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2010 年度 実績報告書

高密度正孔ガスを利用したダイヤモンド高出力ミリ波トランジスタ

研究課題

研究課題/領域番号 19106006
研究機関早稲田大学

研究代表者

川原田 洋  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90161380)

キーワード電子デバイス・集積回路 / 薄膜・量子構造 / マイクロ波・ミリ波 / 表面・界面 / 半導体 / 微細プロセス技術
研究概要

1.ダイヤモンドFET構造最適化による高耐圧、高周波、耐環境性能向上
水素終端(111)面での高キャリア密度をソース・ドレイン・チャネルに利用したMOSFETでは800MA/mmと高いドレイン電流密度が得られた(論文1)。さらにソース・ゲート、ゲート・ドレイン間の抵抗減少にて最大ドレイン電流密度1.2A/mm、最大相互コンダクタンス400mS/mmとダイヤモンドでは最高で、シリコンや化合物半導体の先端FETに匹敵する値を記録した(学会8)。この電流駆動能力の上昇を、高電界下での軽い正孔から重い正孔への遷移が(111)面では抑制され、移動度低下が起こりにくいことで説明した(論文1)。
2.高濃度ボロンドープ超伝導層を利用したダイヤモンド超伝導デバイス開発
2.1 SNSジョセフソン接合
超伝導層/非超伝導層/超伝導層(SNS)を縦型(論文5)あるいはプレーナ構造で形成し、ダイヤモンドジョセブソン接合形成に世界で初めて成功した(論文5)。3層全て同一物質のホモ接合で形成したジョセフソン接合は例がなく、ダイヤモンドという安定物質から高い信頼性が期待される。プレーナ構造では臨界電流Icと常伝導接合抵抗Rnの積(IcRn積,16mV@2K)がMgB2よりも高く、特性振動数(2eIcRn/h)が上昇し、テラヘルツ帯での応答が期待される。
2.2超伝導基礎物性から超伝導FETへ
ボロンドープダイヤモンド超伝導の基礎物性に関し、超伝導転移の臨界ボロン濃(3E20cm-3)と臨界キャリア濃度(4E20cm-3)(論文3)、超伝導ギャップ(学会4,7,10)等の観測を行った。ホモエピタキシャル層200mm以下は、圧縮面応力下の無欠陥領域であり、この領域で再現性よくゼロ抵抗温度TC10K台が得られた。この層を利用し、FET構造とジョセフソン接合を組み合わせ、超伝導FETを実現する予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2010

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] High-performance p-channel diamond metal-oxide-semiconductor field effect transistors on H-terminated (111) surfaces2010

    • 著者名/発表者名
      K.Hirama, H.Kawarada, et al.
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Express

      巻: Vol.3, No.4 ページ: 044001(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconductor-to-insulator transition in boron-doped diamond films grown using chemical vapor deposition2010

    • 著者名/発表者名
      A.Kawano, H.Kawarada, et al.
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 82 ページ: 085318(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical concentrations of superconductor to insulator transition in (111) and (001) CVD boron-doped diamond2010

    • 著者名/発表者名
      A.Kawano, H.Kawarada, et al.
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: Vol.470 ページ: S604-607

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-sectional TEM study and film thickness dependence of Tc in heavily 3 boron-doped superconducting diamond2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kitagoh, H.Kawarada, et al.
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: Vol.470 ページ: S610-612

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stacked SNS Josephson Junction with heavily B-doped CVD Diamond Superconducting thin film2010

    • 著者名/発表者名
      M.Watanabe, H.Kawarada, et al.
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: Vol.470 ページ: S613-615

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrashallow TiC source/drain contacts in MOSFETs formed by hydrogenation-last approach2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Jingu, K.Hirama, H.Kawarada
    • 雑誌名

      IEEE Trans.Elec.Dev

      巻: Vol.57, No.5 ページ: 966-972

    • 査読あり
  • [学会発表] Si terminated diamond : A nem diamond surface2010

    • 著者名/発表者名
      S.Sato, T.Tsuno, T.Ono, H.Kawarada
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, U.S.A.
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] Evaluation of NIS tunnling junction fabricated by superconducting diamond2010

    • 著者名/発表者名
      R.Nomura, Hiroshi Kawarada, et al.
    • 学会等名
      2010 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, U.S.A.
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] The electrical evaluation of diamond FETs with boron-delta-doped channels2010

    • 著者名/発表者名
      T.Ono, K.Tanabe, R.Edgington, H.Kawarada
    • 学会等名
      2010 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, U.S.A.
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] TiO2 encapsulated source/drain and gate electrodes for miniaturized diamond solution gate FETs2010

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, Y.Ishiyama, H.Kawarada
    • 学会等名
      2010 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, U.S.A.
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] ボロンドープダイヤモンドを用いたSNS接合における特性評価2010

    • 著者名/発表者名
      鹿又龍介, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      2010年第24回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2010-11-18
  • [学会発表] 超伝導ダイヤモンド薄膜における臨界温度の向上および特性評価2010

    • 著者名/発表者名
      栗原槙一郎, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      2010年秋季第24回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2010-11-18
  • [学会発表] ダイヤモンド超伝導体によるNISトンネル接合の特性評価2010

    • 著者名/発表者名
      野村亮, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      2010年秋季物理学会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2010-09-25
  • [学会発表] Tc(offset)>10Kの高濃度ボロンドープダイヤモンド(111)薄膜における超伝導特性2010

    • 著者名/発表者名
      北郷伸弥, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] ダイヤモンドにおける超伝導近接効果2010

    • 著者名/発表者名
      鹿又龍介, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-15
  • [学会発表] Tc(offset)>10[K]の高濃度ボロンドープ超伝導ダイヤモンド(111)薄膜における特性評価2010

    • 著者名/発表者名
      栗原槙一郎, 川原田洋, 他
    • 学会等名
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-15
  • [学会発表] NIS tunneling junction fabricated by super conducting Boron-doped diamond2010

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nomura, Hiroshi Kawarada, et al.
    • 学会等名
      2010 Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2010-09-01
  • [学会発表] High hole current achievemnet of the hydrogen-terminated diamond MOSFETs coated with poly-tetra-fluoro-ethylene2010

    • 著者名/発表者名
      S.Sato, K.Tanabe, T.Tsuno, T.Ono, H.Kawarada
    • 学会等名
      2010 International conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2010-09-01

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公開日: 2012-07-19  

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