| 研究課題/領域番号 |
20H00313
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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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 |
小出 康夫 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 特命研究員 (70195650)
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| 研究分担者 |
劉 江偉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主幹研究員 (30732119)
廖 梅勇 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (70528950)
井村 将隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主幹研究員 (80465971)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2023年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2021年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
2020年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
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| キーワード | ダイヤモンド / III族窒化物 / ヘテロ接合 / ナノラミネート構造 / トランジスタ / ヘテロ構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダイヤモンドは半導体材料の中で最も熱的・化学的に安定な究極の半導体材料であり、高温・極限環境における電子デバイスとして期待される。しかしながら、ドーパントのイオン化エネルギーが大きく、室温での高キャリア濃度を確保できない欠点がある。本申請においては、その欠点を解決する原理手法として、ヘテロ（異種）接合窒化アルミニウム（AlN）からのキャリアドーピング、およびナノラミネート酸化物薄膜の巨大誘電率効果を利用して、高濃度キャリアを確保・制御する原理の実証とともに電界効果トランジスタを作製し、デバイスの熱安定性を確保することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
本基盤研究(A)の目的は、ダイヤモンドにおける室温での高キャリア濃度を確保できない欠点を解決する原理手法として、(1)ヘテロ（異種）接合窒化アルミニウム（AlN）からのキャリアドーピング、および(2)ナノラミネート酸化物薄膜の巨大誘電率効果を利用して、高濃度キャリアを確保・制御する原理の実証とともに電界効果トランジスタを作製することにある。2023年最終年度は、昨年度計画した点を踏まえ、開発および確立した手法を用いて以下の通り進めた結果、研究実績は以下の通りまとめられる。
(1)有機金属化合物気相成長(MOVPE法)によるMgドープAlNの酸素終端ダイヤモンド基板上への成長は、1100℃程度で進めたがダイヤ界面近傍に発生する高密度転位が影響してダイヤモンド側への十分な正孔発生は得られなかった。引き続きMOVPE成長条件を検討するともに転位密度減少方策含め検討を継続する予定である。
(2)他の方法として、ダイヤモンド/MgドープAlN作製のために、原子層堆積法及びスパッタリング法を用いて、ダイヤモンドエピ基板上にAlN/MgO/AlNの3層構造を作製し、800℃以上の熱処理からMgドープAlN(O)の作製を試みた。その結果、800℃の熱処理ではAlN/MgO/AlN構造は絶縁性であり、1200及び1400℃の熱処理後に10kOhm/sqの導電性に変化した。
(3)熱処理AlN/MgO/AlN構造をゲート構造及びTiAuをソース、ゲート、及びドレイン金属電極とした電界効果トランジスタを作製した。結果としてダイヤモンド側への正孔発生は確認できずトランジスタ動作の実証はできなかった。ダイヤモンド上へのアクセプタとして振る舞うMgを添加したAlN層を作製する手法の探索は今後も進める予定である。
(2)昨年度詳細に調べた原子層堆積（ALD）法を用いたTiOx[x nm]／AlOy[y nm]（x,y < 1nm）ナノラミネート膜を用いてダイヤモンドFETおよびキャパシタを作製し、トランジスタ特性の高性能化を進めた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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