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交流2端子対回路測定を用いた窒化ガリウム関連トラップの物理的性質と挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K04139
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関佐賀大学

研究代表者

大石 敏之  佐賀大学, 理工学部, 教授 (40393491)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード2端子対回路網パラメータ / 窒化ガリウムトランジスタ / トラップ評価 / 等価回路モデル / 小信号等価回路 / 窒化ガリウム / トラップ / 2端子対回路
研究開始時の研究の概要

システムのキーデバイスである窒化ガリウム半導体(GaN)デバイスの潜在能力を引き出すため、電気的特性に多大な影響を与える各種トラップ(結晶欠陥や不純物)の物理的特性、存在箇所、挙動などを解明する。
これまで研究してきた「トラップが応答する周波数で2端子対回路と見立てたGaNトランジスタを測定する交流特性解析技術」をさらに発展させることでいろいろなトラップについてその性質を解明する。本研究では、トラップを光で励起し、測定装置で検出する新たな技術を確立することで、様々なトラップの物理的特性を系統立てて解明し、トランジスタや回路でのトラップの挙動を明確にする。

研究成果の概要

窒化ガリウム(GaN)を用いた電子デバイスにおいて、性能を律速しているトラップの物理的な性質と挙動を解明した。特にトラップが応答する低周波領域で、回路と整合性の高い交流2端子対回路特性の実測を元にデバイスシミュレーションを活用し、研究を進めた。
光励起測定、DCバイアスの精度、温特の測定など、体系的な測定を行うとともに、ゲート電圧を0 Vとすることで2次元電子ガスを発生させ、GaNとAlGaN領域を分離してトラップを測定した。これらによりY22パラメータはGaNトラップのみが応答、Y21パラメータはGaNトラップとAlGaNトラップの両者が応答していることを明確にした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

窒化ガリウム(GaN)半導体は様々な分野に実用化されているが、より社会を発展させるためにはより高性能なデバイスと回路を社会実装する必要がある。GaN半導体の優れた潜在能力を引き出すためには、トラップを制御することが重要である。このため、トラップの性質や挙動を明確にし、デバイスや回路にフィードバックできる評価方法が求められる。特に次世代無線通信分野ではトラップが応答する低周波数領域での信号の振舞いが回路に大きな影響を与える。本研究では回路モデルと整合性の高い2端子対回路パラメータを使ってトラップ信号を測定することで、物理的な意味を持つトラップを回路モデルに直接組込む評価方法を研究した。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Drain bias dependence of Y <sub>22</sub> and Y <sub>21</sub> signals at low frequency for on-state conditions in AlGaN/GaN high electron mobility transistors2024

    • 著者名/発表者名
      Oishi Toshiyuki、Takada Shiori、Kudara Ken、Yamaguchi Yutaro、Shinjo Shintaro、Yamanaka Koji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 1 ページ: 010905-010905

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad1894

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Drain-bias dependence of low-frequency Y22 signals for Fe-related GaN traps in GaN HEMTs with different Fe doping concentrations2023

    • 著者名/発表者名
      Nishida Taiki、Oishi Toshiyuki、Otsuka Tomohiro、Yamaguchi Yutaro、Tsuru Masaomi、Yamanaka Koji
    • 雑誌名

      Solid-State Electronics

      巻: 201 ページ: 108589-108589

    • DOI

      10.1016/j.sse.2023.108589

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 低周波Yパラメータ(Y11、Y22)を利用したGaN HEMTのトラップ評価2024

    • 著者名/発表者名
      大石 敏之, 高田 栞, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN HEMTのGaNトラップのY22/Y21信号と過渡応答特性比較-マルチバイアスでの比較-2024

    • 著者名/発表者名
      大石 敏之, 東島 拓海, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN HEMT のDC パラメータがトラップ特性(低周波Y22)に与える影響(デバイスシミュレーションによる検討)2023

    • 著者名/発表者名
      西嶋 尚, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 大石 敏之, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN HEMT に対する低周波Y21 とY22 信号のドレイン電圧依存性2023

    • 著者名/発表者名
      大石 敏之, 高田 栞, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN HEMT 中のトラップ位置と低周波Y21/Y22 虚部の関係(デバイスシミュレーションによる検討)2023

    • 著者名/発表者名
      大石 敏之, 諸隈 奨吾, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] S パラメータの周波数依存性を用いたトランジスタ動作時におけるGaN HEMT のトラップとRF 特性の同時評価2023

    • 著者名/発表者名
      津山 慎樹, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 大石 敏之, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 低周波Y21とゲートラグ測定によるGaN HEMTのトラップピーク周波数のドレイン電圧依存性評価2023

    • 著者名/発表者名
      東島 拓海, 高田 栞, 大石 敏之, 久樂 顕, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      2023年度応用物理学会九州支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN HEMTのGaNトラップが低周波Y22パラメータに与える影響の検討-デバイスシミュレーション-2023

    • 著者名/発表者名
      諸隈 奨吾, 大塚 友絢, 大石 敏之, 山口 裕太郎, 新庄 真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会 ED2022-91
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] GaN HEMTのGaNトラップによるY22信号と過渡応答特性の比較2023

    • 著者名/発表者名
      加地 大樹、田渕 将也、大塚 友絢、山口 裕太郎、大石 敏之、新庄 真太郎、山中 宏治
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会, 18a-A301-12.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterization of Fe-doping Induced Trap in AlGaN/GaN HEMTs using Low Frequency Y22 Measurement2022

    • 著者名/発表者名
      T. Nishida, T. Oishi, T. Otsuka, Y. Yamaguchi, M. Tsuru, K. Yamanaka
    • 学会等名
      14th Topical workshop on heterostructure microelectronics (TWHM 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低周波 Y22 パラメータ測定によるGaN HEMT中のFeトラップ評価2022

    • 著者名/発表者名
      西田 大生,  大石敏之, 大塚 友絢, 山口裕太郎, 新庄真太郎, 山中 宏治
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会 ED2022-34
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] GaN HEMT のGaN トラップ位置が低周波Y パラメータに与える影響(デバイスシミュレーションによる検討)2022

    • 著者名/発表者名
      諸隈 奨吾、大石 敏之、大塚 友絢、山口 裕太郎、津留 正臣、山中 宏治
    • 学会等名
      2022年度応用物理学会九州支部学術講演会, 26Ba-6
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 低周波Y パラメータを用いたGaN HEMT トラップ評価における表面処理と光照射の効果に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      高田 栞、大石 敏之、大塚 友絢、山口 裕太郎、津留 正臣、山中 宏治
    • 学会等名
      2022年度応用物理学会九州支部学術講演会, 26Ba-7
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] ようこそ大石(敏)研究室へ

    • URL

      http://www.ee.saga-u.ac.jp/sedlab/index.htm

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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