| 研究課題/領域番号 |
23KK0094
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(海外連携研究)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
小林 篤 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 准教授 (20470114)
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| 研究分担者 |
中野 貴之 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00435827)
前田 拓也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20965694)
本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60362274)
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| 研究期間 (年度) |
2023-09-08 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
2026年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 窒化物半導体 / エピタキシャル成長 / デバイスプロセス / 国際共同研究 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題では、新奇窒化物材料に関する国際共同研究を推進することで、それらの結晶成長メカニズムおよび構造と物性の関係性を解明することを目指す。結晶成長の科学と基礎物性を明らかにした上で、強誘電性と超伝導を窒化物半導体に付与するデバイス設計指針を打ち立て、世界に先駆けて窒化物半導体の機能拡張を実現する。
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| 研究実績の概要 |
本国際共同研究では、研究代表者が率いる国内研究チームと米国コーネル大学が協力し、窒化物半導体にScAlN強誘電体やNbN超伝導体を組み込んだ新機能デバイスを開発することを目的としている。異なるエピタキシャル成長技術を有する研究者等が一同に介し、議論を進めることで、手法によらない材料の本質的な物性に迫る。これにより、窒化物半導体の機能拡張に関する学際的な基礎研究と応用研究を加速させ、強誘電性HEMT、エピタキシャル単一光子検出器、超伝導LED、窒化物半導体量子ビットなどの新奇デバイス開発の基盤技術を創出することを目指す。
本年度は、遷移金属窒化物薄膜のエピタキシャル成長に用いる新たな成膜装置の導入を完了し、ScAlNおよびNbNの高品質薄膜作製が可能となった。装置導入に際しては、研究分担者との間で試料のやりとりや評価結果の共有を継続的に行い、効率的なプロセス条件の最適化を進めた。その結果、特に格子整合性のあるNbN/AlNおよびScAlN/GaN構造において、転位密度の少ない高品質薄膜を実現した。成長温度を±10℃の範囲で精密に制御することで、構造相転移や相分離反応を抑制・制御できることが明らかとなり、今後のプロセス設計において重要な知見となった。
研究チーム内では、AlNにScやBをドーピングした強誘電性半導体や、NbリッチなNbN薄膜など、エキゾチックな窒化物材料の作製と評価を実施した。これらの試料に対する構造・物性評価を通じて、チーム内での試料循環と測定技術の共有をさらに加速し、材料特性を支配する本質的な成膜条件の解明に向けた基盤が整いつつある。
また、コーネル大学との国際共同研究も継続しており、薄膜の構造特性と電気特性の統合的理解を目指した試料交換に向けた準備が進められている。加えて、国際会議における招待講演や学術論文掲載などの学術的成果も得られた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
研究遂行に必要な結晶成長装置の立ち上げが完了した。研究分担者および海外研究協力者と対面での議論を継続している。
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| 今後の研究の推進方策 |
立ち上げが完了した遷移金属窒化物薄膜エピタキシャル成長装置で作製した試料を、研究分担者および研究協力者に提供する。様々な組成の窒化物薄膜試料を研究チーム内で多角的に評価し、高品質結晶作製プロセスを確立する。機能融合デバイスを作製するプロセスを確立する。
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