窒化物／酸化物積層構造による強誘電体特性の発現とダイヤモンドFETへの応用

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06330
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 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)
• 研究協力者: 小出 康夫
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 窒化物半導体 / ダイヤモンド / 電界効果トランジスタ / 強誘電体 / パワースイッチングデバイス / MOCVD法 / MPCVD法 / スパッタ堆積法

研究成果の概要

ダイヤモンドは多くの優れた特性を有するため、過酷な環境下で動作可能なパワーデバイスの材料として有望なワイドギャップ半導体である。本研究では、まず表面正孔導電層を有す水素終端ダイヤモンド上へ窒化物単膜構造及び窒化物／酸化物積層構造を形成する技術の確立を図った。次に、これら構造体の絶縁特性及び強誘電体特性を調査した。最後に、これらの構造をダイヤモンドFETのゲート絶縁膜に応用することで、オン電流値~-180 A/mm、耐圧値~250 VのFETの試作に成功した。

自由記述の分野

半導体デバイス

研究成果の学術的意義や社会的意義

パワースイッチングデバイス用に開発されていたダイヤモンドFETでは、大電流動作・高耐圧(低リーク電流)特性を得るために重要な高いキャパシタンス値と高いエネルギーギャップ値を同時に満たすデバイス構造を適応するのが困難であった。本研究で検討を行ったAlN及びAlN/Al2O3積層構造は、高いキャパシタンス値と高いエネルギーギャップ値を同時に得ることができ、これらの構造を用いたFETは、大電流動作・高耐圧特性を有す可能性が高いことが明らかとなった。また本研究対象であるダイヤモンドFETは、自動車・無線通信・宇宙開発等の幅広い分野で応用が可能であり、本研究はその礎を築くものに位置付けられる。