Improvement of crystal quality of heteroepitaxial diamond toward realization of next-generation power electronics devices

提高异质外延金刚石晶体质量以实现下一代电力电子器件

• 批准号: 20H02478
• 负责人: 會田 英雄
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Nagaoka University of 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02478/
• 关键词: ダイヤモンド; ヘテロエピタキシャル成長; CVD法; 欠陥密度

温室効果ガス削減に極めて大きな貢献が期待されるダイヤモンドによる究極の省エネルギーパワー半導体デバイスの実現には、高品質かつ大型のダイヤモンド基板実現が必須である。ヘテロエピタキシャル成長法による基板大型化には目途が付いているが、結晶欠陥密度の低い高品質ダイヤモンド成長技術開発が必要である。ダイヤモンドヘテロエピタキシャル界面からの結晶欠陥の発生そのものを抑制するための完ぺきな下地基板製作と、発生した欠陥を消滅/低減するための欠陥伝搬制御の特殊成長テクニックの開発、ならびにそれらの技術融合を実施した。下地基板となるMgO表面の無じょう乱研磨加工とその後の洗浄およびアニール手法を確立し、原子レベルステップテラス表面創製に成功した。また選択成長技術による転位低減の可能性を見出した。さらに、ダイヤモンドヘテロエピタキシャル成長中の成膜状況および基板反りのリアルタイムモニタリングに世界初で成功した。特に、ダイヤモンド基板の成長時反りは成長時応力を反映しており、低欠陥密度を実現するために必須となる成長時応力発生要因の特定が可能な状況とした。これらの情報を整理し成長条件にフィードバックすることにより低欠陥化のための成膜条件の精密制御が可能となる見込みを立てた。

为了实现使用钻石的终极节能能力半导体装置，预计将贡献极大的温室气体，必须实现高质量的大型钻石基板。尽管使用异质增长的生长有可能增加底物的机会，但有必要开发具有低晶体缺陷密度的高质量钻石生长技术。我们已经生产了完美的碱基底物，以抑制钻石杂质界面界面的晶体缺陷，开发特殊生长技术以消除/减少所产生的缺陷以及这些技术的融合。 MGO的表面是基础底物，大致抛光，随后清洁和退火方法，并成功地创建了原子水平的步进露台表面。此外，发现使用选择性生长技术减少位错的可能性是可能的。此外，在钻石杂质增长过程中，世界上首次成功地实时监测膜沉积状况和底物翘曲。特别是，钻石底物生长期间的扭曲反映了生长过程中的应力，并且可以识别出对于达到低缺陷密度至关重要的因素。通过对这些信息进行排序并将其馈回生长条件，可以预期可以精确控制减少缺陷的膜形成条件。

项目成果

単結晶MgO基板の原子平坦化プロセスの構築

单晶MgO衬底原子平坦化工艺的构建

• 发表时间: 2021
• 作者: Hama;T.;Nishi;T.;Oka;M.;Matsuno;T.;Okitsu;Y.;Hayashi;S.;Takada;K.;and Takuda;H.;尾島拓海，田中日菜，伊原隆宏，木村豊，澤邊厚仁，大島龍司，會田英雄
• 通讯作者: 尾島拓海，田中日菜，伊原隆宏，木村豊，澤邊厚仁，大島龍司，會田英雄

ホモエピタキシャル成長用ダイヤモンド基板の研削加工とダメージ評価

同质外延生长金刚石基板的研磨和损伤评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 山井大誠;伊藤暁彦;大宮裕之，南方啓貴，川口正悟，會田英雄，大島龍司
• 通讯作者: 大宮裕之，南方啓貴，川口正悟，會田英雄，大島龍司

Comparison of in-situ and ex-situ observation of initial growth morphology of heteroepitaxial diamond grown on Ir(001)/MgO(001)

Ir(001)/MgO(001)上异质外延金刚石初始生长形貌的原位和异位观察比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Yutaka Kimura;Ryuji Oshima;Atsuhito Sawabe;Hideo Aida
• 通讯作者: Hideo Aida

Chemical Mechanical Polishing of MgO Substrate and Its Effect on Fabrication of Atomic Step-Terrace Structures on MgO Surface by Subsequent High-Temperature Annealing

MgO 基板的化学机械抛光及其对后续高温退火在 MgO 表面形成原子阶梯结构的影响

• DOI: 10.1149/2162-8777/aca3d1
• 发表时间: 2022
• 期刊: ECS Journal of Solid State Science and Technology
• 影响因子: 2.2
• 作者: Aida Hideo;Ojima Takumi;Oshima Ryuji;Ihara Takahiro;Takeda Hidetoshi;Kimura Yutaka;Sawabe Atsuhito
• 通讯作者: Sawabe Atsuhito

Experimental and theoretical analysis on substrate bending during heteroepitaxial growth of diamond

金刚石异质外延生长过程中基片弯曲的实验与理论分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Yutaka Kimura;Takahiro Ihara;Takumi Ojima;Hina Tanaka;Ryuji Oshima;Atsuhito Sawabe;Hideo Aida
• 通讯作者: Hideo Aida