NO2吸着による水素終端ダイヤモンドFETの高周波化

NO₂吸着による水素終端ダイヤモンドFETの高周波化
Michal Kubovic　嘉数誠
機能物質科学研究部

　ダイヤモンドは最高の絶縁破壊電界、熱伝導率と高いキャリア速度を兼ね備えた半導体であり、そのデバイス基盤技術ができれば，究極の高周波電力デバイスが実現する。我々は、これまで水素終端ダイヤモンドFETで世界最高の遮断周波数(f_T:45 GHz, fmax:120 GHz)、高周波電力密度（1 GHzで2.1 W/mm）を報告してきた[1]。しかしダイヤモンドFETで用いている水素終端というp型ドーピング法の機構が明らかでなく、制御もできていなかった。
　我々は、大気中にも存在するNO₂が水素終端表面での正孔生成に決定的な要因であることを見出し、そのp型ドーピング機構を実験的に解明した。さらに図1に示すように、人工的に用意した濃度300 ppmのNO₂を吸着させたところ、従来より約1桁高い2.3×10¹⁴ cm^-2の2次元正孔濃度を得ることができた[2-4]。次に、本技術を用いて高周波トランジスタを作製したところ、正孔濃度が増加しソース抵抗が低減したことにより、大気中の従来のFETに比べ1.8倍のドレイン電流［図2(a)］、1.5倍の電力利得遮断周波数(f_maxU)を得ることができた。これによりダイヤモンドFETを実用化に一歩近づけることができた。
　なお、この研究の一部は総務省SCOPE「ダイヤモンド高周波電力デバイス」プロジェクトの委託で行われた。
[1] M. Kasu, K. Ueda, Y. Yamauchi et al., Diamond Relat. Mater. 16 (2007) 1010.
[2] M. Kubovic and M. Kasu, Appl. Phys. Express 2 (2009) 086502.
[3] M. Kubovic, M. Kasu, and H. Kageshima, Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 052101.
[4] M. Kubovic, M. Kasu, H. Kageshima, and F. Maeda, Diamond Relat. Mater. (in press).
　

図1 　NO₂吸着、解離による正孔濃度の変化。

　　　　

図2 　NO₂吸着前後の水素終端ダイヤモンドの (a)ドレイン電流電圧特性，(b)ユニラテラル電力利得の周波数依存性。

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図1 　NO₂吸着、解離による正孔濃度の変化。

図2 　NO₂吸着前後の水素終端ダイヤモンドの (a)ドレイン電流電圧特性，(b)ユニラテラル電力利得の周波数依存性。