2022 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型への転換層（産総研・法政大学）を用いたpn接合ダイオードに於いて、p型転換層と電極金属の接触抵抗を大きく改善したことである。昨年度は10^4～5 Ωcm^2 であったのに対して、今年度は10^-5 Ωcm^2 程度と、９桁改善した。イオン注入を複数エネルギーで行うことにより高濃度領域の深さ範囲を大きくとったことがプロセス上のキーである。
また、イオンの抑止または減速を目的とするマスク材は、前年度までの知見を用いて、本年度はフォトリソグラフィーとリフトオフを用いてTiにて選択的にマスクを施し、微小領域（数10μmの領域、領域間の間隙は最小5μm）に注入することに成功した。即ちダイヤモンドに於いてMOSFETを始めとするデバイスを志向した選択的イオン注入プロセスが利用できることが示された。
これまでの成果を第70回応用物理学会春季学術講演会にて口頭発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
パワーデバイスを指向した、イオン注入によるp型転換層を用いたMOSFETの動作に向けた課題を、順調に進めることが出来ている。その中で、フォトリソグラフィーとリフトオフのプロセスにて作製したマスクを用いた微小領域への選択的イオン注入について、MOSFET向けのプロセスは次年度に始める予定であったが，本年度中に着手できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン注入p型転換層と電極の接触抵抗が大きく改善したpn接合ダイオードは、順方向の抵抗がまだ大きい。この抵抗成分の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を用いた選択的イオン注入が出来たことから、着手しているMOSFET構造の試作を進め、課題を抽出する。
上記を通して、デバイス作製のためのp型転換層を生成するイオン注入の条件の最適化を目指す。
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