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ダイヤモンド半導体デバイス

国内特許コード P160013210
整理番号 S2015-0324-N0
掲載日 2016年8月10日
出願番号 特願2014-265640
公開番号 特開2016-127088
出願日 平成26年12月26日(2014.12.26)
公開日 平成28年7月11日(2016.7.11)
発明者
  • 金子 純一
  • 坪田 雅功
  • 梅澤 仁
  • 鹿田 真一
  • 坪内 信輝
  • 小泉 聡
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明の名称 ダイヤモンド半導体デバイス
発明の概要 【課題】p型ドーパントとしてホウ素(B)を用いても高エネルギー光子照射時に荷電粒子生成反応の影響を受けないダイヤモンド半導体デバイスを提供する。
【解決手段】ダイヤモンド半導体デバイス100(電界効果トランジスタ)において、ダイヤモンドからなるp型領域2(エピタキシャル層)を有し、p型領域2のp型不純物は、10Bと11Bの2つの同位体を含むホウ素からなり、p型領域に含まれる同位体の濃度の比(10B/11B)は、同位体の天然存在比より小さい。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ダイヤモンドは、約5.5eVの広い禁制帯幅を持つワイドバンドギャップ半導体であり、高い耐放射線特性や800℃程度の高温環境下でも動作が可能であるという長所を有する。このため原子炉、核融合炉、加速器等に使用するセンサーや前置増幅器等のような、高温、高放射線環境下で使用される半導体デバイスの材料として期待されている。



半導体デバイスの材料として一般的なSiと比較した場合、ダイヤモンドはγ線やX線のような高エネルギー光子に対して4桁以上高い耐性を有する。
また、熱中性子に代表される低エネルギー中性子を照射した場合、Siでは、以下の式(1)の反応が起こり、Siに対してn型ドーパントして働くリン(P)が生成され半導体特性が劣化するが、構成元素がCであるダイヤモンドではこのような核反応は起きず、半導体特性の劣化はない。
30Si(n,γ)31Si(T1/2=2.7h,β)→31P......(1)
一般に、上記式(1)の核反応は、半導体のドーピング技術として用いられており、例えばダイヤモンドにドーピングした10BをLiに変換してn型ドーパントにする方法として用いられる(例えば、特許文献1参照)。

産業上の利用分野


本発明は、ダイヤモンド半導体デバイスに関し、特に、放射線に対して高い耐性を有するダイヤモンド半導体デバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ダイヤモンドからなるp型領域を有し、
該p型領域のp型不純物は、10Bと11Bの2つの同位体を含むホウ素からなり、
該p型領域に含まれる該同位体の濃度の比(10B/11B)は、該同位体の天然存在比より小さいことを特徴とするダイヤモンド半導体デバイス。

【請求項2】
ダイヤモンドの基板と、
該基板の上に設けられ、ドーパントとしてホウ素を含むダイヤモンドの活性層と、
該活性層中に設けられ、ドーパントとしてホウ素を含むダイヤモンドのソース領域およびドレイン領域と、
該ソース領域およびドレイン領域の上にそれぞれ設けられたソース電極およびドレイン電極と、
該ソース領域と該ドレイン領域で挟まれた該活性層からなるチャネル領域の上に設けられたゲート電極とを含み、
該ソース領域、該ドレイン領域、および該活性層に含まれるホウ素は10Bと11Bの2つの同位体を含み、その濃度の比(10B/11B)は該同位体の天然存在比より小さいことを特徴とするダイヤモンド半導体デバイス。

【請求項3】
ダイヤモンドの基板と、
該基板の上に設けられ、ドーパントとしてホウ素を含むダイヤモンドの導電性層と、
該導電性層の上に設けられたダイヤモンドの高純度層と、
該導電性層の上に設けられたアノード電極と、
該高純度層の上に設けられたカソード電極とを含み、
該導電性層に含まれるホウ素は10Bと11Bの2つの同位体を含み、その濃度の比(10B/11B)は該同位体の天然存在比より小さいことを特徴とするダイヤモンド半導体デバイス。

【請求項4】
上記同位体の濃度比(10B/11B)は、1/19またはそれより小さいことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のダイヤモンド半導体デバイス。

【請求項5】
上記同位体の濃度比(10B/11B)は、1/200またはそれより小さいことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のダイヤモンド半導体デバイス。

【請求項6】
上記同位体の濃度比(10B/11B)は、1/19以下でかつ1/200以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のダイヤモンド半導体デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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