キーワード:
ダイヤモンドの合成/半導体特性/光学特性/熱物性/超伝導/プロセス技術/電気化学電極材料/光センサへの技術展望/パワー半導体デバイスへの技術展望/高周波デバイスへの技術展望/電子放出デバイスへの技術展望/MEMSへの技術展望/他
刊行にあたって
<普及版の刊行にあたって>
本書は2008年に『ダイヤモンドエレクトロニクスの最前線』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。
シーエムシー出版 編集部
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第1章 単結晶ダイヤモンドの高圧合成
1 はじめに
2 温度差法
3 高純度化技術
4 結晶性向上技術
5 大型高品質単結晶の育成技術
6 おわりに
第2章 単結晶ダイヤモンドの気相合成
1 はじめに
2 気相法の発展
3 CVD法の分類・比較
4 ダイヤモンドの気相成長
5 成長速度
6 異常成長粒子発生の抑制
6.1 aパラメータ制御
6.2 オフ基板上のステップフロー
6.3 窒素添加効果
7 マイクロ波CVD法によるダイヤモンド単結晶の合成例
7.1 プラズマ分光
7.2 成長速度
7.3 成長表面形態
7.4 大型化
8 ウェハ化
9 おわりに
第3章 多結晶ダイヤモンドの合成
1 はじめに
2 プラズマ活性化法
2.1 マイクロ波プラズマ法
2.2 高周波(RF)プラズマ法
2.3 直流(DC)プラズマ法
2.4 アークプラズマジェット法
3 熱活性化法
4 燃焼炎活性化法
5 レーザ活性化法
第4章 ナノ結晶ダイヤモンド薄膜
1 はじめに
2 CVDによるナノ結晶ダイヤモンド薄膜の合成手法
3 ナノ結晶ダイヤモンド薄膜の合成手法
3.1 原料ガスレシピ(高炭素源濃度)
3.2 合成温度(低温)
3.3 基材表面の前処理(ナノ結晶ダイヤモンド粒子による種付け)
4 表面波プラズマCVDによる大面積ガラス基板の透明ナノ結晶ダイヤモンド薄膜コーティング
5 まとめ―ナノ結晶ダイヤモンド薄膜のエレクトロニクス応用への期待
第5章 一桁ナノダイヤモンド粒子とホモエピタキシャル膜
1 背景
1.1 はじめに
1.2 開発途上
2 一桁ナノダイヤモンド粒子の製造
2.1 爆轟と凝結
2.2 一次粒子への解砕と精製
3 ホモエピタキシャル膜
3.1 理想的結晶成長核か?
3.2 新しいコーティング方法
4 展望
4.1 加工対応性
4.2 健康リスク
4.3 生産について
4.4 解砕について
4.5 用途
第II編 ダイヤモンドのエレクトロニクス特性及び関連要素技術
第6章 半導体特性
1 ダイヤモンドの結晶構造
2 ワイドバンドギャップ半導体としてのダイヤモンド
3 ダイヤモンド半導体の特徴的性質
4 おわりに
第7章 p型ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜の半導体特性
1 はじめに
2 ホモエピタキシャル薄膜成長
3 p型電気伝導性
4 光学特性
5 ショットキーダイオード
6 まとめ
第8章 n型ドーピングと半導体特性
1 はじめに
2 n型伝導制御への挑戦
3 リンドープn型ダイヤモンド薄膜の気相成長
4 リンドープダイヤモンドの電子物性
5 リンドープダイヤモンド薄膜の電気特性
6 pn接合素子への展開
第9章 表面電子エネルギー状態
1 はじめに
2 ダイヤモンド表面電子エネルギー状態についての2000年前後の研究
3 高濃度リンドープ・ダイヤモンドの表面電子エネルギー状態と電界放射メカニズム
3.1 高濃度リンドープ・ダイヤモンドの表面エネルギー状態
3.2 高濃度リンドープ・ダイヤモンドからの電界放射メカニズム
4 リンドープn型ダイヤモンドの表面電子エネルギー状態
5 表面欠陥準位
6 表面電気伝導層の表面電子エネルギー状態
第10章 光学特性
1 はじめに
2 純粋なダイヤモンド
3 不純物の影響
3.1 窒素不純物
3.2 ホウ素不純物
3.3 ニッケル,コバルト不純物
3.4 その他不純物(水素,リン,シリコン)
4 照射の影響
5 塑性変形の影響
6 ラマン散乱
7 おわりに
第11章 熱物性
1 はじめに
2 単結晶ダイヤモンドの熱伝導率
3 多結晶ダイヤモンドの熱伝導率
4 ダイヤモンドの熱膨張率
第12章 超伝導
1 はじめに
2 ダイヤモンドへのキャリア注入
3 ダイヤモンドの絶縁体―金属―超伝導転移
4 高圧合成ダイヤモンド
5 CVD法によるダイヤモンド合成
6 ホモエピタキシャル薄膜の合成と評価
7 超伝導転移温度のホウ素濃度依存性
8 有効キャリア濃度
9 ダイヤモンドの超伝導特性
10 まとめ
第13章 プロセス技術
1 はじめに
2 ドライエッチング技術
2.1 プラズマエッチング
2.1 2.1.1 エッチングレイト
2.2 エッチング面の平坦性の改善
2.3 加工体側壁の垂直性の改善
2.4 2段階プラズマによる平坦性と垂直性の改善
2.5 プラズマエッチングによる損傷と表面汚染
2.6 プラズマエッチング技術により作製されたデバイス例
2.6.1 チップアレーの例
2.6.2 レンズの例
2.7 イオンビームエッチング
2.7.1 平行イオンビーム
2.7.2 集束イオンビーム
3 選択成膜
4 絶縁膜形成
4.1 p型ダイヤモンド上の絶縁膜
4.2 水素終端p型表面伝導層上の絶縁膜
5 まとめ
第14章 オーミックコンタクト
1 はじめに
2 金属/半導体界面の電気伝導機構
3 コンタクト抵抗率の測定原理と方法
4 オーミックコンタクトの理想的な界面構造と作製法
5 p型ダイヤモンドのオーミックコンタクト
6 n型ダイヤモンドのオーミックコンタクト
6.1 実験手順
6.2 電極材料とダイヤモンド結晶の影響
6.3 イオン打ち込みによるオーミックコンタクト形成
6.4 ドナー不純物の選択ドーピングによるオーミックコンタクト形成
7 まとめ
第15章 表面修飾
1 はじめに
2 終端元素による分類
2.1 水素終端
2.2 酸素終端
2.3 ハロゲン終端
2.4 窒素終端
2.5 硫黄終端
3 有機分子修飾
3.1 有機化学反応
3.2 ラジカル反応
3.3 電気化学反応
3.4 光化学修飾
3.5 金属粒子固定
4 まとめ
第III編 ダイヤモンドのエレクトロニクス応用技術
第16章 ヒートスプレッダ/ヒートシンク
1 はじめに
2 放熱に関する簡易的な理解
3 ダイヤモンド単体のヒートシンク
4 ダイヤモンド複合材料のヒートスプレッダ
5 コーティングダイヤモンド膜のヒートスプレッダ
第17章 表面弾性波デバイス
1 はじめに
2 SAW用ダイヤモンドウェハ
3 デバイス構造と特性
4 実用化されたSAWデバイス
4.1 光通信,無線通信用フィルタ
4.2 発振器
5 ダイヤモンド系材料を用いた新たな取り組み
第18章 X線・光学窓,光学部品
1 はじめに
2 ダイヤモンドの種類と光学特性
3 光透過応用
3.1 赤外分光測定用窓
3.2 高出力CO2レーザ窓材
3.3 光学レンズ
3.4 超高圧装置用アンビル
4 X線,電磁波透過型応用
4.1 高出力マイクロ波,ミリ波用窓
4.2 SR用分光結晶
4.3 X線関連の応用
4.3.1 XMA用透過窓
5 その他の応用
6 おわりに
第19章 放射線検出器
1 はじめに
1.1 放射線計測からみたダイヤモンド
1.2 ダイヤモンドによる放射線の計測
1.3 14MeV中性子エネルギースペクトロメータとしてのダイヤモンド放射線検出器
2 高圧高温合成IIa型ダイヤモンド単結晶のキャラクタリゼーション
2.1 窒素・ホウ素不純物および構造欠陥
2.2 中性子放射化法による金属不純物測定
3 放射線検出器としての基本特性評価
3.1 各種人工ダイヤモンドの放射線検出器としての動作
3.2 IIa型ダイヤモンド結晶中における電荷キャリア輸送特性
3.3 ホウ素ドープダイヤモンド電極による分極現象抑制の試み
3.4 光照射下による捕獲準位の推定
4 検出器性能の現状把握
4.1 14MeV中性子応答関数測定
4.2 高温動作特性
4.3 耐放射線性
5 性能改善の試み
5.1 高圧高温合成超高純度IIa型単結晶ダイヤモンド
5.2 CVD単結晶ダイヤモンド
5.3 積層型CVD単結晶ダイヤモンド
6 まとめ
第20章 電気化学電極材料としての展開
1 はじめに
2 ダイヤモンド電極の合成
3 ダイヤモンド電極の電極としての特徴
4 多結晶ダイヤモンド薄膜電極を用いた応用例
4.1 残留塩素
4.2 シュウ酸
4.3 タンパク質(がんマーカーを含む)
4.4 亜鉛(Zn)
5 高機能を目指した新しいダイヤモンド電極を用いた応用例
5.1 イオン注入ダイヤモンド電極
5.1.1 イリジウムイオン注入ダイヤモンド電極におけるヒ素の検出
5.1.2 銅イオン注入ダイヤモンド電極におけるグルコースの選択的検出
5.2 金属複合ダイヤモンド電極(ヒ素(3価,5価)の選択的検出)
5.3 ダイヤモンドマイクロ電極(ドーパミンのin vivo検出)
6 おわりに
第21章 光センサへの技術展望
1 はじめに
2 紫外線センシングの原理
3 ダイヤモンド光センサのデバイス構造
4 これまでに報告されているダイヤモンド紫外線センサの性能
5 ダイヤモンド紫外光センサの応用分野
第22章 パワー半導体デバイスへの技術展望
1 はじめに
2 パワーエレクトロニクス産業を取り巻く社会情勢
2.1 地球温暖化問題と省エネルギー対策
2.2 エネルギー源の多様化と電力自由化
3 ワイドギャップ半導体技術開発とダイヤモンド素子の性能指標
4 ダイヤモンドパワーデバイス開発
4.1 ダイオード
4.2 トランジスタ
5 高温環境下での電極信頼性評価
6 海外でのダイヤモンドパワーデバイス研究プロジェクト状況
7 今後の課題と展開
第23章 高周波デバイスへの技術展望
1 なぜダイヤモンド高周波デバイスか
2 水素終端ダイヤモンドFET作製方法
3 水素終端ダイヤモンドFET直流特性
4 水素終端ダイヤモンドFET高周波小信号特性
5 水素終端ダイヤモンドFET高周波雑音特性
6 水素終端ダイヤモンドFET高周波動作解析
7 水素終端ダイヤモンドFET高周波大信号特性
8 イオン注入によるドーピング
9 まとめ
第24章 ダイヤモンドを用いたDNAおよび1塩基ミスマッチ検出
1 はじめに
2 ダイヤモンド表面の特徴と化学修飾
3 ダイヤモンド上の生体分子固定化
4 ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)によるDNAおよびSNPsの検出
4.1 SGFETによるDNA検出のメカニズム
4.2 SGFETとISFETの比較
4.3 SGFETによるDNA塩基ミスマッチの検出
4.4 まとめ
第25章 電子放出デバイスへの技術展望
1 電子放出材料としてのダイヤモンドの可能性と課題
1.1 ダイヤモンドの電子放出材料としての可能性
1.2 ダイヤモンドの電子放出材料としての課題
2 ダイヤモンド電子放出デバイスの研究動向
2.1 熱電子源とその応用開発動向
2.2 電界放出電子源とその応用開発動向
2.3 二次電子放出電子源とその応用開発動向
第26章 MEMSへの技術展望
1 はじめに
ダイヤモンド膜のマイクロマシニング
2.1 微細パターニング
2.1.1 選択成長
2.1.2 ドライエッチング
2.1.3 表面マイクロマシニング
3次元マイクロ構造体の形成
2.2.1 モールド法
2.2.2 接合技術
3 ダイヤモンドMEMSデバイスの開発動向
3.1 熱センサ
3.1.1 温度センサ(サーミスタ)
3.1.2 フローセンサ
3.2 機械量センサ
3.2.1 圧力センサ
3.2.2 加速度センサ
3.3 走査型プローブ顕微鏡
3.4 高周波MEMS(RF MEMS)
3.4.1 マイクロスイッチ
3.4.2 MEMS共振器
3.5 バイオMEMS
3.5.1 化学分析チップ
3.5.2 熱式インクジェットヘッド
4 ダイヤモンドMEMSの技術課題
5 おわりに
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