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2016 年度 実績報告書

窒化物半導体の金属-半導体界面と水素との相互作用機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 26420286
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

色川 芳宏  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点 電気・電子機能分野 ワイドバンドギャップ材料グループ, 主任研究員 (90394832)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード水素 / センサ / 半導体デバイス
研究実績の概要

半導体デバイス型水素センサの動作機構に関して、実験・理論的検討を通して、一般的に普及しているダイポールモデルとは異なる新規のモデルを提案した。窒素および水素雰囲気中において、Pt-AlGaN/GaNショットキーダイオード(SBD)をインピーダンス測定した結果得られたナイキストプロットを解析したところ、水素導入後においても、ダイポール層の存在に伴うRC成分を示す新たな半円が現れないことがわかった。また、第一原理計算によって得られたPd-SiO2界面の面内平均ポテンシャルの深さ方向分布を解析した結果、水素吸着前後で面内平均ポテンシャルに大きな変化が見られなかった。これらの結果より、従来モデルで予想されているように、界面において水素がダイポール層を形成することは考えにくい。これまでの検討で、Pt-GaN SBDの電極と半導体界面に様々な絶縁膜を挿入して水素応答を調べた結果、挿入する絶縁膜の種類によって、水素応答が大きく変化することがわかている。さらに、Pt-SiO2-GaNダイオードの電流輸送機構を解析した結果、窒素中ではFowler-Nordheim tunnelingであったが、水素中ではPool-Frenkel emissionに変化している。以上の結果より、従来提案されている界面ダイポールモデルは誤りで、水素による絶縁膜の物性変化が半導体デバイス型水素センサの動作機構の本質であることが予想される

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] First-principles calculations of semiconducting TiMgN22016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa and Mamoru Usami
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 098001-1-3

    • DOI

      JJAP.55.098001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Electrochemical Impedance Spectroscopy Study of Hydrogen Interaction with Nitride-Based Semiconductor Diodes2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Irokawa
    • 学会等名
      10th International Symposium on Electrochemical Impedance Spectroscopy
    • 発表場所
      Toxa, Spain
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-24
    • 国際学会
  • [産業財産権] n型半導体材料、p型半導体材料および半導体素子2016

    • 発明者名
      色川 芳宏、宇佐見 護
    • 権利者名
      色川 芳宏、宇佐見 護
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-12045
    • 出願年月日
      2016-06-17

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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