革新的ダイヤモンドエレクトロニクス創出のための高品質界面の形成

ダイヤモンドの固有移動度は、電子、ホールとも室温で2000 cm2V-1s-1以上と非常に高く、素子の低損失化や高速化に適している。しかし、ダイヤモンド電界効果トランジスタを作製すると、チャネル移動度は多くの場合1～2桁低くなる。主に表面トランスファードーピングという手法を用いて水素終端ダイヤモンド上に電界効果トランジスタが作られてきたが、この手法はチャネルの直上にキャリアの散乱源（イオン化したアクセプタ）を導入することにもなっているためである。本研究では、表面トランスファードーピングに頼らずにアクセプタ密度を低減した高品質なダイヤモンド/絶縁体ヘテロ界面の形成を行うことで、ダイヤモンド電界効果トランジスタの高移動度化や新規量子現象の発現を行う。本年度は、われわれが実績をもつ六方晶窒化ホウ素(h-BN)をゲート絶縁体とするダイヤモンド電界効果トランジスタの作製手法の改良を行い、従来に比べ優れたデバイス特性を得た。また、h-BN/水素終端ダイヤモンドヘテロ構造を利用することで、ダイヤモンド表面近くに形成した窒素・空孔センター（NVセンター）の負電荷状態を安定化させた。これによって、通常表面に正孔が生じるために負電荷状態を形成するのが難しい水素終端表面下の単一NVセンターの電子スピンのラビ振動やハーンエコーを観測することに成功した。このh-BN/水素終端ダイヤモンドヘテロ構造下NVセンターの研究成果について、第69回応用物理学会春季学術講演会で発表し、現在論文の投稿準備中である。

ダイヤモンドの固有移動度は、電子、ホールとも室温で2000 cm2V-1s-1以上と非常に高く、素子の低損失化や高速化に適している。しかし、ダイヤモンド電界効果トランジスタを作製すると、チャネル移動度は多くの場合1～2桁低くなる。主に表面トランスファードーピングという手法を用いて水素終端ダイヤモンド上に電界効果トランジスタが作られてきたが、この手法はチャネルの直上にキャリアの散乱源（イオン化したアクセプタ）を導入することにもなっているためである。本研究では、表面トランスファードーピングに頼らずにアクセプタ密度を低減した高品質なダイヤモンド/絶縁体ヘテロ界面の形成を行うことで、ダイヤモンド電界効果トランジスタの高移動度化や新規量子現象の発現を行う。本年度は、われわれが実績をもつ六方晶窒化ホウ素(h-BN)をゲート絶縁体とするダイヤモンド電界効果トランジスタの作製手法の改良を行い、従来に比べ優れたデバイス特性を得た。また、h-BN/水素終端ダイヤモンドヘテロ構造を利用することで、ダイヤモンド表面近くに形成した窒素・空孔センター（NVセンター）の負電荷状態を安定化させた。これによって、通常表面に正孔が生じるために負電荷状態を形成するのが難しい水素終端表面下の単一NVセンターの電子スピンのラビ振動やハーンエコーを観測することに成功した。このh-BN/水素終端ダイヤモンドヘテロ構造下NVセンターの研究成果について、第69回応用物理学会春季学術講演会で発表し、現在論文の投稿準備中である。