| 研究課題/領域番号 |
23K03930
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
星野 靖 神奈川大学, 理学部, 准教授 (70454527)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | ワイドギャップ半導体 / イオン注入 / 不純物ドーピング / 電気特性 / 光学特性 / ダイヤモンド半導体 / 電気的活性化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダイヤモンドは、どの物性値を取っても現在実用化されているSi, SiC, GaN等をはるかに凌ぐ優れた物性を有し、究極の省エネルギーパワーデバイスとして期待されている。本研究においては、p型・n型両伝導領域の形成制御とドーパント原子の電気的活性化を実現し、電子デバイス作製への道筋をつける。特に、イオン注入によるダイヤモンドへの不純物ドーピングにより、広い濃度範囲でのp型及びn型両伝導領域の形成と電気的活性化、デバイスへの応用を目指す。
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| 研究実績の概要 |
ダイヤモンドへのイオン注入による不純物ドーピング技術の実用的探究として、２０２３年度は「高濃度ボロンイオン注入後の活性化アニール条件の最適化」と「高品質・高純度ダイヤモンド単結晶基板に対して、イオン注入技術を用いた低濃度のボロンドーピングと電気伝導への補償の影響」について実施した。
まず前者については、イオン注入ドーピング後の活性化アニール時間を最適化するべく、５分から２４０分の範囲でアニール時間を変え、その都度Hall効果測定による電気特性評価を行い、キャリア濃度と比抵抗の温度依存性から活性化エネルギーのアニール時間依存性について調べた。その結果、短時間でのアニールでは十分な電気特性が得られないことがわかり、少なくとも１３００℃で２時間以上の活性化アニールが必要であることを見出した。この成果は、Physica Status Solidi誌に投稿し受理された。
次に、高品質・高純度ダイヤモンド単結晶基板に対して、イオン注入技術を用いて低濃度のボロンドーピングを実施し、特にイオン注入による不純物ドーピングが電気特性に与える影響について調べた。これまで、イオン注入による19乗 cm-3以上の高濃度ボロンイオン注入では良好なp型伝導性が得られていたが、特に18乗 cm-3 以下の濃度の低いボロンドーピングにおいては、ボロンによる良いp型伝導は得られてこなかった。この原因を追究するために、超高品質かつ高純度ダイヤモンド基板に対して、16乗cm-3から18乗cm-3までの幅広い濃度でボロンドーピングを試み、イオン注入ドーピング特有な要因を見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
高濃度イオン注入後の活性化アニールの最適条件を見出し、さらにイオン注入を用いたドーピングにおいて生じる欠陥のアクセプターの補償への寄与について明らかにできた点において、大きな進展と言える。前者の成果については、前述のPhysica Status Solidi誌に投稿し受理されており、後者については現在学術雑誌に投稿中である。一方、n型不純物ドーピングにおいては未だ有力なイオン注入手法が見出されていないが、さまざまな視点からイオン注入ドーピングを試みている最中であり、条件は絞られつつあると言える。これらの状況を鑑み、１年が経過した段階としてはおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２３年度には、特に超高品質・高純度ダイヤモンド基板に対して、ボロンの低濃度ドーピングを試み、ドーピング密度とイオンビーム照射による欠陥が電気特性に与える影響について調査した。今後は、まず高濃度20乗cm-3以上におけるボロンイオン注入による電気抵抗の低減について定量的に追究し、ソース・ドレイン電極下への選択的高濃度ボロンドーピングの可能性について研究を展開する。またイオンビーム照射が与える活性化層への影響についても定量的に調べる。並行して、イオン注入によるn型不純物の活性化に関する調査を引き続き実施する。
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