AlGaN系半導体を用いた真空チャンネルトランジスタに関する研究

使用AlGaN基半导体的真空沟道晶体管的研究

基本信息

批准号：
16K06265
负责人：
横川俊哉
金额：
$ 3.16万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16K06265/
关键词：
高品質AlGaN結晶真空チャンネルトランジスタデバイス最適設計低電圧駆動低消費電力カーボンナノチューブ電極窒化物系半導体トランジスタ電子親和力バンド構造電子・電気材料電子デバイス・機器半導体物性テラヘルツ/赤外材料・素子先端機能デバイス

项目摘要

本研究は、従来実現されていないテラヘルツ帯の電磁波の発生を可能とする真空チャンネルトランジスタの開発を目的とする。テラヘルツ波は高速無線通信やイメージング、医療の分析など多くの応用が期待される。しかし数THzの高出力電磁波発生には課題が多い。窒化物半導体であるAlGaNは負の電子親和力を有しており、低駆動電圧が期待される。AlGaN半導体を用いた真空チャンネルトランジスタを新たに提案した。AlGaN半導体の基礎物性や電子放出機構を系統的に調べ、そのデータベースよるデバイス最適構造設計を行うことで、真空チャンネルトランジスタを実現し、低電圧駆動（低消費電力）を実証することが計画であった。今年度の研究実績としてAlGaN半導体を用いた真空チャンネルトランジスタの低電圧駆動でのデバイス動作を確認した。AlGaN系半導体の負の電子親和力を示すバンド構造、電子放出機構や基礎物性を系統的な実験によって調べ、デバイス設計のためのパラメータが得られたため、このデータベースを用いて真空チャンネルトランジスタのデバイス最適構造設計に取り組んだ。エミッタ部がAlGaN半導体で形成されたデバイスとなる。MOCVD法によりGaN基板上にAlGaN膜の成長を行った。そしてエミッターに使用可能な高品質のAlGaN結晶が実現できた。その後、AlGaN膜をドライエッチング加工し、エミッタ―とコレクターを対面するように形成した。その後、AlGaN膜上にゲート絶縁膜とゲート電極を形成した。これによりAlGaNエミッタ―を用いた真空チャンネルトランジスタを形成し、低駆動電圧を実現した。またAlGaNに形成したカーボンナノチューブ電極の効果も確認した。さらにデバイスシミュレーションによるプロセス設計ならびに最適構造設計も行った。

这项研究旨在开发一种真空通道晶体管，该晶体管能够在过去尚未实现的Terahertz带中产生电磁波。 Terahertz波有望具有许多应用，包括高速无线通信，成像和医学分析。但是，要产生几个THZ的高功率电磁波存在许多挑战。氮化物半导体Algan具有负电子亲和力，预计驱动电压低。已经提出了使用Algan半导体的新真空通道晶体管。该计划是系统地研究Algan半导体的基本特性和电子发射机制，并使用数据库设计设备最佳结构，从而实现真空通道晶体管并证明低压驱动（低功耗）。今年的研究结果证实了使用Algan半导体对真空通道晶体管低压驱动的设备的操作。通过系统的实验研究了基于Algan的半导体的带结构，电子发射机理和基于基于电子的电子亲和力的基本特性，并获得了用于设备设计的参数，并使用此数据库使用了真空通道晶体管的最佳设备结构设计。发射极部分成为由Algan半导体形成的设备。 Algan膜是通过MOCVD方法在GAN底物上生长的。这也使可以用作发射器的高质量α晶体。之后，将艾根膜进行干燥的蚀刻，以形成发射极，并彼此面对。之后，在Algan膜上形成了一个隔热膜和栅极电极。这允许使用Algan发射极的真空通道晶体管达到低驾驶电压。此外，还确认了对Algan形成的碳纳米管电极的作用。此外，还使用设备模拟进行了过程设计和最佳结构设计。