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【特集】 酸化物半導体の新しい応用展開
─酸化亜鉛,酸化ガリウム,さらに新しい材料を求めて─
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
-------------------------------------------------------------------------
藤田静雄/京都大学 大学院 工学研究科 光・電子理工学教育研究センター 教授
-------------------------------------------------------------------------
酸化亜鉛薄膜の放射線耐性
Radiation Hardness of Zinc Oxide
-------------------------------------------------------------------------
矢野満明/大阪工業大学 工学部 電子情報通信工学科 教授
小池一歩/大阪工業大学 工学部 電子情報通信工学科 准教授
佐々誠彦/大阪工業大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
權田俊一/大阪大学 産業科学研究所 招聘教授
石神龍哉/ (財)若狭湾エネルギー研究センター 主任研究員
久米 恭/ (財)若狭湾エネルギー研究センター 主任研究員
半導体は放射線の入射によって特性が劣化するが,最近注目を集めている酸化亜鉛
は高い耐性を有することがわかった。酸化亜鉛では受光・発光デバイスや高出力トラ
ンジスタなどが試作されており、宇宙用途や原子炉用途などの放射線環境で使用する
機器への適用が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.半導体デバイスと放射線
3.入射粒子のエネルギ損失過程と半導体の損傷
4.酸化亜鉛の特徴と放射線耐性
5.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
融液法による酸化ガリウム半導体基板の作製とその特性
β-Ga2O3 Semiconductor Substrate:Crystal Growth from Melt and Properties
-------------------------------------------------------------------------
島村清史/(独)物質・材料研究機構 光学単結晶グループ グループリーダー
Encarnacion G. Villora/(独)物質・材料研究機構 光学単結晶グループ 主任研究員
青木和夫/ (株)光波 取締役
一ノ瀬昇/早稲田大学 名誉教授;理工学術院総合研究所 顧問研究員
酸化ガリウム単結晶はGaN やSiC よりも大きなバンドギャップを有し,高い透明性と
導電性を併せ持つため,高輝度LED 用の導電性基板結晶やパワーデバイス素子用結晶
として期待される。本稿では酸化ガリウム単結晶に関するこれまでの開発経緯と、
次世代の半導体材料としての可能性を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.結晶育成と基礎物性
3.GaN 系薄膜の結晶成長
4.β-Ga2O3単結晶薄膜の結晶成長とp 型化
5.単結晶の大型化とLED 化,その後
6.まとめと今後の展望
-------------------------------------------------------------------------
酸化ガリウム半導体の分子線エピタキシー(MBE)成長とショットキーダイオード
Molecular Beam Epitaxy of Semiconducting Gallium Oxide
and its Application to Schottky Barrier Diodes
-------------------------------------------------------------------------
佐々木公平/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室
;(独)情報通信研究機構
未来ICT 研究所 超高周波ICT 研究室
倉又朗人/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室 室長
増井建和/(株)光波 開発本部 光材料開発部 部長
Encarnacion G. Villora/(独)物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 光学単結晶グループ 主任研究員
島村清史/(独)物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 光学単結晶グループ グループリーダー
山腰茂伸/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 本部長
酸化ガリウム半導体の高速ホモエピタキシャル成長技術とn 型ドーピング技術を、
分子線エピタキシー(MBE)法を用いて開発した。基板面方位の検討により、3.5μm/h
以上の成長速度と、1016 〜 1019cm-3 の広い範囲でのドナー濃度制御を実現した。
本技術を用いて試作したショットキーバリアダイオードは従来の報告値を大きく上回
る特性を示した。
【目次】
1.はじめに
2.β-Ga2O3 とは
2.1 パワーデバイス材料としての魅力
2.2 パワーデバイス応用への課題
3.試料作製条件
4.ホモエピタキシャル成長とデバイス試作結果
4.1 面方位と成長速度
4.2 高速成長
4.3 ホモエピタキシャル膜表面観察
4.4 n 型ドーピング
4.5 β-Ga2O3 SBDs
5.まとめと今後の展望
-------------------------------------------------------------------------
酸化ガリウムトランジスタ
Gallium Oxide Transistors
-------------------------------------------------------------------------
東脇正高/ (独)情報通信研究機構 未来ICT 研究所 総括主任研究員
;(独)科学技術振興機構 さきがけ 研究員
佐々木公平/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室
;(独)情報通信研究機構 未来ICT 研究所
倉又朗人/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室 室長
増井建和/(株)光波 開発本部 光材料開発部 部長
山腰茂伸/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 本部長
酸化ガリウム(Ga2O3)は,そのワイドギャップに代表される優れた材料物性、およ
び融液成長法により単結晶基板が安価かつ簡便に作製可能であることから、次世代
パワーデバイス半導体材料として非常に有望である。本稿では、我々が世界に先駆
けて動作実証に成功したGa2O3トランジスタについて、背景、材料物性が示す可能性、
今後の展開を含めて解説する。
【目次】
1.はじめに
2.Ga2O3 のパワーデバイス半導体材料としての特徴
2.1 Ga2O3 とは?
2.2 物性値から検討したGa2O3 パワーデバイス特性の見込み
2.3 単結晶Ga2O3 基板の意義
2.4 SiC,GaN とGa2O3 パワーデバイス特性の比較
3.世界初の酸化ガリウムトランジスタの動作実証
4.今後の展開,まとめ
-------------------------------------------------------------------------
ミストを用いた薄膜作製法の開発と電子デバイス実証
Development of Thin Film Growth Method using “Mist”and its Application Demonstrated by the Electrical Device
-------------------------------------------------------------------------
川原村敏幸/高知工科大学 ナノテクノロジー研究所 講師
安定な原料を用いて、効率よく、信頼性が高い機能薄膜を,安価でメンテナンスが簡便な
装置で作製する技術の開発は、機能薄膜作製装置の開発者全員の望みではなかろうか。
これは、持続可能(サステイナブル)な社会発展にも不可欠な要素である。
ミストCVD法はそのような要望に応えるべく開発を進めてきた技術である。
【目次】
1.はじめに
2.ミストCVD 法の原理および特徴
2.1 ミスト法
2.2 ミスト法の位置付け
3.ミストCVD 法で活躍する装置
3.1 ホットウォール(HW)方式
3.2 リニアソース(LS)方式
3.2 リニアソース(LS)方式
4.ミストCVD 法で作製した薄膜
4.1 ミストCVD 法で作製した薄膜とその特性
4.2 FC 式ミストCVD システムで作製した薄膜の均一性
5.ミストCVD 法によるIGZO/AlOx 酸化物薄膜トランジスタ(FT)の作製15)
5.1 大気圧プロセスで薄膜トランジスタを作製する意義
5.2 ミストCVD 法によるIGZO/AlOx 酸化物TFT の作製
5.3 IGZO/AlOx 酸化物TFT の特性
6.ここまで解明したミスト法
7.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
酸化物ワイドギャップ半導体の将来展望
―酸化物プラズモニクスへの期待―
Perspectives of Oxide Wide Band Gap Semiconductors
―Possibility for Oxide Plasmonics―
-------------------------------------------------------------------------
田畑 仁/東京大学 大学院 工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻
;電気系工学専攻 教授
ワイドギャップ酸化物半導体であるZnO やITO における不純物ドーピング量を制御
することで、プラズマ周波数を可視から赤外域へ任意に制御できることを実験、理論
両面から検証した。水の結合状態の指標となる水酸基(OH 基)の合成振動モードに(近
赤外)にプラズマ周波数を設計し、従来の赤外分光法に比べて約150 倍の検出感度を
実現した。これは糖尿病診断に必須の血糖値計測を非接触で可能とする技術である。
【目次】
1.はじめに
2.酸化物材料の特徴
3.酸化物プラズモン
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Material Report―R&D―
-------------------------------------------------------------------------
99%以上のセシウムを除去するゼオCa 漆喰の開発および適用施設例
Development of the Zeo-Ca-Plaster Removing more than 99% Ce and
Application Institution Example
-------------------------------------------------------------------------
森村 毅/近畿大学 工学部 建築学科 非常勤講師
多賀 淳/近畿大学 薬学部 医療薬学科 薬品分析学研究室 講師
石渡俊二/近畿大学 薬学部 臨床薬学部門 実践臨床薬学分野 准教授
緒方文彦/近畿大学 薬学部 医療薬学科 公衆衛生学研究室 助教
この度の地震で東北の太平洋沿岸部は巨大津波で甚大な被害を蒙った。特に東京電力
福島第一原子力発電所の原子炉は、電源関係が破滅的な被害を蒙ったため原子炉内がダ
メージを受け、水素爆発によってセシウムが建屋と共に飛散し近隣の農作物・土壌・家
屋などに降り注ぎ、それが付着して甚大なセシウム汚染を引き起こした。そのため汚染
地域の建物・土壌・汚染水・瓦礫などの除染を早く実施し、帰参可能な状況を作り出す
ことが重要な課題になっている。そこで筆者らは確実に汚染物質(Cs やSr)を取り除く
素材の開発と、それを適用する除染施設例を示した。
【目次】
1.はじめに
2.過去の原発事故による除染処理
3.ゼオライト
4.ゼオCa 漆喰に至るまでの経緯
4.1 漆喰の特徴
4.2 ゼオライト漆喰
4.3 ゼオCa 漆喰
5.セシウム吸着性能試験
5.1 吸着板の種類と板総数
5.2 各種吸着板のセシウム透水試験
5.3 吸着試験体の透水試験結果
5.4 考察
6.ゼオCa 漆喰による除染施設例
6.1 容器方式
6.2 浄化槽方式(瓦礫対応型)
6.3 処分施設方式
7.結 び
-------------------------------------------------------------------------
Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(6)
-------------------------------------------------------------------------
フルエンスレートの理論的取り扱い
Theoretical Treatment of Fluence Rate
-------------------------------------------------------------------------
粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 大学院
生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Departments of
Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
前回、フルエンスレートの定義,およびフルエンスレートの測定方法について述べた。
本稿では、フルエンスレートの理論的な扱いについて述べる。拡散近似を用いた吸収体
を含む散乱媒質中でのフルエンスレートの時空間分布、および定常解を得る方法を簡単
に紹介する。
【目次】
1.光の拡散理論について
1.1 光子密度
1.2 フィックの第1 法則
1.3 フィックの第2 法則
1.4 輸送理論とフィックの第1 法則とのつながり
1.5 拡散理論の限界
1.5.1 点光源付近での誤差
1.5.2 吸収物質による誤差
2.フルエンスレートの時空間分布
3.フルエンスレートの定常解
4.まとめ
2012 Vol. 32 『 機能材料』総目次 1 〜 12 月号
─酸化亜鉛,酸化ガリウム,さらに新しい材料を求めて─
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
-------------------------------------------------------------------------
藤田静雄/京都大学 大学院 工学研究科 光・電子理工学教育研究センター 教授
-------------------------------------------------------------------------
酸化亜鉛薄膜の放射線耐性
Radiation Hardness of Zinc Oxide
-------------------------------------------------------------------------
矢野満明/大阪工業大学 工学部 電子情報通信工学科 教授
小池一歩/大阪工業大学 工学部 電子情報通信工学科 准教授
佐々誠彦/大阪工業大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
權田俊一/大阪大学 産業科学研究所 招聘教授
石神龍哉/ (財)若狭湾エネルギー研究センター 主任研究員
久米 恭/ (財)若狭湾エネルギー研究センター 主任研究員
半導体は放射線の入射によって特性が劣化するが,最近注目を集めている酸化亜鉛
は高い耐性を有することがわかった。酸化亜鉛では受光・発光デバイスや高出力トラ
ンジスタなどが試作されており、宇宙用途や原子炉用途などの放射線環境で使用する
機器への適用が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.半導体デバイスと放射線
3.入射粒子のエネルギ損失過程と半導体の損傷
4.酸化亜鉛の特徴と放射線耐性
5.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
融液法による酸化ガリウム半導体基板の作製とその特性
β-Ga2O3 Semiconductor Substrate:Crystal Growth from Melt and Properties
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島村清史/(独)物質・材料研究機構 光学単結晶グループ グループリーダー
Encarnacion G. Villora/(独)物質・材料研究機構 光学単結晶グループ 主任研究員
青木和夫/ (株)光波 取締役
一ノ瀬昇/早稲田大学 名誉教授;理工学術院総合研究所 顧問研究員
酸化ガリウム単結晶はGaN やSiC よりも大きなバンドギャップを有し,高い透明性と
導電性を併せ持つため,高輝度LED 用の導電性基板結晶やパワーデバイス素子用結晶
として期待される。本稿では酸化ガリウム単結晶に関するこれまでの開発経緯と、
次世代の半導体材料としての可能性を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.結晶育成と基礎物性
3.GaN 系薄膜の結晶成長
4.β-Ga2O3単結晶薄膜の結晶成長とp 型化
5.単結晶の大型化とLED 化,その後
6.まとめと今後の展望
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酸化ガリウム半導体の分子線エピタキシー(MBE)成長とショットキーダイオード
Molecular Beam Epitaxy of Semiconducting Gallium Oxide
and its Application to Schottky Barrier Diodes
-------------------------------------------------------------------------
佐々木公平/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室
;(独)情報通信研究機構
未来ICT 研究所 超高周波ICT 研究室
倉又朗人/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室 室長
増井建和/(株)光波 開発本部 光材料開発部 部長
Encarnacion G. Villora/(独)物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 光学単結晶グループ 主任研究員
島村清史/(独)物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 光学単結晶グループ グループリーダー
山腰茂伸/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 本部長
酸化ガリウム半導体の高速ホモエピタキシャル成長技術とn 型ドーピング技術を、
分子線エピタキシー(MBE)法を用いて開発した。基板面方位の検討により、3.5μm/h
以上の成長速度と、1016 〜 1019cm-3 の広い範囲でのドナー濃度制御を実現した。
本技術を用いて試作したショットキーバリアダイオードは従来の報告値を大きく上回
る特性を示した。
【目次】
1.はじめに
2.β-Ga2O3 とは
2.1 パワーデバイス材料としての魅力
2.2 パワーデバイス応用への課題
3.試料作製条件
4.ホモエピタキシャル成長とデバイス試作結果
4.1 面方位と成長速度
4.2 高速成長
4.3 ホモエピタキシャル膜表面観察
4.4 n 型ドーピング
4.5 β-Ga2O3 SBDs
5.まとめと今後の展望
-------------------------------------------------------------------------
酸化ガリウムトランジスタ
Gallium Oxide Transistors
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東脇正高/ (独)情報通信研究機構 未来ICT 研究所 総括主任研究員
;(独)科学技術振興機構 さきがけ 研究員
佐々木公平/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室
;(独)情報通信研究機構 未来ICT 研究所
倉又朗人/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 LED 開発室 室長
増井建和/(株)光波 開発本部 光材料開発部 部長
山腰茂伸/(株)タムラ製作所 コアテクノロジー本部 本部長
酸化ガリウム(Ga2O3)は,そのワイドギャップに代表される優れた材料物性、およ
び融液成長法により単結晶基板が安価かつ簡便に作製可能であることから、次世代
パワーデバイス半導体材料として非常に有望である。本稿では、我々が世界に先駆
けて動作実証に成功したGa2O3トランジスタについて、背景、材料物性が示す可能性、
今後の展開を含めて解説する。
【目次】
1.はじめに
2.Ga2O3 のパワーデバイス半導体材料としての特徴
2.1 Ga2O3 とは?
2.2 物性値から検討したGa2O3 パワーデバイス特性の見込み
2.3 単結晶Ga2O3 基板の意義
2.4 SiC,GaN とGa2O3 パワーデバイス特性の比較
3.世界初の酸化ガリウムトランジスタの動作実証
4.今後の展開,まとめ
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ミストを用いた薄膜作製法の開発と電子デバイス実証
Development of Thin Film Growth Method using “Mist”and its Application Demonstrated by the Electrical Device
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川原村敏幸/高知工科大学 ナノテクノロジー研究所 講師
安定な原料を用いて、効率よく、信頼性が高い機能薄膜を,安価でメンテナンスが簡便な
装置で作製する技術の開発は、機能薄膜作製装置の開発者全員の望みではなかろうか。
これは、持続可能(サステイナブル)な社会発展にも不可欠な要素である。
ミストCVD法はそのような要望に応えるべく開発を進めてきた技術である。
【目次】
1.はじめに
2.ミストCVD 法の原理および特徴
2.1 ミスト法
2.2 ミスト法の位置付け
3.ミストCVD 法で活躍する装置
3.1 ホットウォール(HW)方式
3.2 リニアソース(LS)方式
3.2 リニアソース(LS)方式
4.ミストCVD 法で作製した薄膜
4.1 ミストCVD 法で作製した薄膜とその特性
4.2 FC 式ミストCVD システムで作製した薄膜の均一性
5.ミストCVD 法によるIGZO/AlOx 酸化物薄膜トランジスタ(FT)の作製15)
5.1 大気圧プロセスで薄膜トランジスタを作製する意義
5.2 ミストCVD 法によるIGZO/AlOx 酸化物TFT の作製
5.3 IGZO/AlOx 酸化物TFT の特性
6.ここまで解明したミスト法
7.まとめ
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酸化物ワイドギャップ半導体の将来展望
―酸化物プラズモニクスへの期待―
Perspectives of Oxide Wide Band Gap Semiconductors
―Possibility for Oxide Plasmonics―
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田畑 仁/東京大学 大学院 工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻
;電気系工学専攻 教授
ワイドギャップ酸化物半導体であるZnO やITO における不純物ドーピング量を制御
することで、プラズマ周波数を可視から赤外域へ任意に制御できることを実験、理論
両面から検証した。水の結合状態の指標となる水酸基(OH 基)の合成振動モードに(近
赤外)にプラズマ周波数を設計し、従来の赤外分光法に比べて約150 倍の検出感度を
実現した。これは糖尿病診断に必須の血糖値計測を非接触で可能とする技術である。
【目次】
1.はじめに
2.酸化物材料の特徴
3.酸化物プラズモン
4.おわりに
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Material Report―R&D―
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99%以上のセシウムを除去するゼオCa 漆喰の開発および適用施設例
Development of the Zeo-Ca-Plaster Removing more than 99% Ce and
Application Institution Example
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森村 毅/近畿大学 工学部 建築学科 非常勤講師
多賀 淳/近畿大学 薬学部 医療薬学科 薬品分析学研究室 講師
石渡俊二/近畿大学 薬学部 臨床薬学部門 実践臨床薬学分野 准教授
緒方文彦/近畿大学 薬学部 医療薬学科 公衆衛生学研究室 助教
この度の地震で東北の太平洋沿岸部は巨大津波で甚大な被害を蒙った。特に東京電力
福島第一原子力発電所の原子炉は、電源関係が破滅的な被害を蒙ったため原子炉内がダ
メージを受け、水素爆発によってセシウムが建屋と共に飛散し近隣の農作物・土壌・家
屋などに降り注ぎ、それが付着して甚大なセシウム汚染を引き起こした。そのため汚染
地域の建物・土壌・汚染水・瓦礫などの除染を早く実施し、帰参可能な状況を作り出す
ことが重要な課題になっている。そこで筆者らは確実に汚染物質(Cs やSr)を取り除く
素材の開発と、それを適用する除染施設例を示した。
【目次】
1.はじめに
2.過去の原発事故による除染処理
3.ゼオライト
4.ゼオCa 漆喰に至るまでの経緯
4.1 漆喰の特徴
4.2 ゼオライト漆喰
4.3 ゼオCa 漆喰
5.セシウム吸着性能試験
5.1 吸着板の種類と板総数
5.2 各種吸着板のセシウム透水試験
5.3 吸着試験体の透水試験結果
5.4 考察
6.ゼオCa 漆喰による除染施設例
6.1 容器方式
6.2 浄化槽方式(瓦礫対応型)
6.3 処分施設方式
7.結 び
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Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(6)
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フルエンスレートの理論的取り扱い
Theoretical Treatment of Fluence Rate
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粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 大学院
生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Departments of
Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
前回、フルエンスレートの定義,およびフルエンスレートの測定方法について述べた。
本稿では、フルエンスレートの理論的な扱いについて述べる。拡散近似を用いた吸収体
を含む散乱媒質中でのフルエンスレートの時空間分布、および定常解を得る方法を簡単
に紹介する。
【目次】
1.光の拡散理論について
1.1 光子密度
1.2 フィックの第1 法則
1.3 フィックの第2 法則
1.4 輸送理論とフィックの第1 法則とのつながり
1.5 拡散理論の限界
1.5.1 点光源付近での誤差
1.5.2 吸収物質による誤差
2.フルエンスレートの時空間分布
3.フルエンスレートの定常解
4.まとめ
2012 Vol. 32 『 機能材料』総目次 1 〜 12 月号
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