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2020 年度 実績報告書

Ⅲ族窒化物ナノラミネート特異構造を用いたダイヤモンド電子デバイスの開発

計画研究

研究領域特異構造の結晶科学:完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス
研究課題/領域番号 16H06419
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, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70195650)

研究分担者 劉 江偉  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (30732119)
廖 梅勇  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 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, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80465971)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
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 / 電界効果トランジスタ
研究実績の概要

2020年度最終年度の成果を統括すると以下の通りとなる。

(1)2019年度までに立ち上げた原子層堆積(ALD)型MOVPE法により、TMA、TMG、およびNH3それぞれを簡潔的にパルス供給することによるAlNおよびGaNの原子層堆積法を確立した。AlxGa1-xN(0<x<1)混晶膜の固相組成は、パルス時間のみの制御で全組成の成長が可能であり成長の制御性に優れる。AlN、GaN、およびAlxGa1-xN(0<x<1)の1分子層成長の実現は、エリプソメトリ法により可視光反射強度のステップ状変化をその場モニターすること、および成長後に測定された膜厚およびステップ数から確認された。更に、Si(100)基板上に[AlN(0.2nm)/GaN(0.04nm)](250対)のナノラミネート膜を成長させ、同程度膜厚のAlN単層膜に比べて3.6倍の誘電率増加を観測し、III族窒化物半導体のナノラミネート膜における誘電率の増大効果を世界で初めて確認した。ナノラミネート膜のSTEM観察から不均一な層状成長が見られ、誘電率増大効果に寄与している可能性も見出した。
(2)2019年度までに当新学術領域科研費内海外共同研究促進プログラムによるテキサス大ダラス校Auciello教授との共同研究通して、開発したALD法によるTiOx[x nm]/AlOx[y nm](x, y = 1~2 nm)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初めて実証した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 7件、 査読あり 9件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Department of MSE/University of Texas, Dallas(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Department of MSE/University of Texas, Dallas
  • [雑誌論文] Fixed charges investigation in Al2O3/hydrogenated-diamond metal-oxide-semiconductor capacitors2020

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, H. Oosato, B. Da, Y. Koide
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 ページ: 163502

    • DOI

      10.1063/5.0023086

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Science and Technology of Integrated Super-High Dielectric Constant AlOx/TiOy Nanolaminates / Diamond for MOS Capacitors and MOSFETs2020

    • 著者名/発表者名
      Jiangwei Liu, Orlando Auciello, Elida de Obaldia, Bo Da, Yasuo Koide
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 172 ページ: 112-121

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2020.10.031

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced magnetic sensing performance of diamond MEMS magnetic sensor with boron-doped FeGa film2020

    • 著者名/発表者名
      Zilong Zhang, Liwen Sang, Jian Huang, Waiyan Chen, Linjun Wang, Yukiko Takahashi, Seiji Mitani, Yasuo Koide, Satoshi Koizumi, Meiyong Liao
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 170 ページ: 294-301

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2020.08.049

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Precise characterization of atomic-scale corrosion of single crystal diamond in H2 plasma based on MEMS/NEMS2020

    • 著者名/発表者名
      H. Wu, Z. Zhang, L. Sang, T. Li, J. You, M. Imura, Y. Koide, M.Y. Liao
    • 雑誌名

      Corrosion Science

      巻: 170 ページ: 108651

    • DOI

      10.1016/j.corsci.2020.108651

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermal stability investigation for Ohmic contact properties of Pt, Au, and Pd electrodes on the same hydrogen-terminated diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Xiaolu Yuan, Jiangwei Liu, Siwu Shao, Jinlong Liu, Junjun Wei, Bo Da, Chengming Li, Yasuo Koide
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 55114

    • DOI

      10.1063/5.0008167

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancing Delta E Effect at High Temperatures of Galfenol/Ti/Single-Crystal Diamond Resonators for Magnetic Sensing2020

    • 著者名/発表者名
      Zilong Zhang, Haihua Wu, Liwen Sang, Yukiko Takahashi, Jian Huang, Linjun Wang, Masaya Toda, Indianto Mohammad Akita, Yasuo Koide, Satoshi Koizumi, Meiyong Liao
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 ページ: 23155-23164

    • DOI

      10.1021/acsami.0c06593

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Coupling of magneto-strictive FeGa film with single-crystal diamond MEMS resonator for high-reliability magnetic sensing at high temperatures.2020

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhang, Y. Wu, L. Sang, H. Wu, J. Huang, L. Wang, Y. Takahashi, R. Li, S. Koizumi, M. Toda, I. M. Akita, Y. Koide
    • 雑誌名

      Materials Research Letters

      巻: 8 ページ: 180-186

    • DOI

      10.1080/21663831.2020.1734680

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Annealing Temperature on Performances of Boron-Doped Diamond Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors2020

    • 著者名/発表者名
      J. Liu, T. Teraji, B. Da, H. Ohsato, Y. Koide
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Electron Devices

      巻: 67 ページ: 1680-1685

    • DOI

      10.1109/ted.2020.2972979

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrical readout/characterization of single crystal diamond (SCD) cantilever resonators.2020

    • 著者名/発表者名
      H. Wu, Z. Zhang, L. Sang, T. Li, J. You, Y. Lu, Y. Koide, M.Y. Liao
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 103 ページ: 107711

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.107711

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Diamond MOSFETs with a super-high dielectric constant AlOx/TiOx nanolaminate insulator2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide, J. Liu, B. Da, O. Auciello, E. Obaldia
    • 学会等名
      CGCT-8, Category 10. Singularity Project,
    • 国際学会
  • [学会発表] Ⅲ族窒化物ナノラミネート特異構造を用いたいたダイヤモンド電子デバイスの開発2021

    • 著者名/発表者名
      小出 康夫、劉 江偉、井村 将隆、廖 梅勇
    • 学会等名
      2021第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Science/Technology of Interface-Engineered Super High-K Dielectric TiOx/AlOy Nanolaminate/Crystal Diamond for New Generation High Power Electronics. Second Workshop on Diamond Electronics2020

    • 著者名/発表者名
      Orlando Auciello, LIU, Jiangwei, KOIDE, Yasuo, Elida de Obaldia, DA, Bo.
    • 学会等名
      Second Workshop on Diamond Electronics 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Diamond Nano-/Micro-Fin Channels for Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors.2020

    • 著者名/発表者名
      LIU, Jiangwei, OOSATO, Hirotaka, DA, Bo, KOIDE, Yasuo.
    • 学会等名
      The 13th MANA International Symposium 2020 jointly with ICYS. 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] ワイドギャップ半導体異種接合とデバイス応用2020

    • 著者名/発表者名
      小出康夫,井村将隆,劉 江偉,廖 梅勇
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced diamond FET and MEMS devices2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide
    • 学会等名
      2020 Virtual MRS Spring/Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Challenge to development of III-nitride Nanolaminates/Diamond Heterojunciton devices2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Koide, M. Imura, J. Liu, and M. Liao
    • 学会等名
      Virtual Workshop on Materials Science and Advanced Electronics Created by Singularity
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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