN interface2017

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Mitsuishi, Koji Kimoto, Yoshihiro Irokawa, Taku Suzuki, Kazuya Yuge, Toshihide Nabatame, Shinya Takashima, Katsunori Ueno, Masaharu Edo, Kiyokazu Nakagawa, and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 110312-110312

    • NAID

      210000148411

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Comprehensive study of native oxides on GaN2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Kazutaka Mitsuishi, Taku T. Suzuki, Kazuya Yuge, Akihiko Ohi, Toshihide Nabatame, Tsuyoshi Ohnishi, Koji Kimoto and Yasuo Koide
    • 学会等名
      The International Workshop on Nitride Semiconductors 2018 (IWN 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystalline intermediate layers in oxides/GaN interfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Kazutaka Mitsuishi, Toshihide Nabatame, Koji Kimoto and Yasuo Koide
    • 学会等名
      The International Workshop on Nitride Semiconductors 2018 (IWN 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface analysis of native oxides on GaN(0001): An LEIS and RHEED study2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa, Taku T. Suzuki, Kazuya Yuge, Akihiko Ohi, Toshihide Nabatame, Koji Kimoto, Tsuyoshi Ohnishi, Kazutaka Mitsuishi, and Yasuo Koide
    • 学会等名
      第18回「イオンビームによる表面・界面解析」特別研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素とGaNデバイスの相互作用機構の研究2017

    • 著者名/発表者名
      色川芳宏
    • 学会等名
      第16回 GaN研究戦略会議_研究WG
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 窒化ガリウムトランジスタに原子レベルで平坦な結晶層を新発見2017

    • 著者名/発表者名
      色川芳宏、三石和貴
    • 学会等名
      電気学会「次世代化合物半導体デバイスの機能と応用(第2期)」調査専門委員会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 半導体装置および半導体装置の製造方法2018

    • 発明者名
      色川、生田目、三石、木本、小出
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-144690
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [産業財産権] 半導体装置および半導体装置の製造方法2018

    • 発明者名
      色川、生田目、三石、木本、小出
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-144691
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [産業財産権] 半導体基板、半導体基板の製造方法およびそれを用いた半導体装置2018

    • 発明者名
      色川、生田目、三石、木本、小出
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-243227
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [産業財産権] 窒化ガリウム系の半導体装置及びその製造方法2017

    • 発明者名
      生田目俊秀、色川 芳宏、他6名
    • 権利者名
      物質・材料研究機構、富士電機
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-129329
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [産業財産権] ガリウム窒化物半導体基板、ガリウム窒化物半導体装置、撮像素子およびそれらの製造方法2017

    • 発明者名
      生田目俊秀、色川 芳宏、他3名
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-128960
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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