JP5759398B2 - Diamond field effect transistor and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその作成方法に関する。   The present invention relates to a diamond field effect transistor and a manufacturing method thereof.

ダイヤモンドは、物質中で最大の熱伝導率を有する。また、ダイヤモンドは、高い絶縁破壊電界と、高いキャリア速度とを有する。このため、ダイヤモンドを用いた電界効果トランジスタは、SiやGaAsなどの既存の材料を使った電界効果トランジスタでは原理的に実現できない、高温環境下でも大電流で動作することが期待されている。   Diamond has the highest thermal conductivity in the material. Diamond also has a high breakdown field and a high carrier velocity. For this reason, field effect transistors using diamond are expected to operate at high currents even in high temperature environments, which cannot be realized in principle by field effect transistors using existing materials such as Si and GaAs.

しかしながら、水素終端ダイヤモンド表面に大気中の分子が吸着層を作ることによって生じる正孔伝導層をチャネルに利用したダイヤモンド電界効果トランジスタでは、誘起できる正孔密度が低いため動作電流が小さい。さらに、高温かつ真空環境では吸着層が表面から脱離するため正孔密度が減少するという問題がある。このため、高温環境下でも大電流で動作するダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することは極めて困難である。   However, in a diamond field effect transistor using a hole conduction layer generated by the formation of an adsorption layer of atmospheric molecules on the hydrogen-terminated diamond surface, the operating current is small because the hole density that can be induced is low. Furthermore, there is a problem in that the hole density decreases because the adsorption layer is desorbed from the surface in a high temperature and vacuum environment. For this reason, it is extremely difficult to produce a diamond field effect transistor that operates with a large current even in a high temperature environment.

以下に、従来のダイヤモンド電界効果トランジスタについて述べる。図1は、従来技術に係る正孔伝導層を利用したダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す図である。   A conventional diamond field effect transistor will be described below. FIG. 1 is a diagram illustrating a process for producing a diamond field effect transistor using a hole conduction layer according to the prior art.

まず、図1(a)に示すように、水素ラジカルによってダイヤモンド基板100表面を水素で終端し、水素を含む表面層102を形成する。次いで、この表面層102を大気中に曝すことで、表面層102上に大気中の分子からなる吸着層104が形成される(図1(b))。次いで、図1(c)に示すように、吸着層104表面にソース電極106となる金属膜と、ドレイン電極108となる金薄膜とを空間的に離れた領域に形成する。次いで、図1(d)に示すように、ソース電極106と、ドレイン電極108との間の空間的に離れた領域にゲート電極110を形成する。   First, as shown in FIG. 1A, the surface of the diamond substrate 100 is terminated with hydrogen by hydrogen radicals to form a surface layer 102 containing hydrogen. Next, by exposing the surface layer 102 to the atmosphere, an adsorption layer 104 made of molecules in the atmosphere is formed on the surface layer 102 (FIG. 1B). Next, as shown in FIG. 1C, a metal film to be the source electrode 106 and a gold thin film to be the drain electrode 108 are formed on the surface of the adsorption layer 104 in spatially separated regions. Next, as illustrated in FIG. 1D, a gate electrode 110 is formed in a spatially separated region between the source electrode 106 and the drain electrode 108.

図2に、図1で示した工程により作成したダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示す。ダイヤモンド表面に誘起される正孔密度は最大で約1×1013cm−2と少ないため、従来技術により作成したダイヤモンド電界効果トランジスタをドレイン電流100mA/mm以上の大電流で動作させることはできない。 FIG. 2 shows drain current-voltage characteristics of the diamond field effect transistor prepared by the process shown in FIG. Since the maximum hole density induced on the diamond surface is as low as about 1 × 10 13 cm −2 , the diamond field effect transistor produced by the conventional technique cannot be operated with a large drain current of 100 mA / mm or more.

図3は、図1で示した工程により作成したダイヤモンド電界効果トランジスタの試料における、真空中での試料温度と、最大ドレイン電流との関係を示すグラフである。試料温度が上昇するとドレイン電流は単調に減少し、試料温度が300℃を越えるとドレイン電流が劇的に減少する。従って、試料温度が300℃を越えると、トランジスタ動作そのものが得られなくなる。これは吸着層が試料表面から脱離して正孔伝導層の正孔密度が非常に低くなったためである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the sample temperature in vacuum and the maximum drain current in the diamond field effect transistor sample prepared by the process shown in FIG. When the sample temperature rises, the drain current decreases monotonously, and when the sample temperature exceeds 300 ° C., the drain current decreases dramatically. Therefore, when the sample temperature exceeds 300 ° C., the transistor operation itself cannot be obtained. This is because the adsorption layer is desorbed from the surface of the sample and the hole density of the hole conduction layer is very low.

本明細書の以下の記述では、トランジスタ動作が得られなくなる試料温度をTcと呼ぶことにする。一度でも試料温度がTcを越えると、再び試料温度をさげてもドレイン電流は元に戻らない(非特許文献1、非特許文献2を参照)。   In the following description of the present specification, the sample temperature at which the transistor operation cannot be obtained is referred to as Tc. Once the sample temperature exceeds Tc, the drain current does not return even if the sample temperature is lowered again (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

J.U. Ristein, F. Maier, M. Riedel, M. Stammer, and L. Ley, Diamond and Related Materials 416−422 (2001).J.U. Ristein, F. Maier, M. Riedel, M. Stammer, and L. Ley, Diamond and Related Materials 416-422 (2001). M. Kubovic, Y. Yamauchi, M. Kasu, “Improvements in Thermal Stability of Hydrogen− terminated Diamond FETs”, Extended Abstract of the 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tsukuba, 2008, pp. 1036−1037.M. Kubovic, Y. Yamauchi, M. Kasu, “Improvements in Thermal Stability of Hydrogen-terminated Diamond FETs”, Extended Abstract of the 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tsukuba, 2008, pp. 1036-1037.

本発明の第一の目的は、ダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流が低いという課題を解決し、大電流動作が可能な、ダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を提供することである。   The first object of the present invention is to solve the problem that the drain current of a diamond field effect transistor is low and to provide a structure of a diamond field effect transistor capable of operating at a large current.

本発明の第二の目的は、ダイヤモンド電界効果トランジスタが高温環境下で動作することができないという課題を解決し、高温環境下でも動作可能な、ダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を提供することである。   A second object of the present invention is to solve the problem that a diamond field effect transistor cannot operate in a high temperature environment and to provide a structure of the diamond field effect transistor that can operate in a high temperature environment.

本発明の第1の態様は、ダイヤモンド電界効果トランジスタであって、ダイヤモンド基板と、ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、第一の吸着層上に互いに離間して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に露出した、第一の吸着層の上部全体を覆うように形成されたNO2分子からなる第二の吸着層と、第二の吸着層上に形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と、保護層上に、ソース電極とドレイン電極との間に離間して形成されたゲート電極とを備えたことを特徴とする。 A first aspect of the present invention is a diamond field effect transistor comprising a diamond substrate, a surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and a surface layer exposed to the atmosphere. formed on the layer, a first adsorption layer comprising a molecule in the air, formed apart from each other in the first adsorption layer, a source electrode and a drain electrode, the source electrode and the drain electrode A second adsorption layer composed of NO 2 molecules formed so as to cover the entire upper part of the first adsorption layer, and a protection composed of an oxygen-containing compound formed on the second adsorption layer. and a layer, on the protective layer, which is formed spaced apart between the source electrode and the drain electrode, characterized in that a gate electrode.

本発明の第2の態様は、ダイヤモンド基板と、ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、第一の吸着層上に互いに離間して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に露出した第一の吸着層の上部全体を覆うように形成された、NO 2 分子からなる第二の吸着層と、ソース電極及びドレイン電極から離間して、第二の吸着層上に形成された、ゲート電極と、ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した、第二の吸着層及びゲート電極を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層とを備えることを特徴とする。 The second aspect of the present invention includes a diamond substrate, a surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and an atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere. A first adsorbing layer comprising molecules therein, a source electrode and a drain electrode formed on the first adsorbing layer and spaced apart from each other, and a first adsorbing layer exposed between the source electrode and the drain electrode A second adsorbing layer made of NO 2 molecules formed so as to cover the entire upper part of the electrode, and a gate electrode and a source electrode formed on the second adsorbing layer apart from the source electrode and the drain electrode the exposed between the drain electrode, is formed to cover the second adsorption layer and the gate electrodes, characterized in that it comprises a protective layer made of a compound containing oxygen and.

本発明の第3の態様は、ダイヤモンド電界効果トランジスタであって、ダイヤモンド基板と、ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、第一の吸着層上に形成されたNO2分子からなる第二の吸着層と、第二の吸着層上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に露出した、第二の吸着層の上部全体を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と、ソース電極及びドレイン電極から離間して、保護層上に形成されたゲート電極とを備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is a diamond field effect transistor comprising a diamond substrate, a surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and a surface layer exposed to the atmosphere. formed on the layer, a first adsorption layer comprising a molecule in the atmosphere, is formed on the first adsorption layer, and the second adsorption layer consisting of NO 2 molecules, the second adsorption layer formed apart from each other, and a source conductive Goku及 beauty drain electrode, exposed between the source electrode and the drain electrode, which is formed so as to cover the entire upper portion of the second adsorption layer, a compound containing oxygen And a gate electrode formed on the protective layer at a distance from the source electrode and the drain electrode .

本発明の第4の態様はダイヤモンド基板とダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、第一の吸着層上に形成されたNO 2 分子からなる第二の吸着層と、第二の吸着層上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、第二の吸着層上にソース電極とドレイン電極との間に離間して形成されたゲート電極と、ソース電極ゲート電極との間及びゲート電極とドレイン電極との間に露出した第二の吸着層と、ゲート電極との上部全体を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層とを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a diamond substrate, a surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and an atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere. A first adsorption layer composed of the following molecules; a second adsorption layer composed of NO 2 molecules formed on the first adsorption layer; a source electrode formed on the second adsorption layer and spaced apart from each other; Exposed between the drain electrode, the gate electrode formed on the second adsorption layer so as to be separated between the source electrode and the drain electrode, between the source electrode and the gate electrode, and between the gate electrode and the drain electrode It is characterized by comprising a second adsorbing layer and a protective layer made of a compound containing oxygen and formed so as to cover the entire upper part of the gate electrode.

本発明の第5の態様は、ダイヤモンド電界効果トランジスタ作成方法であって、ダイヤモンド基板表面を水素原子で終端することにより表面層を形成するステップと、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に大気中の分子からなる第一の吸着層を形成するステップと、第一の吸着層上に互いに離間してソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、ソース電極とドレイン電極との間に露出した第の吸着層を覆うように、NO2分子からなる第二の吸着層を形成するステップと、第二の吸着層上に、酸素を含む化合物からなる保護層を形成するステップと、第二の吸着層上に、ソース電極とドレイン電極との間に離間してゲート電極を形成するステップとを備えたことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is a method for producing a diamond field effect transistor, comprising the steps of forming a surface layer by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and exposing the surface layer to the atmosphere to expose the surface layer to the atmosphere. in forming a first adsorption layer comprising a molecule in the air, forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other in the first adsorption layer, between the source electrode and the drain electrode so as to cover the first adsorption layer exposed, and forming and forming a second adsorption layer consisting of NO 2 molecules, the second adsorbent layer, a protective layer made of a compound containing oxygen, Forming a gate electrode on the second adsorption layer so as to be spaced between the source electrode and the drain electrode.

本発明の第6の態様は、ダイヤモンド電界効果トランジスタ作成方法であって、ダイヤモンド基板表面を水素原子で終端することにより表面層を形成するステップと、表面層を大気中に曝すことにより表面層上に大気中の分子からなる第一の吸着層を形成するステップと、第一の吸着層上を覆うようNO2分子からなる第二の吸着層を形成するステップと、第二の吸着層上に、互いに離間してソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、ソース電極とドレイン電極との間に露出した第二の吸着層を覆うよう、酸素を含む化合物からなる保護層を形成するステップと、第二の吸着層上に、ソース電極とドレイン電極との間に離間してゲート電極を形成するステップとを備えたことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is a method for producing a diamond field effect transistor, comprising the steps of forming a surface layer by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms, and exposing the surface layer to the atmosphere. forming a forming a first adsorption layer comprising a molecule in the atmosphere, so as to cover the first adsorption layer on the second adsorption layer consisting of NO 2 molecules, the second adsorption layer Forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other; and forming a protective layer made of a compound containing oxygen so as to cover the second adsorption layer exposed between the source electrode and the drain electrode. And a step of forming a gate electrode on the second adsorption layer so as to be spaced between the source electrode and the drain electrode.

本発明によれば、最高動作温度が高い実用的なダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。また、本発明によれば、最大ドレイン電流が高い実用的なダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。   According to the present invention, a practical diamond field effect transistor having a high maximum operating temperature can be produced. Further, according to the present invention, a practical diamond field effect transistor having a high maximum drain current can be produced.

従来技術に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す図である。It is a figure which shows the creation process of the diamond field effect transistor which concerns on a prior art. 従来技術に係るダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the drain current voltage characteristic of the diamond field effect transistor which concerns on a prior art. 従来技術に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの試料温度と、最大ドレイン電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sample temperature of the diamond field effect transistor which concerns on a prior art, and maximum drain current. 本発明の第1の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す図である。It is a figure which shows the creation process of the diamond field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the drain current voltage characteristic of the diamond field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの試料温度と、最大ドレイン電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sample temperature of the diamond field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the maximum drain current. 本発明の第2の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the diamond field effect transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す図である。It is a figure which shows the creation process of the diamond field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the drain current voltage characteristic of the diamond field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明第3の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの試料温度と、最大ドレイン電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sample temperature of the diamond field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and a maximum drain current. 本発明の第4の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the diamond field effect transistor which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

本発明に係るダイヤモンド電界効果トランジスタは、(1)ドレイン・ソース間の吸着層(第一の吸着層とする)が露出しないようにNO2分子からなる吸着層(第二の吸着層とする)を備え、(2)ドレイン・ソース間の第一の吸着層及び第二の吸着層が露出しないように酸素を含む化合物からなる保護層をさらに備えたことを特徴とする。 The diamond field effect transistor according to the present invention includes (1) an adsorption layer (referred to as a second adsorption layer) composed of NO 2 molecules so that the drain-source adsorption layer (referred to as a first adsorption layer) is not exposed. And (2) further comprising a protective layer made of a compound containing oxygen so that the first adsorption layer and the second adsorption layer between the drain and the source are not exposed.

ドレイン・ソース間の第一の吸着層が露出しないようにNO2分子からなる第二の吸着層を形成することで、第一の吸着層単体の場合と比べて正孔伝導層の正孔密度が5倍乃至10倍程度増加する。そのためダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン・ソース間の抵抗が1/5倍乃至1/10倍程度に減少し、従来素子を大きく上回るドレイン電流が得られるようになる。 By forming a second adsorption layer consisting of NO 2 molecules so that the first adsorption layer between the drain and source is not exposed, the hole density of the hole conduction layer compared to the case of the first adsorption layer alone Increases about 5 to 10 times. Therefore, the resistance between the drain and the source of the diamond field effect transistor is reduced to about 1/5 to 1/10 times, and a drain current greatly exceeding that of the conventional device can be obtained.

ドレイン・ソース間の第一の吸着層及び第二の吸着層が露出しないように酸素を含む化合物からなる保護層を形成することで、第一の吸着層及び第二の吸着層の表面層上からの脱離を防ぐことができる。そのため、高温でも高いドレイン電流が得られるようになる。   By forming a protective layer made of a compound containing oxygen so that the first adsorption layer and the second adsorption layer between the drain and the source are not exposed, the surface layer of the first adsorption layer and the second adsorption layer is formed. Can be prevented from being detached. Therefore, a high drain current can be obtained even at a high temperature.

上記(1)の構成及び(2)の構成を併せ持つことによって、従来素子ではトランジスタ動作が得られなかった300℃以上の高温でも100mA/mm以上の大電流動作を維持できるようになる。   By having both the configuration (1) and the configuration (2), a large current operation of 100 mA / mm or more can be maintained even at a high temperature of 300 ° C. or higher, which could not be achieved by the transistor operation of the conventional device.

本発明に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの構造は、NO2分子からなる第二の吸着層を形成している点、第二の吸着層がドレイン・ソース間を完全に覆っている点、第二の吸着層上に酸素を含む保護層を形成している点、及び保護層がドレイン・ソース間の第二の吸着層を完全に覆っている点において、従来技術と相違する。 The structure of the diamond field effect transistor according to the present invention is that the second adsorption layer made of NO 2 molecules is formed, the second adsorption layer completely covers the drain and source, and the second This is different from the prior art in that a protective layer containing oxygen is formed on the adsorption layer and that the protective layer completely covers the second adsorption layer between the drain and the source.

(第1の実施形態)
図4に、本発明の第1の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す。まず、水素ラジカルをダイヤモンド基板400表面に照射することによってダイヤモンド基板400表面を水素で終端し、水素を含む表面層402を形成する(図4(a))。次いで、表面層402を大気中に曝すことで、表面層402上に水素と窒素と酸素とのうちのいずれかを含む分子からなる第一の吸着層404を形成する(図4(b))。次いで、第一の吸着層404上にソース電極406となる金属膜と、ドレイン電極408となる金薄膜とを空間的に離れた領域に形成する(図4(c))。金薄膜は抵抗加熱蒸着法により形成する。次いで、試料をステンレスのチャンバー内にセットし、N2ガスで希釈した濃度2%のNO2ガスを30分間導入することで、ソース電極406と、ドレイン電極408との間かつ第一の吸着層404上にNO2分子からなる第二の吸着層410を形成する(図4(d))。第二の吸着層410の形成後、酸素を含む化合物としてAl2O3を保護層412として形成する。保護層412の厚さは、8nmとする。Al2O3は原子層成長法(ALD)を使って成長した(図4(e))。Al原料であるトリメチルアルミニウム(TMA)とO原料であるH2OをN2キャリアガスによってALD装置内に導入した。保護層の成長中の試料温度は80℃である。最後に、ソース電極406と、ドレイン電極408との間の空間的に離れた領域かつAl2O3保護層412上にゲート電極414を形成する(図4(f))。
(First embodiment)
FIG. 4 shows a process for producing a diamond field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. First, the surface of the diamond substrate 400 is terminated with hydrogen by irradiating the surface of the diamond substrate 400 with hydrogen radicals to form a surface layer 402 containing hydrogen (FIG. 4A). Next, by exposing the surface layer 402 to the atmosphere, a first adsorption layer 404 made of molecules including any of hydrogen, nitrogen, and oxygen is formed on the surface layer 402 (FIG. 4B). . Next, a metal film to be the source electrode 406 and a gold thin film to be the drain electrode 408 are formed on the first adsorption layer 404 in a spatially separated region (FIG. 4C). The gold thin film is formed by resistance heating vapor deposition. Next, the sample is set in a stainless steel chamber, and 2% NO 2 gas diluted with N 2 gas is introduced for 30 minutes, so that the first adsorption layer is formed between the source electrode 406 and the drain electrode 408. A second adsorption layer 410 made of NO 2 molecules is formed on 404 (FIG. 4D). After the formation of the second adsorption layer 410, Al 2 O 3 is formed as a protective layer 412 as a compound containing oxygen. The thickness of the protective layer 412 is 8 nm. Al 2 O 3 was grown using atomic layer deposition (ALD) (FIG. 4E). Trimethylaluminum (TMA), which is an Al raw material, and H 2 O, which is an O raw material, were introduced into the ALD apparatus using an N 2 carrier gas. The sample temperature during the growth of the protective layer is 80 ° C. Finally, a gate electrode 414 is formed on a spatially separated region between the source electrode 406 and the drain electrode 408 and on the Al 2 O 3 protective layer 412 (FIG. 4F).

なお、上述の例では、酸素を含む化合物保護層としてAl2O3を用いているが、HfO、SiO2、SrTiO3、Ga2O3、LiNbO3、LaAlO3、又はPZTを用いる場合も同様の工程を経て、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。また、上述の例では、酸素を含む化合物保護層の成長方法としてALDを用いているが、分子線エピタキシー(MBE)を用いる場合も同様の工程を経て、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。 In the above example, Al 2 O 3 is used as the compound protective layer containing oxygen, but the same applies when using HfO, SiO 2 , SrTiO 3 , Ga 2 O 3 , LiNbO 3 , LaAlO 3 , or PZT. Through the steps, the diamond field effect transistor according to the present embodiment can be produced. In the above example, ALD is used as a method for growing a compound protective layer containing oxygen, but when using molecular beam epitaxy (MBE), the diamond field effect transistor according to this embodiment is obtained through the same process. Can be created.

図5に、本実施形態に係るNO2分子を含む第二の吸着層と、Al2O3保護層とを有するダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示す。室温においてドレイン電流1000mA/mmの大電流動作が得られ、本発明によりドレイン電流は従来素子の10倍に増加した。 FIG. 5 shows drain current-voltage characteristics of a diamond field effect transistor having a second adsorption layer containing NO 2 molecules and an Al 2 O 3 protective layer according to this embodiment. A large current operation with a drain current of 1000 mA / mm was obtained at room temperature, and according to the present invention, the drain current was increased 10 times that of the conventional device.

図6は、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの試料温度と、ドレイン電流との関係を示す。本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタのTcは、600℃であり、従来素子では実現不可能であった300℃以上での高温動作が可能となった。また、Tcより低い温度においてドレイン電流は800mA/mm以上であり、従来素子ではトランジスタ動作が得られなかった300℃以上の高温においても従来の8倍以上の大電流動作を維持できるようになる。   FIG. 6 shows the relationship between the sample temperature of the diamond field effect transistor according to the present embodiment and the drain current. The diamond field effect transistor according to the present embodiment has a Tc of 600 ° C., and can be operated at a high temperature of 300 ° C. or higher, which cannot be realized with a conventional device. In addition, the drain current is 800 mA / mm or more at a temperature lower than Tc, and it is possible to maintain a large current operation of 8 times or more compared with the conventional device even at a high temperature of 300 ° C. or higher, which could not be achieved by the transistor operation of the conventional device.

表1は、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおける、最大ドレイン電流と、最大動作温度Tcとをまとめた表である。最大ドレイン電流は、試料温度30℃で評価した。   Table 1 summarizes the maximum drain current and the maximum operating temperature Tc in the diamond field effect transistor according to the present embodiment. The maximum drain current was evaluated at a sample temperature of 30 ° C.

Figure 0005759398
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本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおいて、保護層にHfO、SiO2、SrTiO3、Ga2O3、LiNbO3、LaAlO3、又はPZTを使用し、成長方法としてALD又はMBEを採用した場合も、最大ドレイン電流と、Tcとの関係は、表1に示す結果と同一であり、従来の方法による場合(100mA/mm、300℃)より大幅に改善する。 In the diamond field effect transistor according to the present embodiment, HfO, SiO 2 , SrTiO 3 , Ga 2 O 3 , LiNbO 3 , LaAlO 3 , or PZT is used for the protective layer, and ALD or MBE is used as a growth method. The relationship between the maximum drain current and Tc is the same as the result shown in Table 1, and is greatly improved over the conventional method (100 mA / mm, 300 ° C.).

また、本実施形態では、保護層の成長温度を80℃として説明したが、保護層の成長温度が350℃以下では、表1に示す結果と同じ結果が得られた。   In the present embodiment, the growth temperature of the protective layer has been described as 80 ° C. However, when the growth temperature of the protective layer is 350 ° C. or less, the same results as those shown in Table 1 were obtained.

(第2の実施形態)
図7に、本発明の第2の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows the structure of a diamond field effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を以下に示す。まず、水素ラジカルをダイヤモンド基板700表面に照射することによってダイヤモンド基板700表面を水素で終端し、水素を含む表面層702を形成する。次いで、表面層702を大気中に曝すことで、表面層702上に水素と窒素と酸素とのうちのいずれかを含む分子からなる第一の吸着層704を形成する。次いで、第一の吸着層704上にソース電極706となる金属膜と、ドレイン電極708となる金薄膜とを空間的に離れた領域に形成する。金薄膜は抵抗加熱蒸着法により形成する。次いで、試料をステンレスのチャンバー内にセットし、N2ガスで希釈した濃度2%のNO2ガスを30分間導入することで、ソース電極706と、ドレイン電極708との間かつ第一の吸着層704上にNO2分子からなる第二の吸着層710を形成する。第二の吸着層710の形成後、ソース電極706と、ドレイン電極708との間の空間的に離れた領域かつ第二の吸着層710上にゲート電極714を形成する。最後に、酸素を含む化合物としてAl2O3を保護層714として形成する。 A process for producing a diamond field effect transistor according to the present embodiment will be described below. First, the surface of the diamond substrate 700 is terminated with hydrogen by irradiating the surface of the diamond substrate 700 with hydrogen radicals, and a surface layer 702 containing hydrogen is formed. Next, the surface layer 702 is exposed to the atmosphere, whereby the first adsorption layer 704 made of molecules including any of hydrogen, nitrogen, and oxygen is formed on the surface layer 702. Next, a metal film to be the source electrode 706 and a gold thin film to be the drain electrode 708 are formed on the first adsorption layer 704 in spatially separated regions. The gold thin film is formed by resistance heating vapor deposition. Next, the sample is set in a stainless steel chamber, and 2% concentration of NO 2 gas diluted with N 2 gas is introduced for 30 minutes, so that the first adsorption layer is formed between the source electrode 706 and the drain electrode 708. A second adsorption layer 710 made of NO 2 molecules is formed on 704. After the formation of the second adsorption layer 710, a gate electrode 714 is formed on the second adsorption layer 710 in a spatially separated region between the source electrode 706 and the drain electrode 708. Finally, Al 2 O 3 is formed as a protective layer 714 as a compound containing oxygen.

本実施形態の作成工程では、図4に示した実施形態のうちの(a)から(d)までの工程は同一だが、ゲート電極を形成した後に保護層を形成する点で第1の実施形態と異なる。   In the production process of the present embodiment, the steps from (a) to (d) of the embodiment shown in FIG. 4 are the same, but the first embodiment is that a protective layer is formed after the gate electrode is formed. And different.

本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおいて、保護層をAl2O3、成長方法をALDとした場合、最大ドレイン電流は1000mA/mmとなり、Tcは540℃となる。最大ドレイン電流は第1の実施形態と同じである。ゲート電極と、第二の吸着層との間に保護層がない分だけ、第1の実施形態と比べてTcは10%低いが、従来の方法による場合(100mA/mm、300℃)より大幅に上昇する。 In the diamond field effect transistor according to this embodiment, when the protective layer is Al 2 O 3 and the growth method is ALD, the maximum drain current is 1000 mA / mm and Tc is 540 ° C. The maximum drain current is the same as in the first embodiment. Compared to the first embodiment, Tc is 10% lower than the first embodiment because there is no protective layer between the gate electrode and the second adsorption layer, but much more than the conventional method (100 mA / mm, 300 ° C). To rise.

(第3の実施形態)
図8に、本発明の第3の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を示す。まず、水素ラジカルをダイヤモンド基板800表面に照射することによってダイヤモンド基板800表面を水素で終端し、水素を含む表面層802を形成する(図8(a))。次いで、表面層802を大気中に曝すことで、表面層802上に水素と窒素と酸素とのうちのいずれかを含む分子からなる第一の吸着層804を形成する(図8(b))。次いで、試料をステンレスのチャンバー内にセットし、N2ガスで希釈した濃度2%のNO2ガスを30分間導入することで、第一の吸着層804上にNO2分子からなる第二の吸着層806を形成する(図8(c))。次いで、第二の吸着層806上に、ソース電極808となる金属膜と、ドレイン電極810となる金属膜とを空間的に離れた領域に形成する(図8(d))。金薄膜は抵抗加熱蒸着法により形成する。次いで、ソース電極808と、ドレイン電極810との間かつ第二の吸着層806上に酸素を含む化合物としてAl2O3を保護層812として形成する。保護層812の厚さは、8nmとする。Al2O3は原子層成長法(ALD)を使って成長した(図8(e))。Al原料であるトリメチルアルミニウム(TMA)とO原料であるH2OをN2キャリアガスによってALD装置内に導入した。保護層の成長中の試料温度は80℃である。最後に、ソース電極808と、ドレイン電極810との間の空間的に離れた領域かつAl2O3保護層812上にゲート電極814を形成する(図8(f))。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a production process of a diamond field effect transistor according to the third embodiment of the present invention. First, the surface of the diamond substrate 800 is terminated with hydrogen by irradiating the surface of the diamond substrate 800 with hydrogen radicals, thereby forming a surface layer 802 containing hydrogen (FIG. 8A). Next, by exposing the surface layer 802 to the atmosphere, a first adsorption layer 804 made of molecules containing any one of hydrogen, nitrogen, and oxygen is formed on the surface layer 802 (FIG. 8B). . Next, the sample is set in a stainless steel chamber, and NO 2 gas having a concentration of 2% diluted with N 2 gas is introduced for 30 minutes, so that the second adsorption composed of NO 2 molecules is formed on the first adsorption layer 804. A layer 806 is formed (FIG. 8C). Next, a metal film to be the source electrode 808 and a metal film to be the drain electrode 810 are formed on the second adsorption layer 806 in a spatially separated region (FIG. 8D). The gold thin film is formed by resistance heating vapor deposition. Next, Al 2 O 3 is formed as a protective layer 812 as a compound containing oxygen between the source electrode 808 and the drain electrode 810 and on the second adsorption layer 806. The thickness of the protective layer 812 is 8 nm. Al 2 O 3 was grown using atomic layer deposition (ALD) (FIG. 8 (e)). Trimethylaluminum (TMA), which is an Al raw material, and H 2 O, which is an O raw material, were introduced into the ALD apparatus using an N 2 carrier gas. The sample temperature during the growth of the protective layer is 80 ° C. Finally, a gate electrode 814 is formed on a spatially separated region between the source electrode 808 and the drain electrode 810 and on the Al 2 O 3 protective layer 812 (FIG. 8F).

なお、上述の例では、酸素を含む化合物保護層としてAl2O3を用いているが、HfO、SiO2、SrTiO3、Ga2O3、LiNbO3、LaAlO3、又はPZTを用いる場合も同様の工程を経て、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。また、上述の例では、酸素を含む化合物保護層の成長方法としてALDを用いているが、分子線エピタキシー(MBE)を用いる場合も同様の工程を経て、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタを作成することができる。 In the above example, Al 2 O 3 is used as the compound protective layer containing oxygen, but the same applies when using HfO, SiO 2 , SrTiO 3 , Ga 2 O 3 , LiNbO 3 , LaAlO 3 , or PZT. Through the steps, the diamond field effect transistor according to the present embodiment can be produced. In the above example, ALD is used as a method for growing a compound protective layer containing oxygen, but when using molecular beam epitaxy (MBE), the diamond field effect transistor according to this embodiment is obtained through the same process. Can be created.

図9に、本実施形態に係るNO2分子を含む第二の吸着層と、Al2O3保護層とを有するダイヤモンド電界効果トランジスタのドレイン電流電圧特性を示す。室温においてドレイン電流1100mA/mmの大電流動作が得られ、本発明によりドレイン電流は従来素子の11倍に増加した。これはソース電極及びドレイン電極直下の正孔伝導層の正孔密度が上昇し、接触抵抗が低減したためである。 FIG. 9 shows drain current-voltage characteristics of a diamond field effect transistor having a second adsorption layer containing NO 2 molecules and an Al 2 O 3 protective layer according to this embodiment. A large current operation with a drain current of 1100 mA / mm was obtained at room temperature, and according to the present invention, the drain current increased to 11 times that of the conventional device. This is because the hole density of the hole conduction layer immediately below the source electrode and the drain electrode is increased and the contact resistance is reduced.

図10に、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの試料温度と、ドレイン電流との関係を示す。本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタのTcは、600℃であり、従来素子では実現不可能であった300℃以上での高温動作が可能となった。また、Tcより低い温度においてドレイン電流は850mA/mm以上であり、従来素子ではトランジスタ動作が得られなかった300℃以上の高温においても従来の8倍以上の大電流動作を維持できるようになる。   FIG. 10 shows the relationship between the sample temperature and the drain current of the diamond field effect transistor according to this embodiment. The diamond field effect transistor according to the present embodiment has a Tc of 600 ° C., and can be operated at a high temperature of 300 ° C. or higher, which cannot be realized with a conventional device. In addition, the drain current is 850 mA / mm or more at a temperature lower than Tc, and a current operation that is 8 times or more that of the conventional device can be maintained even at a high temperature of 300 ° C. or higher, where the transistor operation cannot be obtained with the conventional device.

表2は、本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおける、最大ドレイン電流と、最大動作温度Tcとをまとめた表である。最大ドレイン電流は、試料温度30℃で評価した。   Table 2 summarizes the maximum drain current and the maximum operating temperature Tc in the diamond field effect transistor according to the present embodiment. The maximum drain current was evaluated at a sample temperature of 30 ° C.

Figure 0005759398
Figure 0005759398

本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおいて、保護層にHfO、SiO2、SrTiO3、Ga2O3、LiNbO3、LaAlO3、又はPZTを使用し、成長方法としてALD又はMBEを採用した場合も、最大ドレイン電流と、Tcとの関係は、表2に示す結果と同一であり、従来の方法による場合(100mA/mm、300℃)より大幅に改善する。 In the diamond field effect transistor according to the present embodiment, HfO, SiO 2 , SrTiO 3 , Ga 2 O 3 , LiNbO 3 , LaAlO 3 , or PZT is used for the protective layer, and ALD or MBE is used as a growth method. The relationship between the maximum drain current and Tc is the same as the result shown in Table 2, which is a significant improvement over the conventional method (100 mA / mm, 300 ° C.).

また、本実施形態では、保護層の成長温度を80℃として説明したが、保護層の成長温度が350℃以下では、表2に示す結果と同じ結果が得られた。第1の実施形態と比較すると、接触抵抗の低減によって最大ドレイン電流は高くなるが、Tcは同じ値が得られた。   In the present embodiment, the growth temperature of the protective layer is described as 80 ° C., but when the growth temperature of the protective layer is 350 ° C. or less, the same results as those shown in Table 2 were obtained. Compared with the first embodiment, the maximum drain current is increased by reducing the contact resistance, but the same value of Tc was obtained.

(第4の実施形態)
図11に、本発明の第4の実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの構造を示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows the structure of a diamond field effect transistor according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタの作成工程を以下に示す。まず、水素ラジカルをダイヤモンド基板1100表面に照射することによってダイヤモンド基板1100表面を水素で終端し、水素を含む表面層1102を形成する。次いで、表面層1102を大気中に曝すことで、表面層1102上に水素と窒素と酸素とのうちのいずれかを含む分子からなる第一の吸着層1104を形成する。次いで、試料をステンレスのチャンバー内にセットし、N2ガスで希釈した濃度2%のNO2ガスを30分間導入することで、第一の吸着層1104上にNO2分子からなる第二の吸着層1106を形成する。次いで、第二の吸着層1106上に、ソース電極1108となる金属膜と、ドレイン電極1110となる金属膜とを空間的に離れた領域に形成する。金薄膜は抵抗加熱蒸着法により形成する。次いで、ソース電極1108と、ドレイン電極1110との間かつ第二の吸着層1106上にゲート電極1112を形成する。最後に、酸素を含む化合物としてAl2O3を保護層1114として形成する。 A process for producing a diamond field effect transistor according to the present embodiment will be described below. First, the surface of the diamond substrate 1100 is terminated with hydrogen by irradiating the surface of the diamond substrate 1100 with hydrogen radicals, and a surface layer 1102 containing hydrogen is formed. Next, the surface layer 1102 is exposed to the atmosphere, whereby the first adsorption layer 1104 made of molecules containing any of hydrogen, nitrogen, and oxygen is formed on the surface layer 1102. Next, the sample is set in a stainless steel chamber, and NO 2 gas having a concentration of 2% diluted with N 2 gas is introduced for 30 minutes, so that the second adsorption composed of NO 2 molecules is formed on the first adsorption layer 1104. Layer 1106 is formed. Next, a metal film to be the source electrode 1108 and a metal film to be the drain electrode 1110 are formed over the second adsorption layer 1106 in a spatially separated region. The gold thin film is formed by resistance heating vapor deposition. Next, the gate electrode 1112 is formed between the source electrode 1108 and the drain electrode 1110 and on the second adsorption layer 1106. Finally, Al 2 O 3 is formed as a protective layer 1114 as a compound containing oxygen.

本実施形態の作成工程では、図8に示した実施形態のうちの(a)から(d)までの工程は同一だが、ゲート電極を形成した後に保護層を形成する点で第3の実施形態と異なる。   In the creation process of the present embodiment, the processes from (a) to (d) in the embodiment shown in FIG. 8 are the same, but the third embodiment is that a protective layer is formed after the gate electrode is formed. And different.

本実施形態に係るダイヤモンド電界効果トランジスタにおいて、保護層をAl2O3、成長方法をALDとした場合、最大ドレイン電流は1100mA/mmとなり、Tcは540℃となる。最大ドレイン電流は第3の実施形態と同じである。ゲート電極と、第二の吸着層との間に保護層がない分だけ、第3の実施形態と比べてTcは10%低いが、従来の方法による場合(100mA/mm、300℃)より大幅に上昇する。 In the diamond field effect transistor according to this embodiment, when the protective layer is Al 2 O 3 and the growth method is ALD, the maximum drain current is 1100 mA / mm and Tc is 540 ° C. The maximum drain current is the same as in the third embodiment. Compared with the third embodiment, Tc is 10% lower than that of the third embodiment because there is no protective layer between the gate electrode and the second adsorption layer, but much more than with the conventional method (100 mA / mm, 300 ° C). To rise.

100 ダイヤモンド基板
102 表面層
104 吸着層
106 ソース電極
108 ドレイン電極
110 ゲート電極

400 ダイヤモンド基板
402 表面層
404 第一の吸着層
406 ソース電極
408 ドレイン電極
410 第二の吸着層
412 保護層
414 ゲート電極

700 ダイヤモンド基板
702 表面層
704 第一の吸着層
706 ソース電極
708 ドレイン電極
710 第二の吸着層
712 ゲート電極
714 保護層

800 ダイヤモンド基板
802 表面層
804 第一の吸着層
806 第二の吸着層
808 ソース電極
810 ドレイン電極
812 保護層
814 ゲート電極

1100 ダイヤモンド基板
1102 表面層
1104 第一の吸着層
1106 第二の吸着層
1108 ソース電極
1110 ドレイン電極
1112 ゲート電極
1114 保護層
100 Diamond substrate 102 Surface layer 104 Adsorption layer 106 Source electrode 108 Drain electrode 110 Gate electrode

400 Diamond substrate 402 Surface layer 404 First adsorption layer 406 Source electrode 408 Drain electrode 410 Second adsorption layer 412 Protective layer 414 Gate electrode

700 Diamond substrate 702 Surface layer 704 First adsorption layer 706 Source electrode 708 Drain electrode 710 Second adsorption layer 712 Gate electrode 714 Protective layer

800 Diamond substrate 802 Surface layer 804 First adsorption layer 806 Second adsorption layer 808 Source electrode 810 Drain electrode 812 Protective layer 814 Gate electrode

1100 Diamond substrate 1102 Surface layer 1104 First adsorption layer 1106 Second adsorption layer 1108 Source electrode 1110 Drain electrode 1112 Gate electrode 1114 Protective layer

Claims (6)

ダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、
前記第一の吸着層上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した、前記第一の吸着層の上部全体を覆うように形成されたNO2分子からなる第二の吸着層と、
前記第二の吸着層上に形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と、
前記保護層上に、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に離間して形成されたゲート電極と
を備えたことを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ。
A diamond substrate;
A surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms;
A first adsorption layer made of molecules in the atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere ;
Formed spaced apart from each other in the first adsorption layer, a source electrode and a drain electrode,
Exposed between the source electrode and the front Symbol drain electrode, which is formed so as to cover the entire upper portion of the first adsorption layer, and a second adsorbent layer consisting of NO 2 molecules,
A protective layer made of a compound containing oxygen, formed on the second adsorption layer;
Wherein on the protective layer, the formed spaced apart between the source electrode and the drain electrode, the diamond field effect transistor comprising the gate electrode.
ダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、
前記第一の吸着層上に互いに離間して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した前記第一の吸着層の上部全体を覆うように形成された、NO 2 分子からなる第二の吸着層と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間して、前記第二の吸着層上に形成された、ゲート電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した、前記第二の吸着層及び前記ゲート電極を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と
を備えることを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ。
A diamond substrate;
A surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms;
A first adsorption layer made of molecules in the atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere;
A source electrode and a drain electrode formed on the first adsorption layer so as to be spaced apart from each other;
The formed to cover the entire top of the exposed said first adsorption layer between the source electrode and the drain electrode, and the second adsorption layer consisting of NO 2 molecules,
A gate electrode formed on the second adsorption layer and spaced apart from the source electrode and the drain electrode;
Exposed between the source electrode and the drain electrode, the second is formed to cover the adsorbent layer and the gate electrodes, and a protective layer made of a compound containing oxygen
Features and to holder Iyamondo field effect transistor further comprising a.
ダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、
前記第一の吸着層上に形成されたNO2分子からなる第二の吸着層と、
前記第二の吸着層上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した、前記第二の吸着層の上部全体を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間して、前記保護層上に形成されたゲート電極と
を備えたことを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ。
A diamond substrate;
A surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms;
A first adsorption layer made of molecules in the atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere ;
Formed in said first adsorption layer, and the second adsorption layer consisting of NO 2 molecules,
The formed apart from each other in the second adsorbent layer, and a source conductive Goku及 beauty drain electrode,
A protective layer made of a compound containing oxygen and formed between the source electrode and the drain electrode so as to cover the entire upper part of the second adsorption layer;
A diamond field effect transistor comprising: a gate electrode formed on the protective layer and spaced apart from the source electrode and the drain electrode .
ダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の表面を水素原子で終端することにより形成された表面層と、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に形成された、大気中の分子からなる第一の吸着層と、
前記第一の吸着層上に形成された、NO 2 分子からなる第二の吸着層と、
前記第二の吸着層上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第二の吸着層上に前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に離間して形成された、ゲート電極と、
前記ソース電極ゲート電極との間及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に露出した前記第二の吸着層と、前記ゲート電極との上部全体を覆うように形成された、酸素を含む化合物からなる保護層と
を備えることを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ。
A diamond substrate;
A surface layer formed by terminating the surface of the diamond substrate with hydrogen atoms;
A first adsorption layer made of molecules in the atmosphere formed on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere;
A second adsorption layer made of NO 2 molecules formed on the first adsorption layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the second adsorption layer so as to be spaced apart from each other;
A gate electrode formed on the second adsorption layer so as to be separated between the source electrode and the drain electrode;
A compound containing oxygen formed so as to cover the entire upper part of the second adsorbing layer exposed between the source electrode and the gate electrode and between the gate electrode and the drain electrode, and the gate electrode. A protective layer consisting of
Features and to holder Iyamondo field effect transistor further comprising a.
ダイヤモンド基板表面を水素原子で終端することにより表面層を形成するステップと、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に大気中の分子からなる第一の吸着層を形成するステップと、
前記第一の吸着層上に互いに離間してソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した前記第一の吸着層を覆うように、NO2分子からなる第二の吸着層を形成するステップと、
前記第二の吸着層上に、酸素を含む化合物からなる保護層を形成するステップと、
前記第二の吸着層上に、ソース電極とドレイン電極との間に離間してゲート電極を形成するステップと
を備えたことを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ作成方法。
Forming a surface layer by terminating the diamond substrate surface with hydrogen atoms;
Forming a first adsorption layer composed of molecules in the atmosphere on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere ;
Forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the first adsorption layer;
So as to cover the first adsorption layer exposed between the source electrode and the front Symbol drain electrode, and forming a second adsorption layer consisting of NO 2 molecules,
Forming a protective layer made of a compound containing oxygen on the second adsorption layer;
And forming a gate electrode on the second adsorption layer so as to be spaced between the source electrode and the drain electrode.
ダイヤモンド基板表面を水素原子で終端することにより表面層を形成するステップと、
前記表面層を大気中に曝すことにより前記表面層上に大気中の分子からなる第一の吸着層を形成するステップと、
前記第一の吸着層上にNO2分子からなる第二の吸着層を形成するステップと、
前記第二の吸着層上に、互いに離間してソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に露出した、前記第二の吸着層を覆うよう、酸素を含む化合物からなる保護層を形成するステップと、
前記第二の吸着層上に、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に離間してゲート電極を形成するステップと
を備えたことを特徴とするダイヤモンド電界効果トランジスタ作成方法。
Forming a surface layer by terminating the diamond substrate surface with hydrogen atoms;
Forming a first adsorption layer composed of molecules in the atmosphere on the surface layer by exposing the surface layer to the atmosphere ;
The first adsorption layer, and forming a second adsorption layer consisting of NO 2 molecules,
Forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the second adsorption layer;
Forming a protective layer made of a compound containing oxygen so as to cover the second adsorption layer exposed between the source electrode and the drain electrode ;
Wherein the second adsorbent layer, the diamond field effect transistor forming method characterized by comprising the steps of forming a gate electrode spaced between the drain electrode and the source electrode.
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