【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5213
利用課題名 / Title
ダイヤモンドデバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
パワーエレクトロニクス,ワイドギャップ半導体,トランジスタ FET,電子線リソグラフィ/ EB lithography,リソグラフィ/ Lithography,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ボンディング/ Bonding
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)
笹間 陽介
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
藤井 美智子,浦野 絵里
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]
NM-636：マスクレス露光装置 [DL-1000]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-614：CCP-RIE装置 [RIE-200NL]
NM-632：ワイヤーボンダー [7476D #2]
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，高熱伝導率や高絶縁破壊電界，高移動度を有するワイドギャップ半導体であり，パワーデバイスに適した物性を有することから，次世代パワーデバイス材料として期待されている．本研究では，損失が小さく，高速動作可能なダイヤモンドデバイスの実現を目指して，ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の高移動度化に取り組んでいる．高移動度化を実現させるため，低メタン濃度の化学気相成長によって，比較的平坦なダイヤモンドを成膜し，その上に単結晶六方晶窒化ホウ素(h-BN)をゲート絶縁体として用いたダイヤモンドFETを作製した．FET作製に必要な微細加工は，ARIM共用装置を用いて行った．
実験 / Experimental
まず，ダイヤモンド薄膜上に，電子ビーム描画装置及び電子銃型蒸着装置を利用して，ホールバー電極を作製した．水素プラズマ処理後，ゲート絶縁体となるh-BNをダイヤモンドチャネル上に貼り合わせた．h-BNゲート絶縁体は，電子ビーム蒸着装置及びCCP-RIE装置を利用して，ホールバー形状にエッチングした．その後，電子ビーム描画装置及び電子銃型蒸着装置を利用して，ゲート電極を作製した．原子層堆積装置を用いて，Al2O3を成膜し素子分離したのち，電子ビーム描画装置及びスパッタ装置を用いて測定用のボンディングパッドを作製した．このようにして，ダイヤモンドFETを作製した．作製したダイヤモンドFETはワイヤーボンダーを用いて測定ホルダーにワイヤーボンディングし，特性評価を行った．
結果と考察 / Results and Discussion
出力特性評価から，良好なP型のFET動作が確認された．作製したFETの移動度はホール効果測定から評価した．Hall移動度の温度依存性を測定した．本研究のFETの移動度は，以前のダイヤモンドFETよりも，温度の低下とともに移動度が大きく増加した．これは，クローン散乱及び表面ラフネス散乱が以前のFETよりも抑制されたことを示唆しており，ダイヤモンドFETの移動度の向上に成功した．
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)
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Yosuke Sasama, Self-aligned gate electrode for hydrogen-terminated diamond field-effect transistors with a hexagonal boron nitride gate insulator, Applied Physics Letters, 125, (2024).
DOI: 10.1063/5.0224192
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Y. Sasama, T. Iwasaki, M. Imura, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Yamaguchi, "Field-effect transistor based on CVD-grown diamond utilizing h-BN gate insulator", 17th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2024, May 2024
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