| 研究課題/領域番号 |
17H03228
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
鵜殿 治彦 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10282279)
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| 研究分担者 |
池畑 隆 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00159641)
板倉 賢 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20203078)
塩見 淳一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40451786)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 赤外線センサ / マグネシウムシリサイド / フォトダイオード / pn接合 |
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| 研究実績の概要 |
IoTや自動車の自動運転用途などで今後最も需要が高まるセンサの一つに高感度赤外センサがある。従来の InGaAsやHgCdTeの光電型センサは希少元素や毒性の高い元素を含むため、資源・環境面から見て数百万~数億個といった市場での大量使用には適していない。そこで本研究では、地殻中資源量が豊富で毒性の無いマグネシウムシリサイド (Mg2Si)を用いて、資源・環境リスクに対応し、低価格かつ大量使用可能な赤外センサを実用化することを目標に2017年度～2019年度の３年間で単結晶成長からデバイス開発までの研究を行った。
Mg2Si単結晶成長では、結晶の高純度化、高品質化、大口径化に取り組み。小傾角粒界のない高品質な直径18mmの単結晶を得るに至った。更に、各種不純物が及ぼすキャリア濃度への影響について明らかにすることができた。この結果、基板結晶への不純物の熱拡散のみで高感度なpn接合フォトダイオード（赤外線センサ）を作製できることがわかった。また、バルク結晶のキャリアライフタイムをpn接合を使った開放電圧減衰法（OCVD法）を使って調べ、Mg2Si中の少数キャリアライフタイムを初めて得ることに成功した。更に、ライフタイムの温度依存性についても室温から77Kの範囲で評価することに成功している。赤外線センサの開発では各種プロセス条件と受光感度、暗電流への影響を調査した。各種条件を適正化することおよび取り出し電極とのバンドの不連続を考慮することで受光感度を大幅に向上できることを見出した。室温から77Kまでの分光感度の評価から、デバイス構造を適正化することでInGaAs赤外線センサ並みの比検出能が得られることを明らかにした。また、イメージングセンサ化に向けてフォトリソグラフィーを使った微細アレイを試作し、20μmピッチ間隔までのアレイ構造が作製できることを確認した。
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| 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。
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| 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。
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