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動作中の半導体p-n接合ダイオードの電位分布の観察に成功
〜高性能半導体デバイスの研究開発を促進〜

本研究の【概要詳細

1.現状と課題
 昨今、高性能化が進む半導体デバイスの研究開発において、動作中の半導体素子の電位分布を正確に評価することがますます重要となっています。これまで、半導体素子の電位分布の観察には、電子線ホログラフィー注1が用いられてきました。しかし、電圧印加に伴う微小な電位分布変化を正確に観察するには、従来の電子線ホログラフィー(フーリエ変換法)では空間分解能と感度が不十分でした。また、電子顕微鏡内の試料への電圧印加も技術的に困難であることから、動作中の半導体素子の電位分布を観察したという報告例はほとんど存在しません。


2.本研究の成果
 JFCCは高空間分解能(1 nm)且つ高感度(0.01 V)の計測が可能な電子線ホログラフィー(位相シフト法)と電子顕微鏡内の試料への電圧印加技術を独自に開発し、古河電気工業(株)と東京大学大学院工学系研究科と共同で、動作中の砒化ガリウム(GaAs)p-n接合ダイオードの電位分布を高精度に計測することに成功しました。

図1:電圧印加に伴うGaAs p-n接合の電位分布変化

3.今後の展開
 今後、本計測技術を用いて、トランジスタや発光素子など、より複雑なデバイスについて研究を進めていく予定です。実際に動作している半導体素子の電位挙動を深く理解することで、より高効率なデバイス設計が可能となり、高性能デバイスの開発に役立つことが期待されます。


※本研究成果は、下記に開催の2018年度JFCC研究成果発表会で発表しました。
  7月6日(金)(東京会場:東京大学武田先端知ビル武田ホール)
  7月13日(金)(名古屋会場:愛知県産業労働センター(ウインクあいち2F、5F))
  7月20日(金)(大阪会場:梅田スカイビル(タワーウエスト36F))
※本成果は2017年12月12日に「Journal of Applied Physics」電子版で出版されました。
※本研究の一部は、文部科学省先端研究基盤共用促進事業(共用プラットフォーム形成支援プログラム)の支援を受けて行いました。


本研究の詳細はこちら
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研究担当者
ナノ構造研究所 電子線ホログラフィーグループ 穴田智史

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