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2016 年度 実施状況報告書

Fabrication of high current output fin-type diamond field-effect transistors

研究課題

研究課題/領域番号 16K18096
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

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, 研究員 (30732119)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードDiamond / field-effect transistor / triple-gate / fin-type
研究実績の概要

In this project, novel triple-gate fin-type diamond metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) are fabricated to extend device downscaling and increase device output current. The achievements are shown below.
1. High-quality fin-patterns are formed successfully on diamond substrate by dry-etching process.
2. High-performance triple-gate MOSFETs are fabricated on the fin-pattern diamond substrate. Electrical properties of them are compared with those of planar-type MOSFETs, which are fabricated simultaneously on the same substrate.
3. The triple-gate fin-type MOSFET's output current (174.2 mA/mm) is much higher than that of the planar-type device (45.2 mA/mm), and the on/off ratio and subthreshold swing are more than 108 and as low as 110 mV/dec, respectively.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

The initial plan during FY2016 is that the fin-pattern with smooth etching surface is formed on the diamond substrate by dry-etching process, and then the high-quality H-diamond epitaxial layer is grown on the fin-pattern diamond substrate by MPCVD.
After accomplishing his plan during FY2016, the applicant continues to fabricate the triple-gate MOSFETs on the fin-pattern diamond substrate and to investigate the electrical properties of them.

今後の研究の推進方策

In the following studies, effects of fin-pattern numbers for each MOSFET, oxide insulator deposition temperature, and MOSFET device structure for the electrical properties of triple-gate MOSFETs would be investigated. The output current for the triple-gate diamond MOSFETs would be improved.

次年度使用額が生じた理由

The applicant planned to buy the diamond substrate for the fabrication of electronic devices. However, the remaining fund is not enough to buy the substrate.

次年度使用額の使用計画

The applicant will use this fund and the FY2017's fund to buy the diamond substrate.

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Fabrication of hydrogenated diamond metal-insulator-semiconductor field-effect transistor2017

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

      Methods in Molecular Biology

      巻: 1572 ページ: 217-232

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-6911-1_15

    • 査読あり
  • [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

      Journal of Applied Physics

      巻: 120 ページ: 124504 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4962851

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design and fabrication of high-performance diamond triple-gate field-effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, H. Oosato, X. Wang, M. Y. Liao, Y. Koide
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 34757 1-8

    • DOI

      10.1038/srep34757

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Measurement of barrier height of Pd on diamond (100) surface by X-ray photoelectron spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      F.N. Li, J.W. Liu, J.W. Zhang, X.L. Wang, W. Wang, Z.C. Liu, H.X. Wang
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 370 ページ: 496-500

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2016.02.189

    • 査読あり / 国際共著
  • [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
      R. Banal, M. Imura, J. W. Liu, Y. Koide
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 120 ページ: 115307 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4962854

    • 査読あり
  • [学会発表] Enhancement-mode Hydrogenated Diamond MOSFETs and MOSFET Logic Circuits2017

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
    • 学会等名
      1st Workshop of “LEADER”
    • 発表場所
      Tskuba, Japan
    • 年月日
      2017-03-30 – 2017-03-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Diamond NOT and NOR logic circuits2017

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide,
    • 学会等名
      The 64th JSAP Spring Meeting
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] Single crystalline diamond MOSFETs and Logic circuits2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu
    • 学会等名
      2016 China International Carbon Materials Conference
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of hydrogenated diamond logic circuits2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, B. Ryan, and Y. Koide
    • 学会等名
      The 30th Diamond Symposium
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-17
  • [学会発表] Hydrogenated diamond MOSFETs and logic circuits2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu
    • 学会等名
      Nanotechnology-2016
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2016-11-07 – 2016-11-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent Developments in Diamond MOSFET Electronic Devices2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
    • 学会等名
      ICYS Workshop FY2016
    • 発表場所
      Tskuba, Japan
    • 年月日
      2016-10-05 – 2016-10-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of triple-gate fin-type hydrogenated diamond MOSFETs2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, H. Oosato, X. Wang, M. Y. Liao, Y. Koide
    • 学会等名
      The 77th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      Niigata, Japan
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Hydrogenated diamond NOT and NOR logic gates composed of enhancement-mode and depletion-mode MOSFETs2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, B. Ryan, and Y. Koide
    • 学会等名
      The 77th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      Niigata, Japan
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Electrical properties of H-terminated diamond field effect transistors using AlN as insulating gate material sputter-deposited under Ar+N2 atmosphere2016

    • 著者名/発表者名
      R. Banal, M. Imura, J. W. Liu, M. Y. Liao and Y. Koide
    • 学会等名
      The 77th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      Niigata, Japan
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Sputter deposition AlN and atomic layer deposition Al2O3 as bilayer gate materials for H-terminated diamond field effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      R. Banal, M. Imura, J. W. Liu, M. Y. Liao and Y. Koide
    • 学会等名
      International Conference on Diamond and Carbon Materials 2016
    • 発表場所
      Montpellier, France
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] High-k TiO2 on diamond for electronic devices: capacitor, field-effect transistor, and logic inverter2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, B. Ryan, and Y. Koide
    • 学会等名
      10th International Conference on New Diamond and Nano Carbons
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      2016-05-22 – 2016-05-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Our Recent Studies on Diamond Electronic Devices2016

    • 著者名/発表者名
      J. W. Liu
    • 学会等名
      University of Science and Technology Beijing visiting
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-04-25 – 2016-04-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Semiconductor diamond metal-insulator-semiconductor field-effect transistors2016

    • 著者名/発表者名
      J.W. Liu
    • 学会等名
      EMN East Meeting 2016
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-04-22 – 2016-04-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 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 劉 江偉

    • URL

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

  • [産業財産権] トリプルゲートH-ダイヤモンドMISFET及びその製造方法2016

    • 発明者名
      劉 江偉、小出 康夫、大里 啓孝、王 煕、リャオ メイヨン
    • 権利者名
      国立研究開発法人 物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-112611
    • 出願年月日
      2016-06-06
  • [産業財産権] ダイヤモンド半導体装置、それを用いたロジック装置、及びダイヤモンド半導体装置の製造方法2016

    • 発明者名
      劉 江偉、小出 康夫、大里 啓孝、リャオ メイヨン、井村 将隆
    • 権利者名
      国立研究開発法人 物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-220840
    • 出願年月日
      2016-11-11

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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