研究課題
ダイヤモンド半導体は大きなバンドギャップおよび高い熱伝導率を有しているため、次世代の低損失パワーエレクトロニクスを構築する材料として期待されている。しかしながら、デバイス内で生じる電界集中などの異常動作を直接的に計測することは困難である。本研究は、ダイヤモンド中の窒素－空孔センターを高空間分解能センサとして用いることで、デバイス内部で発生する物理現象を直接捉えることを目的とする。本年度は、ダイヤモンドデバイス中の電界ベクトル検出の新たな手法の提案およびその実証を行った。電界ベクトル計測は、結晶方向の異なる複数のNV軸を利用することで行うが、光検出磁気共鳴（ODMR）スペクトルの信号と使用するNV軸の対応を知る必要がある。これまでは、4方向のNV軸からの信号を全て分裂するために任意の方向の磁場をかけた上でデバイスに電界を印可していた。しかしながら、この方法では軸方向磁場によって電界への応答が著しく低下してしまう。そこで、本年度は制御した方向に磁場を印可することでこの問題を解決した。これまでの方法に比べ、ある電界範囲では電界に対する信号変化が圧倒的に良くなることが理論的にわかり、ODMR中で大きな共鳴周波数を示すことを実験で確かめた。複数のNV軸を使用し、真空チャンバー内に配置したデバイス内の電界ベクトルを計測することで、この新しい手法がデバイス内電界計測へ適用可能であることを実証した。CCDを用いた検出により、デバイス内の位置に依存した電界ベクトル計測を実施し、デバイスシミュレータとの比較を行った。
2: おおむね順調に進展している
電界ベクトル計測の高感度化に向けた新しい計測手法を実証した。これはNVセンターを用いたデバイス内の量子センシングを発展させる成果であり、概ね計画通りに進行している。
今後の研究として、さらに高い空間分解能での計測および高速計測技術の開発に取り組む。
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IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
巻: 67 ページ: 212 - 216
10.1109/TED.2019.2952910
