0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1015
1016 1017 1018 1019 1020 1021
(b) Boron
Silicon Hydrogen
Nitrogen
A tom ic c oncentrati on (cm
-3)
Depth ( m)
46
図 3-2-26 作製した炭化タングステンキャップチタン電極のオーミック特性
図 3-2-27 作製した MISFET の構造模式図(a)、及び顕微鏡写真(b)
-6 -4 -2 0 2 4 6
-6.0x10-5 -4.0x10-5 -2.0x10-5 0.0 2.0x10-5 4.0x10-5 6.0x10-5
Current (A)
Voltage (V)
47
図 3-2-28 スパッターリングによる CaF2をゲート絶縁層として用いた MIS 構造の電圧電流特性
Ib 型｛100｝単結晶ダイヤモンド（2.5mm×2.5mm×0.5mm）表面へホモエピタキシャル成長し た 高 品 質 p+ ダ イ ヤ モ ン ド 表 面 に MISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor)構造を作製し、室温から 500ºC までの動作を評価した。p+型ダイヤモンド薄膜の成 長には NIMS 型マイクロ波プラズマ CVD 装置を用いた。電気特性の評価にはベース真空度 1×10
-10Torr の超高真空・高温プローバ（図 3-2-29）及びアジレント・テクノロジー社製パワーデバ イスアナライザ B1505A を用いた。
図 3-2-30 に室温におけるトランジスタ特性の測定結果を示す。ゲート電圧Vgをマイナス側に 印加するに従い Idカーブの値は上昇し、明瞭なトランジスタ動作が確認できた。図 3-2-31 に 500ºC における測定結果を示す。高温時には室温に比べ Idが低下しているが、500ºC において も同様に明確なトランジスタ動作を示している。
今回作製した MISFET はVg = 0V においてもチャネルが開いておりIdが流れる状態である、つ まりノーマリーオンのトランジスタとなっている。実際の半導体回路に使用する場合、ノーマ リーオン特性では回路設計が難しくなること、またノーマリーオンの素子は起動回路などに有 用であるが、主電源投入以前に制御電源を確定しておかなければ、主電源を短絡するためパワ ー素子としては使いにくいといった理由からノーマリーオフ特性の FET が望まれる。
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6
10-14 10-13 10-12 10-11 10-10
Current (A)
Gate voltage (V)
48
図 3-2-29 測定に用いた超高真空・高温プローバ
0 -2 -4 -6 -8 -10
0 -100μ -200μ -300μ -400μ -500μ
-1 V I d (A)
Vds (V)
0 V -3 V
1 V -2 V -4 V Vg = -5 V
図 3-2-30 室温におけるダイヤモンド MISFET のId-Vds特性
T = RT
49
0 -2 -4 -6 -8 -10
0 -100μ -200μ -300μ
0 V -3 V
-1 V -2 V -4 V I d (A)
Vds (V)
Vg = -5 V
図 3-2-31 500ºC におけるダイヤモンド MISFET のId-Vds特性
作製したダイヤモンド MISFET はVg = 0V においてもチャネルが開いておりIdが流れる状態で ある、つまりノーマリーオンのトランジスタとなっている。実際の半導体回路に使用する場合、
ノーマリーオン特性では回路設計が難しくなること、またノーマリーオンの素子は起動回路な どに有用であるが、主電源投入以前に制御電源を確定しておかなければ、主電源を短絡するた めパワー素子としては使いにくいといった理由からノーマリーオフ特性の FET が望まれている。
我々はこれまでに今回作製したダイヤモンド MISFET を発展させた新型構造のダイヤモンド FET デバイスを作製し、室温から 300ºC までの動作を評価した。
Ib 型｛100｝単結晶ダイヤモンド（2.5mm×2.5mm×0.5mm）表面へホモエピタキシャル成長し た ダ イ ヤ モ ン ド 表 面 に MIMSFET(Metal-Insulator-Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)構造を形成した。トランジスタ構造の詳細については、知財化案件のため本稿では 割愛する。電気特性の評価にはベース真空度 1×10-10Torr の超高真空・高温プローバ(図 3-2-29)及びアジレント・テクノロジー社製パワーデバイスアナライザ B1505A を用いた。
図 3-2-32 に室温におけるトランジスタ特性の測定結果を示す。ゲート電圧Vgをマイナス側に 印加するに従いIdカーブの値は上昇し、明瞭なトランジスタ動作が確認できた。Vg=0 ではIdは 無視できる程度に小さく、明瞭なノーマリオフ動作が確認できた。図 3-2-33 に 300ºC における 測定結果を示す。300ºC においても同様に明確なトランジスタ動作及びノーマリオフ特性を示 している。
T = 500 º C
50
図 3-2-32 室温におけるダイヤモンド MIMSFET のId-Vds特性
0 -2 -4 -6 -8 -10
0.0 2.0x10-5 4.0x10-5 6.0x10-5 8.0x10-5 1.0x10-4