| 研究課題/領域番号 |
19H02605
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
山口 尚秀 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (70399385)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2019年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
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| キーワード | ダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / 移動度 / 六方晶窒化ホウ素 / 量子振動 / ワイドバンドギャップ / 水素終端 / トランスファードーピング / 量子輸送 / 磁気抵抗 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダイヤモンドはワイドバンドギャップや、高絶縁破壊電界、高熱伝導度などの優れた特性をもち、次世代半導体材料として期待されている。本研究ではグラフェン等の2次元物質の研究手法を利用して、ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の特性、特に移動度を飛躍的に向上させる。具体的には、これまでAl2O3などのアモルファスの酸化物が使われてきたゲート絶縁体に、荷電不純物の少ない単結晶の六方晶窒化ホウ素(h-BN)を利用する。高品質なダイヤモンド/h-BNヘテロ界面の形成によって高移動度化を追求し、高周波増幅器・省電力高速スイッチング素子の実現および新規量子物性の探索を行う。
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| 研究成果の概要 |
パワーエレクトロニクスや高速情報通信への応用が期待されるダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の性能向上に関する研究を遂行した。六方晶窒化ホウ素（h-BN）をゲート絶縁体とすることでダイヤモンドFETのチャネル移動度を向上させ、振動数がゲート電圧に依存する明瞭な量子振動（シュブニコフ・ドハース振動）の検出に成功した。さらに、水素終端化したダイヤモンド表面を大気に晒さずにh-BNを転写することで、大気由来の荷電不純物を低減し、室温で680 cm2V-1s-1というワイドバンドギャップpチャネルFETのなかで最高レベルのチャネル移動度を実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ダイヤモンド電界効果トランジスタのチャネル移動度向上は、素子の低損失化、高速化、および小型化につながる成果である。とくに、これまでのトランスファードーピングに基づいた特殊な設計ではなく、シリコンなどの一般的な半導体のFETと同様の設計指針に基づいて水素終端ダイヤモンドFETを作製できることを実証できたことは、今後のダイヤモンド素子開発の重要な基盤になると考えられる。また、量子輸送現象の観測はダイヤモンド表面の二次元正孔系についての知見を与えただけでなく、超伝導やスピントロニクス分野への波及効果も期待できる成果である。
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