| 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/グループリーダー (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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| 研究成果の概要 |
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手法として、ヘテロ接合窒化アルミニウム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を目的とした。特に後者の構想に沿って、原子層堆積法を用いたTiOx[x nm]／AlOx[y nm]（x, y = 1～2 nm）からなるナノラミネート膜をゲート構造に応用したダイヤモンドMOSFETを試作し、ドレイン電流50mA/mm程度のトランジスタ特性を得ることに成功し、ゲート比誘電率70を達成するともにナノラミネート構造の有効性を世界で初めて実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
2030年における未来社会には、情報通信技術関連の電力消費量が、全世界の電力需要の20%を超えると予想され、その内訳としてデータセンターにおける電力消費量やデータの送受信のための電力消費量が大幅に増加する。2050年には2024年比において100倍以上の超高速大容量かつ100分の１以下の超低消費電力の無線および光通信、並びに情報処理技術や大規模ネットワークシステムの実現が必要となる。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・極限環境におけるパワー電子デバイスとして期待され、本研究成果はこれら電子デバイスとして実用化に向けた第一歩となると思われる。
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