ダイヤモンドパワーデバイス実現に向けたイオン注入プロセスに関する研究

实现金刚石功率器件的离子注入工艺研究

• 批准号: 20H02139
• 负责人: 小倉 政彦
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02139/
• 关键词: イオン注入; パワーデバイス; ダイヤモンド; 伝導性制御; 半導体; デバイスプロセス; ｐｎ接合; ＭＯＳＦＥＴ; ホッピング伝導

ダイヤモンドは低損失で耐環境な次々世代パワーデバイスの材料として嘱望されているが、デバイスプロセスに不可欠なイオン注入技術の適用が、照射欠陥やグラファイト化に起因する問題が解決できていないために難しいとされてきた。イオン注入プロセスは添加する元素の濃度分布を容易に制御することができ、デザインフレキシビリティの点で非常に有利であるため、ダイヤモンドのデバイスプロセスに適用できれば大きなブレークスルーとなる。本研究ではダイヤモンドのデバイスプロセスにイオン注入プロセスを適用させるために必要な技術を構築する。そのためには、Siなどで行われているように、キャリア活性層たる母体層のリンドープn型層にホウ素をイオン注入することで局所的にp型に転換させ、更にそのp型領域とn型領域による接合がpn接合として機能する必要がある。本年度の大きな成果は先ず、母体のn型層（産総研）とこのイオン注入によるp型への転換層（産総研・法政大学）を用いたpn接合ダイオードに於いて、p型転換層と電極金属の接触抵抗を大きく改善したことである。昨年度は10^4～5 Ωcm^2 であったのに対して、今年度は10^-5 Ωcm^2 程度と、９桁改善した。イオン注入を複数エネルギーで行うことにより高濃度領域の深さ範囲を大きくとったことがプロセス上のキーである。また、イオンの抑止または減速を目的とするマスク材は、前年度までの知見を用いて、本年度はフォトリソグラフィーとリフトオフを用いてTiにて選択的にマスクを施し、微小領域（数10μmの領域、領域間の間隙は最小5μm）に注入することに成功した。即ちダイヤモンドに於いてMOSFETを始めとするデバイスを志向した選択的イオン注入プロセスが利用できることが示された。これまでの成果を第70回応用物理学会春季学術講演会にて口頭発表した。

ダ イ ヤ モ ン ド は low loss で environmental な times 々 generation パ ワ ー デ バ イ ス の material と し て told at さ れ て い る が, デ バ イ ス プ ロ セ ス に not owe な イ オ ン injection technology の が, illuminate owe 陥 や グ ラ フ ァ イ ト change に cause す る が solve で き て い な い た め に difficult し い と さ れ て き た. イ オ ン injection プ ロ セ ス は add す を の る element concentration distribution easy に suppression す る こ と が で き, デ ザ イ ン フ レ キ シ ビ リ テ ィ の point で very に favorable で あ る た め, ダ イ ヤ モ ン ド の デ バ イ ス プ ロ セ ス に applicable で き れ ば big き な ブ レ ー ク ス ル ー と な る. This study で は ダ イ ヤ モ ン ド の デ バ イ ス プ ロ セ ス に イ オ ン injection プ ロ セ ス を applicable さ せ る た め に を な technology necessary to construct す る. そ の た め に は, Si な ど で line わ れ て い る よ う に, キ ャ リ ア active layer た る matrix layer の リ ン ド ー プ n-type layer に ホ ウ element を イ オ ン injection す る こ と で bureau of に p-type に planning in さ せ, more に そ の p-type areas と n-type に よ る joint が pn junction と し て function す る necessary が あ る. This year big の き な results は ず first, maternal の n-type layer (production 総 research) と こ の イ オ ン injection に よ る p-type へ の planning in layer (production 総 research thammasat university) を with い た pn junction ダ イ オ ー ド に in い て, p type planning in と electrode metal の large contact resistance を き く improve し た こ と で あ る. Yesterday's annual は 10 ^ 4 ~ 5 cm ^ 2 で Ω あ っ た の に し seaborne て, our は 10 ^ 5 Ω と cm ^ 2, 9 girder improve し た. イ オ ン injection を plural エ ネ ル ギ ー で line う こ と に よ り high concentration field の deep さ van 囲 を big き く と っ た こ と が プ ロ セ ス on の キ ー で あ る. ま た, イ オ ン の dampening ま た は deceleration を purpose と す る マ ス ク は, before the annual ま で の knowledge を with い て, this year's は フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ ー と リ フ ト オ フ を with い て Ti に て sentaku of に マ ス ク を し, small areas (number 10 microns の は minimum clearance between の areas, 5 microns) に injection す る こ と に successful し た. Namely ち ダ イ ヤ モ ン ド に in い て MOSFET を beginning め と す る デ バ イ ス を ambition し た sentaku of イ オ ン injection プ ロ セ ス が using で き る こ と が shown さ れ た. Youdaoplaceholder2 れまで れまで achievements を 70th 応 Spring Academic Lecture of the Physics Society にて oral presentation た.

项目成果

リンドープn型ダイヤモンドへのホウ素イオン注入によるpn接合の形成

掺磷n型金刚石中硼离子注入形成p-n结

• 发表时间: 2021
• 作者: 小倉 政彦;西村 智朗;加藤 宙光;牧野 俊晴;横田 貴恒;竹内 大輔;庄司 一郎;山崎 聡
• 通讯作者: 山崎 聡

リンドープn形ダイヤモンドへのホウ素イオン注入によるp形伝導層の形成

通过硼离子注入磷掺杂n型金刚石形成p型导电层

• 发表时间: 2023
• 作者: 小倉 政彦;西村 智朗;加藤 宙光;竹内 大輔;山崎 聡;牧野 俊晴
• 通讯作者: 牧野 俊晴

Fabrication of p-n junction by boron ion implantation into phosphorus-doped diamond

掺磷金刚石硼离子注入制备p-n结

• 发表时间: 2021
• 作者: 小倉 政彦;西村 智朗;加藤 宙光;牧野 俊晴;山崎 聡
• 通讯作者: 山崎 聡