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。

界面能带排列是决定电子器件中绝缘薄膜功能的重要参数之一。在这项研究中，我们正在了解和分析界面处发生的偶极效应以及由于界面处插入改性元素而导致能带排列发生变化的现象。首先，4H-SiC/SiO2界面的能带排列受到偶极子效应的影响，偶极子效应是在创建最外表面的C被N取代以终止界面缺陷结构的结构时发生的。将SiC面方位变更为(0001)、(000-1)、(1-100)进行比较时，发现偶极子的方向根据面方位的不同而不同，漏电流的大小也不同。事实证明，流经MOS结构的变化受到强烈影响。此外，为了消除由于能带排列变化而导致的MOSFET阈值负移，我们创建了一种结构，其中在SiO2上沉积超薄膜Al2O3，并通过偶极子改变阈值。 Al2O3/SiO2 界面处产生的相反方向，我成功地将其向正方向移动。接下来，对于β-Ga 2 O 3 /SiO 2 界面，从光电子能谱的价带光谱分析由于在Ga 2 O 3 基板上沉积SiO 2 后的热处理引起的能带排列的变化。在600℃时，变化较小，但在1000℃时，价带偏移显着减小。然而，这种变化量很大程度上取决于 SiO2 的形成方法，并且例如使用原子层沉积的化学气相沉积法可以抑制这种变化，因此我们计划在未来阐明其原因。此外，关于在钙钛矿的外延界面中插入几纳米LaAlO3的结构所表现出的偶极效应，LaAlO3是一种极化材料，其中带有偏向于生长轴方向的正电荷和负电荷的层交替堆叠。氧化物薄膜中，堆叠顺序发生了变化，我们找到了与条件相匹配的生长条件，并证明了偶极子效应的有效表达。未来，我们将定量评估堆叠顺序的面内均匀性，并演示同一系统中偶极子效应的控制。

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