Basic research for creating ultra-low loss diamond power devices

超低损耗金刚石功率器件的基础研究

• 批准号: 19J12733
• 负责人: 長井 雅嗣
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12733/
• 关键词: ダイヤモンド; エッチング; トレンチ; MOSFET; 界面準位; 半導体; 低損失; ステップ

高温水蒸気雰囲気におけるNiとダイヤモンドの熱化学反応を用いたダイヤモンドエッチングにより、ダイヤモンド(110)面に対し、垂直な側面を持つトレンチの形成に成功した成果が国際会議（NDNC 2020）に採択され、発表が決まっていたが、コロナウイルスの影響により延期となった。ダイヤモンドMOS構造における界面準位の発生メカニズムをより詳細に調査するため、高温水蒸気アニールによるOH終端化処理を施したp型ダイヤモンド(111)表面に酸化膜としてごく薄いアルミナを堆積し、その表面とPtプローブで形成されるMISトンネルダイオードを流れる電流をコンダクティブAFM（C-AFM）を用いて評価した。ダイヤモンド表面のステップテラスとバンチングステップ領域において形成されるMISトンネルダイオードの電流電圧（I-V）特性からn値を見積もることで、その部分の界面準位密度が得られる算段であったが、電流の立ち上がり部分の電流値が非常に小さくC-AFMの検出限界を大きく下回っていたため、n値を見積もることができなかった。より薄いアルミナを堆積することで、電流値が大きくなり、n値の見積もりが可能になると考えられる。トレンチ型反転層チャネルダイヤモンドMOSFETの作製には、ダイヤモンド半導体の積層構造作製、エッチングによるトレンチの形成、酸化膜・電極の形成が必要となる。ダイヤモンドの成膜条件を最適化し、所望のダイヤモンド半導体積層構造を作製することに成功した。また、その積層構造に対し、高温水蒸気雰囲気におけるNiとダイヤモンドの熱化学反応を用いたダイヤモンドエッチングを施し、トレンチの形成にも成功した。残すは、酸化膜と電極の形成のみであるが、その条件出し等の下準備は大方終えており、間もなくトレンチ型反転層チャネルダイヤモンドMOSFETが完成する見込みである

由于成功的钻石（110）方面，钻石蚀刻使用了高温蒸汽气氛中Ni和钻石的热化学反应，但已被决定推迟到期。冠状病毒的影响。为了更详细地研究钻石MOS结构中界面水平的机理，将非常薄的氧化铝（111）表面沉积为氧化物膜在P型钻石（111）的表面上，该膜应用于使用pt探针（c -afm）评估了由高温蒸汽anil进行的OH末端处理。这是一个计算，该部分的界面密度是通过从钻石表面和束式步骤区域的阶梯露台上形成的MIS隧道二极管的当前电压（I-V）特性来获得的该零件的值很小，C-AFM检测极限明显较低，n值无法估算。据认为，较薄的氧化铝的当前值会增加当前值并使N值估计成为可能。沟槽倒通道钻石MOSFET的产生需要钻石半导体层压结构，通过蚀刻形成沟槽，并形成氧化物和电极。我们成功地优化了钻石制备条件并创建了所需的钻石半导体结构。此外，使用Ni和钻石在高温度蒸汽气氛中的Ni和Diamonds的热化学反应进行层压结构，并将其形成沟槽的形成，沟槽的形成成功。唯一的剩余是氧化膜和电极的形成，但是条件的制剂通常已经完成，预计沟槽形的逆转层钻石MOSFET很快就会完成。

项目成果

Conductive-probe atomic force microscopy and Kelvin-probe force microscopy characterization of OH-terminated diamond (111) surfaces with step-terrace structures

具有阶梯平台结构的 OH 封端金刚石 (111) 表面的导电探针原子力显微镜和开尔文探针力显微镜表征

• DOI: 10.7567/1347-4065/ab1b5c
• 发表时间: 2019
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Nagai Masatsugu;Yoshida Ryo;Yamada Tatsuki;Tabakoya Taira;Nebel Christoph E.;Yamasaki Satoshi;Makino Toshiharu;Matsumoto Tsubasa;Inokuma Takao;Tokuda Norio
• 通讯作者: Tokuda Norio

Conductive-Probe AFM and Kelvin-Probe Force Microscopy Characterization of OH-terminated Diamond (111) Surfaces with Step-Terrace Structures through Water Vapor Annealing

通过水蒸气退火对具有阶梯台结构的 OH 封端金刚石 (111) 表面进行导电探针 AFM 和开尔文探针力显微镜表征

• 发表时间: 2019
• 作者: Masatsugu Nagai;Ryo Yoshida;Tatsuki Yamada;Taira Tabakoya;Christoph E. Nebel;Satoshi Yamasaki;Toshiharu Makino;Tsubasa Matsumoto;Takao Inokuma and Norio Tokuda
• 通讯作者: Takao Inokuma and Norio Tokuda

Formation of U-shaped diamond trenches with vertical {111} sidewalls by anisotropic etching of diamond (110) surfaces

通过金刚石（110）表面的各向异性蚀刻形成具有垂直{111}侧壁的U形金刚石沟槽

• DOI: 10.1016/j.diamond.2020.107713
• 发表时间: 2020
• 期刊: Diamond and Related Materials
• 影响因子: 4.1
• 作者: Nagai M.;Nakamura Y.;Yamada T.;Tabakoya T.;Matsumoto T.;Inokuma T.;Nebel C.E.;Makino T.;Yamasaki S.;Tokuda N.
• 通讯作者: Tokuda N.

Anisotropic diamond etching using Ni films in high-temperature water vapor for wafer and device processing

在高温水蒸气中使用镍膜进行各向异性金刚石蚀刻，用于晶圆和器件加工

• 发表时间: 2019
• 作者: Masatsugu Nagai;Yuto Nakamura;Taira Tabakoya;Hiromitsu Kato;Toshiharu Makino;Satoshi Yamasaki;Christoph E. Nebel;Tsubasa Matsumoto;Takao Inokuma and Norio Tokuda
• 通讯作者: Takao Inokuma and Norio Tokuda