【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.24】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24BA0054

利用課題名 / Title

デバイスシミュレーターを用いた平面型電子放出デバイスの光応答特性の解析

利用した実施機関 / Support Institute

筑波大学 / Tsukuba Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【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）-

キーワード / Keywords

デバイスシミュレーション、フォトカソード,光デバイス/ Optical Device

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)

村上 勝久

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

永田達也

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

矢野裕司

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

BA-001：デバイスシミュレーター

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

我々の研究グループではGraphene/Oxide/Semiconductor(GOS)構造の平面型電子放出デバイスを開発している。GOS構造の平面型電子放出デバイスは10 Pa程度の低真空で動作するため、従来型電子放出素子と比較して動作真空に制約がないことが特徴である。GOS構造の下部半導体基板にp型半導体を用いることで、デバイスに光を照射した際に下部p型半導体基板中で発生するフォトキャリアを真空中に放出することが可能であり、これを利用すると低真空で動作可能な半導体フォトカソードの開発につながると考えて開発を進めている。光応答特性の高感度化には、p型半導体基板のドーピングレベルや絶縁層である酸化膜層の厚さを最適化する必要がある。本課題では、デバイスシミュレーターを用いた平面型電子放出デバイスの光応答解析によるデバイス構造最適化を目的として、本年度は最も簡単な素子構造であるp-Siショットキー接合の光応答モデルの構築を行った。

実験 / Experimental

受光面積直径Φ1 um , 基板厚み0.5 umのp-Si基板（ドーピングレベル8.3x10¹⁶ cm^-3）の表面に、グラフェンの仕事関数に相当する4.0 eVの電極を接合したショットキー接合モデルを作製した。ただし電極の厚みは無視し、電極での光吸収も考慮していない。

結果と考察 / Results and Discussion

作製したモデルに、光照射無し、波長650 nmの光を照射強度1 mW/cm²で照射した場合、1 mW/cm²で照射した場合の3つの条件で 、ショットキー接合に流れる電流を求めた。図1にショットキー接合の電圧電流特性を示す。ショットキー接合に逆バイアスを印可した際に流れる電流が光照射強度の増加により増加しており、ショットキー接合での光応答特性を再現できることを確認した。今後は、酸化膜をFowler-Nordheimトンネリングするモデルを取り入れたGOS構造デバイスモデルを構築して、GOS構造デバイスの光応答特性の解析を進めていく予定である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 p-Siショットキー接合モデルの電圧電流特性の光応答特性

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