Interface charge engineering for manipulation of band alignment at dielectric interfaces and demonstration of its impact on device characteristics

用于操纵介电界面能带排列的界面电荷工程及其对器件特性的影响的演示

基本信息

批准号：
21H04550
负责人：
喜多浩之
金额：
$ 27.21万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

界面バンドアライメントは，電子デバイスにおいて絶縁膜の機能を決定する重要なパラメーターの１つである。本研究では界面で生じるダイポール効果や，界面への修飾元素の挿入によってバンドアライメントが変化する現象についての理解と解析を行っている。まず4H-SiC/SiO2界面のバンドアライメントは，界面欠陥構造の終端の目的のために最表面のCをN置換された構造をつくると生じるダイポール効果によって影響される。SiCの面方位を(0001)，(000-1)，(1-100)と変更して比較したところ，面方位によってダイポールの向きが異なり，それに伴ってMOS構造を流れるリーク電流の大きさが強く影響されることを実証した。また，このバンドアライメントの変化に伴うMOSFETの閾値の負方向のシフトを打ち消す目的で，Al2O3の極薄膜をSiO2上に堆積した構造としたところ，Al2O3/SiO2界面で生じる逆向きのダイポールによって閾値を正方向にシフトさせることに成功した。次にβ-Ga2O3/SiO2界面について，Ga2O3基板上へのSiO2堆積後の熱処理に伴うバンドアライメントの変化を光電子分光の価電子帯スペクトルから解析した。600℃では変化は小さいが1000℃で価電子帯のオフセットが大幅に低減した。しかしこの変化量はSiO2の形成手法に大きく依存しており，例えば原子層堆積を用いた化学蒸着法では抑制されていたため，今後に原因の解明を進める予定である。さらに，ペロブスカイト酸化物薄膜のエピタキシャル界面に，成長軸方向に正負の電荷の偏りを持つ層が交互に積層する分極材料であるLaAlO3を数nmだけ挿入する構造が示すダイポール効果について，積層順序を一様に揃える成長条件を見出し，ダイポール効果の効果的な発現を実証した。今後は積層順序の面内均一性を定量的に評価し，同系でのダイポール効果の制御を実証する。

界面带对齐方式是确定电子设备中绝缘膜功能的关键参数之一。这项研究理解并分析了在界面上发生的偶极效应以及在插入界面中插入界面引起的频段比对变化的现象。首先，在4H-SIC/SIO2接口处的频带对齐受到创建结构时发生的偶极效应的影响，其中最外面C被N代替N，以终止接口缺陷结构。将SIC平面取向与（0001），（000-1）和（1-100）进行比较时，我们证明了偶极取向取决于平面的方向，并且流过MOS结构的泄漏电流的幅度受到强烈影响。此外，为了取消由于频段比对变化而导致的MOSFET阈值的负变化，将超薄的Al2O3膜沉积在SIO2上，并且通过在Al2O3/SiO2界面上产生的反向偶极子成功地沿正方向移动阈值。接下来，从光电子光谱的价带光谱分析了SIO2沉积后的热处理引起的带对齐方式的变化。该变化在600°C时很小，但是在1000°C时，价带的偏移显着降低。但是，这种变化很大程度上取决于SiO2形成方法，并且通过使用原子层沉积的化学蒸气沉积抑制，因此我们计划将来研究原因。此外，通过几个NM插入Laalo3（一种极化材料）所表现出的偶极效应，在生长轴上具有正电荷偏差的层交替堆叠在钙钛矿氧化物氧化物薄膜的外移界面上，在堆叠顺序中发现了成年条件，并散发出了堆积的效果，并均匀地出现了有效的效果。将来，将对堆叠顺序的平面均匀性进行定量评估，并以相同的方式进行偶极效应的控制。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Considerations on the kinetic correlation between SiC nitridation and etching at the 4H-SiC(0001)/SiO2 interface in N2 and N2 /H2 ambient

N2和N2/H2环境下4H-SiC(0001)/SiO2界面SiC氮化与刻蚀动力学相关性的思考

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
馮宇;島田悠人;Cao Chen;安富啓太;川人祥二;香川景一郎;Tianlin Yang and Koji Kita
通讯作者：
Tianlin Yang and Koji Kita

Study on Impact of MOS Interface Passivation Processes on Band Alignment and Flat-Band Voltage of 4H-SiC Gate Stacks

MOS界面钝化工艺对4H-SiC栅叠层能带对准和平带电压影响的研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Bezhko Mikhail;Suzuki Safumi;Asada Masahiro;Koji Kita
通讯作者：
Koji Kita

Kinetic Study of SiC Surface Nitridation in N2 Ambient with Simultaneous Oxidation in Passive and Active Oxidation Modes

N2气氛中SiC表面氮化同时被动和主动氧化模式氧化的动力学研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢代航;梁暁宇;Wolfgang Voegeli;白澤徹郎;米山明男;Yasutaka Fujimoto;加藤明樹;鈴木左文;小林正治;Tianlin Yang and Koji Kita
通讯作者：
Tianlin Yang and Koji Kita

Opportunity for band alignment manipulation of perovskite oxide stacks by interfacial dipole layer formation

通过界面偶极层形成来控制钙钛矿氧化物叠层的能带排列的机会