2021 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドパワーデバイス実現に向けたイオン注入プロセスに関する研究
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20H02139
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小倉 政彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80356716)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 智朗 法政大学, イオンビーム工学研究所, 教授 (80388149)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / パワーデバイス / イオン注入 / デバイスプロセス / ｐｎ接合 / ＭＯＳＦＥＴ / ホッピング伝導 / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドは低損失で耐環境な次々世代パワーデバイスの材料として嘱望されているが、デバイスプロセスに不可欠なイオン注入技術の適用が、照射欠陥やグラファイト化に起因する問題が解決できていないために難しいとされてきた。イオン注入プロセスは添加する元素の濃度分布を容易に制御することができ、デザインフレキシビリティの点で非常に有利であるため、ダイヤモンドのデバイスプロセスに適用できれば大きなブレークスルーとなる。本研究ではダイヤモンドのデバイスプロセスにイオン注入プロセスを適用させるために必要な技術を構築する。そのためには、Siなどで行われているように、キャリア活性層たる母体層のリンドープn型層にホウ素をイオン注入することで局所的にp型に転換させ、更にそのp型領域とn型領域による接合がpn接合として機能する必要がある。
本年度の大きな成果は先ず、母体のn型層（産総研）とこのイオン注入によるp型転換層（産総研・法政大学）を用いたpn接合ダイオードの構造を改良し、逆方向の電流を測定限界以下に抑えて整流比を少なくとも8桁に改善したことである（昨年度は2桁、いずれも±100V、なおp型、n型はいずれもHall効果測定にて同定）。なおこれは世界初の結果であり、国際学会（31st International Conference on Diamond and Carbon Materials, 2021年9月）などで発表した。
また、イオンの抑止または減速を目的とするマスク材は、少なくとも室温～580℃の温度でのイオン注入では、一般的にフォトリソグラフィ―を用いたプロセスで使用されるSiO2(TEOS)やTiがその役割を果たせるほか、室温ではレジストも利用できることが実証された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナの影響により一部に物品調達の遅れがあったものの、予算の繰越しを用い、当初目標をクリアできた。特にマスク材料を選定できたことは次年度からのフォトリソグラフィ―を用いた選択的イオン注入に向けた大きな進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン注入によるp型転換層を用いたpn接合は本年度に整流性が大きく改善したが、順方向の抵抗が大きく（50Vにて数μA）今後原因を探り改善を目指す。
また、イオンの抑止または減速を目的とするマスク材として、一般的なSiO2(TEOS)やTi、レジストが有効に機能することが分かったことから、ＭＯＳＦＥＴ作製（最終年度）に向けて、次年度よりフォトリソグラフィ―を用いて微細領域に適用し、選択的イオン注入を行い、課題を抽出する。
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