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巨大分極電荷を利用する新機能ダイヤモンド電子デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25249054
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

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, 技術開発・共用部門, 部門長/理事 (70195650)

研究分担者 廖 梅勇  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニットワイドバンドギャップ機能材料グループ, 主幹研究員 (70528950)
井村 将隆  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニットワイドバンドギャップ機能材料グループ, 主任研究員 (80465971)
連携研究者 津谷 大樹  物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門・ナノテクノロジー融合ステーション, 主任エンジニア (10469760)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2016年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2015年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2014年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2013年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
キーワードダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / 酸化物 / 酸化物界面 / 微細構造解析 / 2次元正孔伝導 / 水素終端表面 / 論理回路 / ゲート酸化膜 / 強誘電体 / 窒化アルミニウム / III族窒化物 / ノーマリオフ動作 / 分極 / 酸化物ゲート / 窒化物ゲート / 高誘電ゲート / 異種接合 / 誘電体 / ゲート絶縁膜 / 誘電率 / 原子層堆積法
研究成果の概要

本研究の目的は、正孔濃度の比較的高い表面伝導層を持つ特徴を活かすために、高性能なダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)を開発することであった。原子層堆積法酸化アルミニウム/スパッタリング法高誘電率酸化膜からなる2層積層ゲート構造を用いて2層酸化膜内正負固定電荷を制御することによりノーマリオン/オフモード動作を制御可能なプロセス法を構築し、それらFETを組み合わせた論理回路チップの開発に世界で初めて成功した。同時に、伝導チャネル内正孔発生メカニズムを微細構造解析を通して解明するととともに大きなドレイン電流を持つAlN膜ゲート構造を用いたダイヤモンドヘテロ接合型FETの開発にも成功した。

報告書

(5件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2017 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 8件、 査読あり 17件、 謝辞記載あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 15件、 招待講演 17件) 図書 (1件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of off-cut angle of hydrogen-terminated diamond(111) substrate on the quality of AlN towards high-density AlN/diamond(111) interface hole channel2017

    • 著者名/発表者名
      Masataka Imura, Ryan G. Banal, Meiyong Liao, Jiangwei Liu, Takashi Aizawa, Akihiro Tanaka, Hideo Iwai, Takaaki Mano, and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 121 号: 2 ページ: 025702-025702

    • DOI

      10.1063/1.4972979

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nanometer-thin ALD-Al2O3 for the improvement of structural quality of AlN grown on sapphire substrate by MOVPE2016

    • 著者名/発表者名
      Ryan G. Banal, Masataka Imura,1, Daiju Tsuya, Hideo Iwai, and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi A

      巻: 217 号: 2 ページ: 1600727-1600727

    • DOI

      10.1002/pssa.201600727

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design and fabrication of highperformance diamond triple-gate field-effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      Jiangwei Liu, Hirotaka Ohsato, Xi Wang, Meiyong Liao, and Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Sci. Reprots

      巻: 6 号: 1 ページ: 34757-34757

    • DOI

      10.1038/srep34757

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural properties and transfer characteristics of sputter deposition AlN and atomic layer deposition Al2O3 bilayer gate materials for H-terminated diamond field effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      Ryan G. Banal, Masataka Imura, Jiangwei Liu, and Yasuo Koide,
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 120 号: 11 ページ: 115307-115307

    • DOI

      10.1063/1.4962854

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-k ZrO2/Al2O3 bilayer on hydrogenated diamond: Band configuration, breakdown field, and electrical properties of field-effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y.Koide
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 120 号: 12 ページ: 124504-124504

    • DOI

      10.1063/1.4962851

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Control of normally on/off characteristics in hydrogenated diamond metal-insulator-semiconductor field-effect transistors2015

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, T. Matsumoto, N. Shibata, Y. Ikuhara, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 118 号: 11 ページ: 1157041-6

    • DOI

      10.1063/1.4930294

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impedance analysis of Al2O3/H-terminated diamond MOS structures2015

    • 著者名/発表者名
      M.Y. Liao, J.W. Liu, L. W. Sang. D. Coatchup, J. L. Li, M. Imura, Y. Koide, H. Ye
    • 雑誌名

      Appl.Phys. Lett

      巻: 106 号: 8 ページ: 083506-083506

    • DOI

      10.1063/1.4913597

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrical properties of atomic layer deposited HfO2/Al2O3 multilayer on diamond2015

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, H. Oosato, E. Watanabe, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 54 ページ: 55-58

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2014.10.004

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low on-resistance diamond field effect transistor with high-k ZrO2 as dielectric2014

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, A. Tanaka, H. Iwai, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 号: 1 ページ: 6395-1

    • DOI

      10.1038/srep06395

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Diamond logic inverter with enhancement-mode metal-insulator-semiconductor field effect transistor2014

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, E. Watanabe, H. Oosato, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 号: 8 ページ: 082110-14

    • DOI

      10.1063/1.4894291

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Doping and interface of homoepitaxial diamond for electroc applications2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki, E. Gheeraert, and Y. Koide
    • 雑誌名

      MRS Bulletiin

      巻: 39 号: 6 ページ: 499-499

    • DOI

      10.1557/mrs.2014.100

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Diamond field effect transistors with a high-dielectric constant Ta2O5 as gate material2014

    • 著者名/発表者名
      J. Liu, L. Meiyong, M. Imura, E. Watanabe, H. Oosato, Y. Koide
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 47 ページ: 245102-1

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2013.06.005

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electrical characteristics of hydrogen-terminated diamond metal-oxide-semiconductor with atomic layer deposited HfO2 as gate dielectric2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, H. Oosato, E. Watanabe, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 102 号: 11 ページ: 1129101-4

    • DOI

      10.1063/1.4798289

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial chemical bonding state and band alignment of CaF /hydrogen-terminated diamond heterojunction2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, S. H. Cheng, M. Imura, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 113 号: 12 ページ: 1237061-6

    • DOI

      10.1063/1.4798366

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial band configuration and electrical properties of LaAlO3/Al2O3/hydrogenated-diamond metal-oxide-semiconductor field effect transistors2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, H. Oosato, E. Watanabe, A. Tanaka, H. Iwai, and Y. Koide
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 114 号: 8 ページ: 841081-7

    • DOI

      10.1063/1.4819108

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Normally-off HfO2-gated diamond field effect transistors2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 103 号: 9 ページ: 929051-3

    • DOI

      10.1063/1.4820143

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ダイヤモンドを用いた光・電子デバイスの開発2013

    • 著者名/発表者名
      小出 康夫,廖 梅勇,井村 将隆
    • 雑誌名

      スマートプロセス学会誌

      巻: 第2巻 ページ: 224-229

    • NAID

      10031200069

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] AlN/ダイヤモンドヘテロ接合FETとMEMSスイッチ2013

    • 著者名/発表者名
      小出 康夫,廖 梅勇,井村 将隆
    • 雑誌名

      応用電子物性分科会誌

      巻: 第19巻 ページ: 7-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Sputter deposition AlN and atomic layer deposition Al2O3 as bilayer gate materials for Hterminated diamond field effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      R.G. Banal, M. Imura, J. Liu, M. Liao, and Y.Koide
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials 2016 (ICDCM 2016)
    • 発表場所
      Montpelier, France
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide Bandgap III-Nitride and Diamond Materials and Devices2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Wide Bandgap III-Nitride and Diamond Materials and Devices2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      10th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC2016)
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microstructure and hole accumulation mechanism of AlN/Diamond(111) heterojunctions prepared by MOVPE,2016

    • 著者名/発表者名
      M. Imura, R.G. Banal, M.Y. Liao, J. Liu, Y.Koide , T. Matsumoto, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials 2016 (ICDCM 2016)
    • 発表場所
      Montpelier, France
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diamond MOSFETs with high-k gate oxides2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting, Symposium DD, Electronic Devices II
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2015-11-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond Field Effect Transisot, Deep-UV sensor, and MEMS Devices2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2015 Collaborative Conference on 3D & Materials Research
    • 発表場所
      Busan, South Korea
    • 年月日
      2015-06-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] III-Nitrides and Diamond Devices2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2015 International Symposium on Single Crystal Diamond and Electronics (2015 SCDE)
    • 発表場所
      Xi'an, Chaina
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] H-Diamond MOSFETs with high-k oxide gate2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      3rd French-Japanese Workshop on Diamond Power Devices
    • 発表場所
      Niems France
    • 年月日
      2015-06-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] E and D-modes Diamond MOSFETs2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      OMNT, International Symposium on Diamond, Elavolation, Devices and Applications.
    • 発表場所
      Grenoble France
    • 年月日
      2015-06-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-k Oxide Gate Diamond FETs2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2015 MRS Spring Meeting, Session CC
    • 発表場所
      SanFrancisco, USA
    • 年月日
      2015-04-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond Electronic Devices for Future Application2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2014 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC 2014)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2014-11-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond FETs using heterojunction and high-k dielectrics2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      European Microwave Integrated Circuit Conferece (EUMIC 2014)
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      2014-10-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond FETs with high-k oxide gate dielectrics2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials (ICDCM 2014)
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2014-09-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond Field Effect Transistors with high-k gate insulator2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      International Materials Research Congress (IMRC 2014)
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-08-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diamond Electronic and Photonic Devices2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2014 International Symposium on Single Crystal Diamond Electronics and Fourt Chinese Vacuum Forum (SCDE 2014)
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      2014-06-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interfacial electronic band alignment of Ta2O5/hydrogen-terminated diamond heterojunction determined by X-ray photoelectron spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, S. H. Cheng, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbons Conference (NDNC 2013)
    • 発表場所
      Novotel Singapore Clarke Quay, Singapole
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Band configuration of HfO2/hydrogen-terminated diamond heterointerface correlated with electrical properties of metal/HfO2/hydrogen-terminated diamond diodes2013

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbons Conference (NDNC 2013)
    • 発表場所
      Novotel Singapore Clarke Quay, Singapole
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Challenge to DevelopDiamond Electronic and Photonic Devices for Energy Saving,2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2013)
    • 発表場所
      Kanazawa, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Diamond Heterojunction and High-k Dielectric Gate FETs2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      The 1st French-Japanese workshop on diamond power devices,
    • 発表場所
      Chanomix, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Challenge to Development of Diamond Power Devices for Saving Energy2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      The 8th Pacific Rim International Congress on Materials and Processing (PRICM 8)
    • 発表場所
      Waikoloa, Hawaii USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Diamond Field Effect Transistors using Al2O3 Insulator/Surface p-Channel Diamond Prepared by Thermal Treatment with Hydrogen and Ammonia Atmosphere2013

    • 著者名/発表者名
      M. Imura, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, J. Liu, M. Y. Liao, Y. Koide
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials 2013 (ICDCM 2013)
    • 発表場所
      Riva del Garda, Italy
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Diamond heterojunction and high-k Dielectric FETs2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      IEEE Nano Materials and Devices Conference (IEEE-NMDC 2013)
    • 発表場所
      Tainan, Taiwan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Study of Grain Boundary Character, Chapter 32016

    • 著者名/発表者名
      Ryan G. Banal, Masataka Imura and Yasuo Koide
    • 出版者
      INTECH
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 小出康夫|NIMS

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/KOIDE_Yasuo-j.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] NIMS研究者紹介

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/KOIDE_Yasuo-j.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 小出康夫ホームページ

    • URL

      http://homepage3.nifty.com/yankoide/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [産業財産権] ノーマリーオフ特性を有する水素化ダイヤモンドMISFETの製造方法2015

    • 発明者名
      劉江偉 小出康夫 リャオメイヨン 井村将隆
    • 権利者名
      劉江偉 小出康夫 リャオメイヨン 井村将隆
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-174571
    • 出願年月日
      2015-09-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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