【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.10】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24WS0071
利用課題名 / Title
高周波領域におけるダイヤモンドFETの高出力化
利用した実施機関 / Support Institute
早稲田大学 / Waseda Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
カーボン系材料, 高周波ダイヤモンドMOSFET,ALD,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,高周波デバイス/ High frequency device,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor,パワーエレクトロニクス/ Power electronics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
Xuezhen Jia
所属名 / Affiliation
早稲田大学 基幹理工学研究科 電子物理システム学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
長 幸宏,髙野 優希
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
WS-004：原子層堆積装置
WS-007：ICP-RIE装置
WS-012：電界放出型 走査電子顕微鏡
WS-016：レーザー直接描画装置
WS-022：高耐圧デバイス測定装置＋ 高耐圧プローバ
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ダイヤモンドは半導体材料で最高峰の熱伝導率(22 W/cm・K)と絶縁破壊電界(10 MV/cm)を有し、高周波・高出力デバイスへの応用が期待される。高周波ダイヤモンドMOSFETではダブルフィンガー構造のデバイスでゲート幅の拡大により実出力の向上を目指してきた．しかし，ゲート幅を拡大すると自己発熱の影響により電流密度が減少してしまうこと，また小信号特性においてはゲート抵抗の増大によりfmaxが低下してしまうことが課題として判明した．ソースビアマルチフィンガーはトレンチおよびP+基板を介してソース電極が基板表面に配線されている構造でこれらの問題を解決できると考えられる。また、大気中のコロナ放電および固体電荷膜材料の塗布2つのアプローチで界面負電荷によるダイヤモンドMOSFETの高性能化を検討した。
実験 / Experimental
レーザー直接描画装置（WS-016）で基板上にデバイスパターン形成し、ICP-RIE装置（WS-007）で基板をエッチングしてトレンチを形成する。完成したチャネルの上に原子層堆積装置（WS-004）でアルミナパッシベーションを行う。最後にできたデバイス構造を電界放出型 走査電子顕微鏡（WS-012）で確認する。高耐圧デバイス測定装置＋高耐圧プローバ（WS-022）で完成した高周波MOSFETの特性を測定して評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したソースビアマルチフィンガーダイヤモンドMOSFETにおいて，IDSmax = 248.0 mA/mm，fT = 0.94 GHz，fmax = 4.0 GHzという結果を得た．本研究ではSVMFの作製および動作実証に成功し，高周波増幅器として活用できる見込みを示した．今後の方針として，窒素ドープ層・アンドープ層の膜厚を大きくしたSVMFデバイスを作製すれば，CGSが低減され，fTの向上につながるはずである．また、初となるダイヤモンド表面へのナノシート塗布に成功し、1 GHzを超える遮断周波数と最大発振周波数、最大利得2.41 dB、最大付加効率1.93％、692 mW/mmの出力を記録した。様々な機能を持つナノシート材料をダイヤモンド表面へ導入する可能性を示した。ナノシート/ダイヤモンド界面の信頼性を確認し、界面正電荷による新たなしきい値電圧の制御手法として利用できると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件