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2019 年度 実績報告書

低損失縦型ダイヤモンドパワーMOSFET

研究課題

研究課題/領域番号 17H02786
研究機関金沢大学

研究代表者

徳田 規夫  金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)

研究分担者 加藤 宙光  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00415655)
大曲 新矢  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40712211)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード表面・界面物性 / ダイヤモンド
研究実績の概要

本研究の目的は、省エネ・低炭素社会の実現に期待されている次世代パワーデバイスに関して、大電力制御が可能であり、かつ最も高い省エネ効果が期待されているダイヤモンド半導体を用いた超低損失MOSFET創製のための基盤要素技術を開発し、ダイヤモンドパワーエレクトロニクスの創成に資することである。
今年度は、ダイヤモンドMOSFETのチャネル移動度向上による低損失化を目指し、低移動度の大きな原因と考えられる界面準位の起源の解明に取り組み、またU字トレンチ構造形成プロセスの開発を行った。前者に関して、具体的には、昨年度ダイヤモンドMOSキャパシタ構造で開発した界面準位密度の低減プロセス後のダイヤモンド表面のOH終端の均一性・完全性を電流同時AFM及びKFMを用いて評価した。その結果、バンチングステップ領域と原子的に平坦なテラス領域で異なる表面電位及び電流分布を観察した。それは、バンチングステップでは非OH終端であることを示唆する。更に、バンチングステップ領域とテラス領域での局所的電流-電圧特性に対して、MISトンネルダイオード構造を仮定し解析した結果、テラス領域よりもバンチングステップ領域の方が界面準位密度は高いことが分かった。後者に関して、MOSFETの高耐圧化及びオン抵抗低減により有利な縦型U字トレンチ構造の形成プロセスの開発を行った。具体的には、我々が開発したニッケル中への炭素固溶反応をベースとするダイヤモンドの異方性エッチングを(110)基板に行った。その結果、{111}面で構成された側面を有するU字トレンチ構造の形成に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Formation of U-shaped diamond trenches with vertical {111} sidewalls by anisotropic etching of diamond (110) surfaces2020

    • 著者名/発表者名
      Nagai M.、Nakamura Y.、Yamada T.、Tabakoya T.、Matsumoto T.、Inokuma T.、Nebel C.E.、Makino T.、Yamasaki S.、Tokuda N.
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 103 ページ: 107713~107713

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.107713

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Conductive-probe atomic force microscopy and Kelvin-probe force microscopy characterization of OH-terminated diamond (111) surfaces with step-terrace structures2019

    • 著者名/発表者名
      Nagai Masatsugu、Yoshida Ryo、Yamada Tatsuki、Tabakoya Taira、Nebel Christoph E.、Yamasaki Satoshi、Makino Toshiharu、Matsumoto Tsubasa、Inokuma Takao、Tokuda Norio
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: SIIB08~SIIB08

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab1b5c

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Inversion channel mobility and interface state density of diamond MOSFET using N-type body with various phosphorus concentrations2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Tsubasa、Kato Hiromitsu、Makino Toshiharu、Ogura Masahiko、Takeuchi Daisuke、Yamasaki Satoshi、Inokuma Takao、Tokuda Norio
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 ページ: 242101~242101

    • DOI

      10.1063/1.5100328

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High‐Rate Growth of Single‐Crystalline Diamond (100) Films by Hot‐Filament Chemical Vapor Deposition with Tantalum Filaments at 3000?°C2019

    • 著者名/発表者名
      Tabakoya Taira、Kanada Shohei、Wakui Yusuke、Takamori Yue、Yamada Tatsuki、Nagai Masatsugu、Kojima Yoshiyasu、Ariyada Osamu、Yamasaki Satoshi、Nebel Christoph E.、Matsumoto Tsubasa、Inokuma Takao、Tokuda Norio
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 216 ページ: 1900244~1900244

    • DOI

      10.1002/pssa.201900244

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Homoepitaxial Diamond Growth by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Norio
    • 雑誌名

      Novel Aspects of Diamond

      巻: 121 ページ: 1~29

    • DOI

      10.1007/978-3-030-12469-4_1

    • 査読あり
  • [学会発表] ダイヤモンドデバイスとMOS界面の現状2020

    • 著者名/発表者名
      松本翼、桜井海匡、加藤宙光、牧野俊晴、小倉政彦、竹内大輔、山崎聡、猪熊孝夫、德田規夫
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノとロジー研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] MOS interface control for inversion channel diamond MOSFET2020

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, T. Matsumoto, X. Zhang, T. Inokuma, S. Yamasaki, H. Kato, T. Makino, C.E. Nebel, R.J. Nemanich
    • 学会等名
      Hasselt Diamond Workshop 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Conductive-Probe AFM and Kelvin-Probe Force Microscopy Characterization of OH-terminated Diamond (111) Surfaces with Step-Terrace Structures through Water Vapor Annealing2019

    • 著者名/発表者名
      M. Nagai, R. Yoshida, T. Yamada, T. Tabakoya, C.E. Nebel, S. Yamasaki, T. Makino, T. Matsumoto, T. Inokuma, N. Tokuda
    • 学会等名
      EM-NANO 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface planarization of diamond substrates using carbon solid solution into nickel2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sakauchi, T. Tabakya, M. Nagai, C.E. Nebel, T. Matsumoto, T. Inokuma, N. Tokuda
    • 学会等名
      EM-NANO 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical characteristics of Ni/B-doped diamond (111) contact after annealing2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamur, T. Tabakoya, M. Nagai, Y. Katagiri, C.E. Nebel, T. Matsumoto, T. Inokuma, N. Tokuda
    • 学会等名
      EM-NANO 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Reduction of Interface State Density for Diamond MOS structures by Wet Annealing after Hydrogen Plasma Treatment2019

    • 著者名/発表者名
      U. Sakurai, T. Matsumoto, M. Nagai, M. Ogura, T. Makino, S. Yamasaki, C.E. Nebel, T. Inokuma, N. Tokuda
    • 学会等名
      EM-NANO 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] ダイヤモンドエレクトロニクスの基礎と技術動向2019

    • 著者名/発表者名
      徳田規夫
    • 学会等名
      サイエンス&テクノロジーセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Advances in inversion channel diamond MOSFETs2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, T. Matsumoto, T. Inokuma, S. Yamasaki, H. Kato, T. Makino, C.E. Nebel
    • 学会等名
      SSDM 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ダイヤモンド半導体の技術動向と可能性2019

    • 著者名/発表者名
      徳田規夫
    • 学会等名
      技術情報協会セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent progress for inversion channel mobility improvement in diamond MOSFETsRecent progress for inversion channel mobility improvement in diamond MOSFETsRecent progress for inversion channel mobility improvement in diamond MOSFETsRecent progress for inversion channel mobility improvement in diamond MOSFETsRecent progress for inversion channel mobility improvement in diamond MOSFETs2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsumoto, U. Sakurai, T. Yamakawa, H. Kato, T. Makino, M. Ogura, D. Takeuchi, S. Yamasaki, T. Inokuma, N. Tokuda
    • 学会等名
      APWS 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent Progress in Inversion Channel Diamond MOSFET2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, T. Matsumoto, T. Inokuma, S. Yamasaki, H. Kato, T. Makino, C.E. Nebel
    • 学会等名
      2019 MRS FALL MEETING&EXHBIT
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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