WASEDA UNIVERSITY
　　　　　　　　　　　　　　
 
 

 ダイヤモンドパワーFETの広い温度領域での動作

( 文責： 許 德琛 )

  

従来型の素子では不可能であった、宇宙、地球資源開発などの過酷な温度環境においても安定して動作するデバイスを実現するため、我々はダイヤモンドを使って温度の変化に依存しないFET動作を目標とした研究をしています。

表面を水素終端したダイヤモンドに現れる二次元正孔ガスは広い温度領域において伝導性があまり変化しないという特徴があります。我々はこれをFETに応用することにより温度に依存しない安定したFET動作が実現できると考えました。この二次元正孔ガスに不可欠な水素終端の高温における安定性については700℃まで安定であることを確認しています。このような水素終端を外部環境から保護し、かつ二次元正孔ガスに必要なもう一つの要因である表面吸着層を維持・創生する技術を開発しており、酸化剤にH2Oを用いたALD法により比較的高温にてAl2O3を成膜することにより400℃という高温でのFET動作を実現しています。

 

図1．デバイス図

  

図2．広温度領域対応の測定装置

図1の上半分は実際作製したデバイスの写真図、下半分はデバイス断面の模式図です。図2の測定装置の測定範囲は-263℃～400℃です。

発表論文：

1) T.Saito, K.-H.Park, K.Hirama, H.Umezawa, M.Satoh, H.Kawarada, Z.-Q.Liu, K.Mitsuishi, K.Furuya and H.Okushi, “Fabrication of Metal-Oxide-Diamond Field-Effect Transistors with Submicron-Sized Gate Length on Boron-Doped(111) H-Terminated Surfaces Using Electron Beam Evaporated SiO2 and Al2O3” Journal of Electronic Materials, 40(3), 247~252(2011) (DOI:10.1007/s11664-010-1500-1)

2) H.Kawarada, “High-current metal oxide semiconductor field-effect transistors on h-terminated diamond surfaces and their high-frequency operation”, Jpn. J. Appl. Phys. 51(9), 090111-1～090111-6 (2012) (DOI: 10.1143/JJAP.51.090111)

3) A. Hiraiwa, A. Daicho, S. Kurihara, Y. Yokoyama, and H. Kawarada, “Refractory two-dimensional hole gas on hydrogenated diamond surface”, J. Appl. Phys. 112(12), 124504-1~124504-6 (2012) (DOI:10.1063/1.4769404)

4) Atsushi Hiraiwa and Hiroshi Kawarada, “Figure of merit of diamond power devices based on accurately estimated　impact ionization processes”, J. Appl. Phys., 114(3), 034506/1-9, (Jul. 21, 2013) (DOI: 10.1063/1.4816312)

5) Atsushi Hiraiwa , Tatsuya Saito, Akira Daicho, and Hiroshi Kawarada , “Accuracy assessment of sheet-charge approximation for Fowler-Nordheim tunneling into charged insulators”,  J. Appl. Phys., 114(13), 134501/1-9 (Oct.2013) (DOI: 10.1063/1.4823742)

6) A. Daicho, T. Saito, S. Kurihara, A. Hiraiwa, and H. Kawarada, “High-reliability passivation of hydrogen-terminated diamond surface by atomic layer deposition of Al2O3”, J. Appl. Phys. 115, 223711/1-4 (2014) (DOI: 10.1063/1.4881524)