第1章 パワー半導体の界面現象と制御技術
第1節 SiCパワー半導体の界面現象と制御
1. はじめに
2. 高効率パワーデバイスのためのワイドギャップ半導体材料
3. SiC MOSFET形成技術に残された課題: SiCのMOS界面現象の制御と特性向上
3.1 一般論としてのゲート絶縁膜と半導体の界面の制御とその評価手法の特徴
3.2 SiC上の熱酸化によるゲート絶縁膜形成プロセスの材料学的理解と課題
3.3 SiCの窒化反応を始めとする各種の界面欠陥抑制技術の課題
4. まとめ
第2節 GaN半導体デバイスのMIS界面評価と制御
1. はじめに
2. GaN系MISデバイスのゲート絶縁膜
3. ワイドギャップ半導体のMIS界面評価
4. ヘテロ構造MIS界面の評価
5. GaN系半導体のMIS界面向上プロセス
6. 課題と展望
第3節 ダイヤモンド絶縁膜の界面欠陥の原子イメージング
第2章 半導体界面の制御と半導体異種集積・接合技術
第1節 金属/半導体界面の現象と電子物性制御
1. はじめに
2. 金属/半導体界面の電子物性
2.1 金属/半導体界面のエネルギーバンド構造
2.2 金属/半導体界面におけるコンタクト抵抗率
3. 金属シリサイド/シリコン接合形成プロセス
4. 金属/半導体接合の界面構造および電気伝導特性制御
4.1 NiSi/Si界面の熱的安定化とコンタクト抵抗低減
4.2 エピタキシャル金属ジャーマナイド/Ge接合によるFLP解消とSBH低減
5. まとめ
第2節 酸化物界面構造の機能と制御
1. 研究の背景
2. 界面で起こっている現象
3. 界面形成と計測方法
4. 酸化物界面構造の原子レベル制御
5. 原子レベル制御した界面電子機能の創出
6. まとめ
第3節 半導体ウェハ接合技術の太陽電池応用
1. はじめに
2. 背景
2.1 半導体ヘテロ構造
2.2 ヘテロエピタキシャル成長と結晶欠陥
3. 半導体ウェハ接合技術
3.1 ウェハ接合とは
3.2 半導体ウェハ接合の熱力学
4. ウェハ接合による太陽電池
4.1 III-V化合物半導体太陽電池
4.1.1 ウェハ接合によるサブセルの接続
4.1.2 上下逆方向成長とウェハ接合の活用
4.2 III-V/Si多接合太陽電池
4.3 III-V/CIGS多接合太陽電池
4.4 有機太陽電池
5. 太陽電池用途のウェハ接合技術
5.1 メカニカルスタッキング
5.2 直接半導体ウェハ接合
5.3 金属を介したウェハ接合
5.4 透明導電材料を介したウェハ接合
5.5 機能性ウェハ接合
5.5.1 発電材料を介したウェハ接合
5.5.2 波長変換材料を介したウェハ接合
6. その他のウェハ接合の太陽電池応用
6.1 軽量・フレキシブル太陽電池
6.2 金属背面構造の薄膜太陽電池
6.3 ウェハ再利用技術
7. まとめ
第4節 Si太陽電池の高性能化に向けたヘテロ界面制御
1. はじめに
2. 太陽電池の高性能化のキーテクノロジー
2.1 キャリアの光生成と再結合
2.2 表面パッシベーション
3. ヘテロ接合型シリコン太陽電池における界面制御技術
3.1 高品質アモルファスシリコン薄膜の水素脱離抑制
3.2 真性アモルファスシリコン薄膜の積層化
3.3 透明導電膜/アモルファスシリコン界面の高性能化
4. むすび
第5節 有機半導体の界面における光アップコンバージョン
1. はじめに
2. 用いた材料系の特徴とサンプル作製
3. アップコンバージョン発光の効率の算出
4. 有機半導体界面でのアップコンバージョン発光
5. アップコンバージョン発光のメカニズム
6. 有機半導体界面近傍での三重項励起状態の拡散挙動
7. おわりに
第6節 化合物半導体ナノワイヤ異種集積技術
1. はじめに
2. 半導体異種集積技術の重要性
2.1 次世代フォトニクス分野
2.2 次世代エレクトロニクス分野
3. Si基板上のIII-V族化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長技術
3.1 バッファ層成長技術
3.2 マイクロチャネルエピタキシー
3.3 原子層ステップ基板
4. Si基板上のIII-V族化合物半導体ナノ構造の異種集積技術
4.1 選択成長法による化合物半導体ナノ構造成長
4.2 Aspect-Ratio Trapping (ART)法
4.3 Template-Assisted Selective-area Epitaxy (TASE)法
5. Si基板上のIII-Vナノワイヤ異種集積技術
5.1 選択成長法による化合物半導体ナノワイヤ集積
5.2 選択成長法によるSi上の化合物半導体ナノワイヤ異種集積技術
第7節 ハロゲン架橋金属錯体の一次元ヘテロ接合
1. はじめに
2. ハロゲン架橋金属錯体(MX錯体)の概要
3. MX錯体ヘテロ結晶の作製
4. 一次元ヘテロ接合の原子分解能観察
5. まとめと展望
第8節 異種材料接合による弾性波デバイスの高性能化
1. はじめに
2. 弾性波デバイスの動作原理と要求される特性
2.1 弾性表面波デバイス
2.2 バルク弾性波デバイス
2.3 弾性波フィルタ
2.4 弾性波デバイスに要求される特性と高性能化へのアプローチ
3. 異種材料接合技術の弾性波デバイスへの適用例
3.1 SAWデバイス
3.2 板波デバイス
3.3 BAWデバイス
4. 水晶支持基板との異種材料接合によるSAWデバイスの高性能化
4.1 LSAWの伝搬・共振特性
4.1.1 解析解
4.1.2 有限要素法による解析
4.1.3 実験
4.2 LLSAWの伝搬・共振特性
4.2.1 解析解
4.2.2 有限要素法による解析
4.2.3 実験
5. おわりに
第9節 半導体異種材料接合技術:CFB(クリスタル・フィルム・ボンディング)
1. はじめに
2. 半導体デバイスの付加価値を向上するCFBソリューションの特長
2.1 プリンター事業で培われたCFB技術
2.2 CFBソリューションのビジネスモデル
2.3 CFBソリューションのバリエーション
3. 応用事例1:フルカラーマイクロLEDディスプレイ
3.1 用途市場のニーズと課題
3.2 フルカラーマイクロLEDディスプレイの実証
4. 応用事例2:MEMS超音波センサー
4.1 市場ニーズと課題(超音波センサー)
4.2 共創パートナーの特長(I-PEX Piezo Solutions株式会社のKRYSTAL(R) Wafer)
4.3 共創成果(超音波センサーの性能向上の実証)
5. 応用事例3:縦型GaNパワーデバイスの社会実装に向けた新技術
5.1 市場ニーズと課題(次世代パワーデバイス)
5.2 共創パートナーの特長(信越化学工業株式会社のGaN on QST基板)
5.3 共創成果(縦型GaNパワーデバイスに向けた新技術)
6. あとがき
第3章 強磁性体・強磁性半導体の界面現象と制御技術
第1節 強磁性金属/酸化物の界面現象と制御
1. はじめに
2. 強磁性トンネル接合の界面物性
2.1 界面の原子レベルの乱れとTMR
2.2 界面のスピンの揺らぎの影響
2.3 コヒーレントトンネル効果における原子ステップの効果
3. 強磁性金属/酸化物界面の評価・解析
4. 課題と展望
第2節 非磁性/強磁性半導体の二層ヘテロ接合の電子伝導現象とその制御
1. はじめに
2. 強磁性半導体:磁性不純物を添加する半導体の研究
2.1 強磁性半導体研究の概要
2.2 FeドープIII-V族狭ギャップ強磁性半導体の開発
3. 近接効果を利用した強磁性半導体の実現
3.1 強磁性半導体/非磁性半導体界面における新しい近接磁気抵抗効果
3.2 強磁性半導体/非磁性半導体界面における磁気近接効果の物理機構
3.3 磁気近接効果による非磁性半導体InAsのスピン分裂した電子状態の観測
4. おわりに
第3節 スピントロニクス材料と半導体の超高品質接合
1. はじめに
2. 半導体スピントロニクスデバイス
3. 強磁性ホイスラー合金と半導体ゲルマニウムの超高品質界面の作製
4. ゲルマニウムスピントロニクスデバイスの室温動作
5. まとめ
第4節 界面マルチフェロイク材料
1. はじめに
2. 電気-磁気結合とその物理起源
2.1 電気-磁気結合定数
2.2 電気-磁気結合の起源
2.2.1 電荷蓄積効果
2.2.2 磁気弾性効果
2.2.3 交換結合効果
2.2.4 イオン伝導効果
3. 電気-磁気結合の特徴
3.1 応答速度
3.2 消費電力
4. 界面マルチフェロイク材料の例
4.1 電荷蓄積効果
4.2 磁気弾性効果
4.3 交換結合効果
4.4 イオン伝導効果
5. 将来展望
第5節 トポロジカル材料の表面・界面の物理
1. はじめに
2. トポロジカル絶縁体
2.1 トポロジカル絶縁体とは
2.2 2次元トポロジカル絶縁体とヘリカルエッジ状態
2.3 3次元トポロジカル絶縁体とヘリカル表面状態
2.4. ヘリカルエッジ状態・表面状態の性質とクラマース縮退
2.5 磁性によるトポロジカル表面状態への影響
3. トポロジカル結晶絶縁体
4. まとめ
第4章 低温・常温・大気中直接接合技術
第1節 低温・常温接合技術の技術動向と高熱伝導率材料の異種材料集積
1. はじめに
2. さまざまな接合技術
3. 表面活性化接合技術
3.1 半導体の直接接合
3.2 金属薄膜の直接接合
4. 高熱伝導率材料の集積化による高放熱構造
5. まとめ
第2節 高耐熱性ダイヤモンド/異種材料接合の素子応用―ダイヤモンド上低熱抵抗GaNトランジスタ
1. はじめに
2. 高耐熱性ダイヤモンド/異種材料接合
2.1 Si/ダイヤモンド接合
2.2 GaN薄層/ダイヤモンド接合
3. GaN-on-diamond HEMT
3.1 窒化物半導体/ダイヤモンド接合及びGaN-on-diamond HEMTの作製
3.2 GaN-on-diamond HEMTの素子特性-自己発熱の抑制
3.3 ダイヤモンド上GaN HEMTの素子特性-電気特性
4. まとめ・将来展望
第3節 酸化ガリウム/ダイヤモンドおよび酸化ガリウム/炭素ケイ素の接合技術
1. 概要
2. 序論
3. Ga2O3/ダイヤモンドの接合
4. Ga2O3/SiC基板の直接接合
5. まとめと今後の展望
第4節 常温接合によるレーザーの作製とその応用
1. はじめに
2. 常温接合プロセス
3. 複合構造レーザーの作製
3.1. 異種材料複合構造レーザー
3.2. マイクロチップ複合構造レーザー
4. 波長変換デバイスの作製
4.1. ウォークオフ補償デバイス
4.2. 擬似位相整合デバイス
5. まとめと今後の展望
第5章 2次元原子層物質の積層・集積と界面現象および制御技術
第1節 2次元原子層物質の積層と物性制御
1. はじめに
2. 2層ヤヌスTMDの積層配向による電子物性制御
3. 2層TMD系における電界効果キャリア蓄積
4. まとめ
第2節 グラフェン/hBN構造の作製と物性制御
1. はじめに
2. 積層構造作製技術
3. 素子作製プロセス
4. グラフェン/hBNモアレ超格子の量子輸送
5. まとめ
第3節 2次元半導体応用のための界面・表面制御
1. 2次元半導体の集積回路実装における期待と課題
2. 表面電荷移送ドーピングによる2次元半導体のキャリア制御
3. ノンドープWSe2 FETの基本特性
4. 分子吸着によるWSe2の電子ドーピング
5. 表面酸化によるWSe2のホールドーピング
6. まとめ
第4節 酸化物ナノシートの階層的集積による機能性ナノ構造材料の創製
1. はじめに
2. ソフト化学プロセスによる酸化物ナノシートの合成
3. 酸化物ナノシートの階層的集積と機能
3.1 静電的自己組織化
3.2 ラングミュア・ブロジェット法
3.3 スピンコート法
4. おわりに
第6章 全固体電池の界面現象と制御技術
第1節 全固体リチウム電池における界面抵抗の解明と低減
1. 全固体電池における界面抵抗の低減の重要性
2. 清浄な界面を有する薄膜型電池を活用した界面の定量的な研究
3. 固体電解質-正極間の界面抵抗の起源を定量的に理解する
4. Li3PO4酸化物固体電解質-正極間における抵抗起源の定量的な研究
5. 硫化物固体電解質-正極間の界面抵抗の起源解明に向けて
6. Li3PS4固体電解質をLiCoO2正極上に堆積した場合の電池動作
7. Li3PO4緩衝層の導入による電池動作の改善
8. 界面抵抗の定量的な研究を通して今後の展望
第2節 リチウム固体電解質界面における電気二重層効果の制御
1. はじめに
2. 電界効果トランジスタを用いたホール測定に基づくリチウム固体電解質/ダイヤモンド界面の電気二重層効果の調査
3. リチウム固体電解質/ダイヤモンド界面への中間層挿入による充放電応答速度の制御
4. 終わりに
