窒化アルミニウム/ダイヤモンドヘテロ接合を用いた革新的電界効果トランジスタ

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760319
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 井村 将隆 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 研究員 (80465971)
• 連携研究者: 小出 康夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット・ワイドギャップ機能材料グループ, グループリーダー (70195650) ; 天野 浩 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60202694)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: ダイヤモンド / 窒化アルミニウム / 電界効果トランジスタ / ヘテロ接合

研究概要

窒化アルミニウム(AlN)/ダイヤモンドヘテロ構造を用いたpチャネル電界効果トランジスタ(FET)の特性改善及びその動作原理の解明を行った。AlNは有機金属化合物気相成長法を用いダイヤモンド基板上に成長させた。ソース-ドレイン電極直下のAlNを電極堆積前に塩素ガスを用いて完全にエッチングし、その後、オーミック電極にパラジウムを用いることでFET特性を大幅に改善させた。酸素終端構造を有すダイヤモンド基板上に、水素とアンモニアの混合ガス雰囲気下にて熱処理(1250oC)を施し、その後AlNを成長させることで、密着性の良いAlNを再現性良く得ることができ、同時にこの熱処理が表面正孔キャリアを形成していることが明らかとなった。またデバイスはノーマリオンモードでFET動作していることから、AlNが正孔キャリアの保護膜+絶縁膜として機能していると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of Broken Symmetry in Convergent-Beam Electron Diffraction along <11-20> and <1-100> Zone-Axes of AlN for Polarity Determination (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, U. Gautam, K. Nakajima, Y. Koide, H. Amano, and K. Tsuda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial chemical bonding state and band alignment of CaF2/hydrogen-terminated diamond heterojunction (2013)
  • 著者名/発表者名: J. W. Liu, M. Y. Liao, S. H. Cheng, M. Imura, and Y. Koide
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical characteristics of hydrogen-terminated diamond metal-oxide-semiconductor with atomic layer deposited HfO2 as gate dielectric (2013)
  • 著者名/発表者名: J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, H. Oosato, E. Watanabe, and Y. Koide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of AlN/diamond heterojunction field effect transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, T. Nagata, M. Y. Liao, Y. Koide, J. Yamamoto, K. Ban, M. Iwaya, and H. Amano
  • 雑誌名: Diam. Relat. Mat. 巻: 24 ページ: 206-209
  • 査読あり
• [雑誌論文] 窒化アルミニウム/ダイヤモンドヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタ (2012)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、廖梅勇、小出康夫
  • 雑誌名: NEW DIAMOND 巻: 第105号, Vol. 28 No. 2 ページ: 36-38
• [雑誌論文] Integration of high-dielectric constant Ta2O5 oxides on diamond for power devices (2012)
  • 著者名/発表者名: S. H. Cheng, L. W. Sang, M. Y. Liao, J. W. Liu, M. Imura, H. D. Li, and Y. Koide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band offsets of Al2O3 and HfO2 oxides deposited by atomic layer deposition technique on hydrogenated diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: J. W. Liu, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of diamond field effect transistors by AlN/diamond heterostructure (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, E. Watanabe, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett. 巻: 5 ページ: 125-127
  • 査読あり
• [学会発表] Band Configuration of HfO2/hydrogen-terminated Diamond Heterojunction Correlated with Electrical Properties of Metal/HfO2/hydrogen-terminated Diamond Diodes (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, S. Cheng, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
  • 学会等名: New Diamond and Nano carbon conference (NDNC2013)
  • 発表場所: National University, Singapore
  • 年月日: 20130519-23
• [学会発表] Interfacial Electronic Band Alignment of Ta2O5/hydrogen-terminated Diamond Heterojunction Determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, S. Cheng, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
  • 学会等名: New Diamond and Nano carbon conference (NDNC2013)
  • 発表場所: National University, Singapore
  • 年月日: 20130519-23
• [学会発表] 原子層堆積法による水素終端ダイヤモンド上のAl2O3とHfO2の電子構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 劉. 江偉、廖梅勇、井村将隆、小出康夫
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] 次世代パワーデバイス用ダイヤモンド電界効果トランジスタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、小出康夫
  • 学会等名: Nano tech 2013
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20130130-0201
• [学会発表] 次世代パワーデバイス用ダイヤモンド電界効果トランジスタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、小出康夫
  • 学会等名: つくばテクノロジー・ショーケース2013
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2013-01-22
• [学会発表] 原子層堆積法により成膜したアルミナゲート表面チャネルダイヤモンドFETの特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、MeiyongLiao、小出康夫、天野浩、松本翼、山崎聡
  • 学会等名: 第26回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 青山学院大学青山キャンパス
  • 年月日: 20121119-21
• [学会発表] Polarity determination of AlN by convergent beam electron diffraction method based on transmission electron microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, K. Nakajima, Y. Koide, H. Amano, and K. Tsuda
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN 2012)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center,Sapporo,Japan
  • 年月日: 20121014-19
• [学会発表] Al2O3/Diamond Field Effect Transistors using Surface p-Channel Prepared by Thermal Treatment with Hydrogen and Ammonia Atmosphere (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano:
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] High dielectric constant oxide on diamond for high power devices (2012)
  • 著者名/発表者名: S. H. Cheng, M. Y. Liao, M. Imura, and Y. Koide
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] Electrical property of high-k insulator/p-diamond diodes for electric field controlling (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Koide, G. C. Chen, M. Y. Liao, and M. Imura
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] Diamond-FET using AlN/diamond heterojunction (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, M. Y. Liao, and Y. Koide
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] 高濃度キャリアの電界制御を目指した強誘電体薄膜/ダイヤモンド接合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小出康夫、G.C.Chen、廖梅勇、井村将隆
  • 学会等名: 第72回応用応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学&松山大学
  • 年月日: 20120911-0914
• [学会発表] Electrical Transport Mechanism of Field Effect Transistors by AlN/Diamond Heterostructure (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 学会等名: International Conference on Diamond and Carbon Materials (Diamond2012)
  • 発表場所: the Granada Congress and Exhibitions Centre, Granada, Spain
  • 年月日: 20120903-07
• [学会発表] High-k insulator/p-diamond structure for gate voltage controlling / High-k insulator/p-diamond structure for gate voltage controlling (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Koide, G. C. Chen, M. Y. Liao, and M. Imura
  • 学会等名: International Conference on Diamond and Carbon Materials (Diamond2012)
  • 発表場所: the Granada Congress and Exhibitions Centre, Granada, Spain
  • 年月日: 20120903-07
• [学会発表] TEM-CBED法を用いたAlNの極性決定評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、中島清美、小出康夫、天野浩、津田健治
  • 学会等名: 第31回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺
  • 年月日: 20120711-13
• [学会発表] pチャネルAlN/Diamondヘテロ接合電界効果トランジスタ (2012)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、MeiyongLiao、小出康夫、天野浩、松本翼、山崎聡
  • 学会等名: 第31回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺
  • 年月日: 20120711-13
• [学会発表] Metal/insulator/p-diamond Structure with Large-permittivity Insulator for Gate Field Controlling (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Koide, M. Y. Liao, M. Imura, and G. C. Chen
  • 学会等名: New Diamond and Nano Carbons 2012 (NDNC2012)
  • 発表場所: Conrad San Juan Condado Plaza,San Juan,Puerto Rico
  • 年月日: 20120520-24
• [学会発表] Field Effect Transistors by AlN/Diamond Heterostructure - past & future - (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 学会等名: Hasselt Diamond Workshop 2012 SBDD XVII
  • 発表場所: The cultuurcentrum Hasselt ,Hasselt,Belgium
  • 年月日: 20120314-16
• [学会発表] 次世代パワーデバイス用ダイヤモンド電界効果トランジスタ (2012)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、小出康夫
  • 学会等名: 第12回NIMSフォーラム
  • 発表場所: 東京国際フォーラム
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] AlN/Diamondヘテロ接合型ダイヤモンド電界効果トランジスタ (2011)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、廖梅勇、小出康夫、天野浩
  • 学会等名: 第72回応用応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 20110830-0901
• [学会発表] AlN/Diamondヘテロ接合型ダイヤモンド電界効果トランジスタの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、廖梅勇、小出康夫、天野浩
  • 学会等名: 第25回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 産業技術総合研究所 共用講堂
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] AlN/Diamondヘテロ接合型電界効果トランジスタの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、廖梅勇、小出康夫、天野浩
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋
  • 発表場所: 沖縄コンベンセンションセンター
  • 年月日: 2011-11-06
• [学会発表] Development of Diamond Field Effect Transistors by AlN / Diamond Heterostructure (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 学会等名: 22nd European Conference on Diamond, Diamond-like Materials, Carbon Nanotubes and Nitrides(Diamond2011)
  • 発表場所: Garmisch - Partenkirchen,Bavaria,German
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Diamond Field Effect Transistors by AlN/Diamond Heterostructure (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 学会等名: International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011 (NDNC2011)
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matsue, Japan
  • 年月日: 2011-05-19
• [学会発表] AlN/ダイヤモンドヘテロ構造トランジスタ (2011)
  • 著者名/発表者名: 井村将隆、早川竜馬、大里啓孝、渡辺英一郎、津谷大樹、廖梅勇、小出康夫、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Demonstration of AlN/Diamond Heterostructure Field Effect Transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Imura, R. Hayakawa, H. Oosato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
  • 学会等名: MANA International Symposium 2011 (MANA Sympo. 2011)
  • 発表場所: Epochal Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2011-03-03