Development of vertical HEMT-type devices using Si-Ge core-shell heterojunction nanowires

使用Si-Ge核壳异质结纳米线开发垂直HEMT型器件

基本信息

批准号：
21H04642
负责人：
深田直樹
金额：
$ 26.29万
依托单位：
National Institute for Materials Science
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04642/
关键词：
ナノワイヤシリコンゲルマニウムトランジスタ

项目摘要

現行の平面型金属・酸化膜・半導体電界効果型トランジスタ（MOSFET）では、微細化した回路素子からのリーク電流による発熱が大きくなるため、従来のスケール則に従った微細化だけでは素子の性能向上に限界が指摘されている。本研究では、IV族半導体Si、Ge、新規高移動度材料として注目されているGeSnから形成される特殊なコアシェルヘテロ接合により高電子移動度型トランジスタ（HEMT）構造を１次元ナノワイヤ内部に形成することで、次世代トランジスタの微細化限界・低消費電力化の課題を解決し、ナノ構造でも不純物散乱のない高移動度デバイスを実現する。本年度は、コアシェルヘテロ接合の精密形成制御に関する研究を実施した。コアシェルナノワイヤのHEMTデバイス応用を考えると、ヘテロ接合界面の制御が重要である。そこで、①界面相互拡散抑制、②ドーパント不純物の拡散抑制、③シェル層の高い結晶性、④不純物の活性化を満足するシェル形成条件を確立するための成長条件の探索を行った。①-②ではシェル形成温度を低くし、③-④では高くする必要がある。p-Siシェルの場合はジボラン（B2H6）ガス添加（位置制御ドーピング）によるSiH4ガス分解促進効果でシェル形成温度を700℃まで低下できた。一方、i-Geシェルでは更に500℃まで成長温度を低下できたため、相互拡散の問題を解決し、且つ高い結晶性維持できる最適条件を導き出すことに成功した。コアシェルナノワイヤモデルに対して、Si中の様々なサイトにアクセプタ不純物となるBを導入し、不純物の熱力学的安定性、拡散エネルギー障壁の場所依存性、界面依存性に関する大規模第一原理計算を進めている。

目前的平面金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）由于小型化电路元件的漏电流而产生大量热量，因此仅根据传统缩放规则进行小型化不足以提高元件性能。。在这项研究中，我们将使用由IV族半导体Si、Ge和GeSn形成的特殊核壳异质结在一维纳米线内部形成高电子迁移率晶体管（HEMT）结构，该结构作为一种新型高迁移率而备受关注。通过这样做，我们将解决下一代晶体管的小型化限制和降低功耗的问题，并实现即使是纳米结构也没有杂质散射的高迁移率器件。今年，我们进行了核壳异质结精确形成控制的研究。当考虑将核壳纳米线应用于 HEMT 器件时，异质结界面的控制非常重要。因此，我们寻找生长条件来建立满足（1）界面相互扩散抑制、（2）掺杂剂杂质扩散抑制、（3）壳层的高结晶度和（4）杂质激活的壳形成条件。在情况①-②中，需要降低壳形成温度，在情况③-④中，需要提高壳形成温度。在p-Si壳的情况下，由于添加乙硼烷(B2H6)气体(位置控制掺杂)促进SiH4气体分解的效果，壳形成温度可降低至700℃。另一方面，采用i-Ge壳，生长温度可以进一步降低至500°C，解决了相互扩散问题，并成功导出了可以保持高结晶度的最佳条件。对于核壳纳米线模型，我们在Si的各个位点引入B作为受主杂质，并对杂质的热力学稳定性、扩散能垒的位置依赖性以及界面进行了大规模的第一性原理计算依赖正在进展。

项目成果

期刊论文数量（33）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Self-organized〈1 0 0〉direction growth of germanium film on insulator obtained by high speed continuous wave laser annealing

高速连续波激光退火绝缘体上锗薄膜自组织<1 0 0>方向生长

DOI：
10.1016/j.matlet.2021.129328
发表时间：
2021
期刊：
Materials Letters
影响因子：
3
作者：
Matsumura Ryo;Fukata Naoki
通讯作者：
Fukata Naoki

CWレーザーアニールによる高歪みn型Geのバンド構造解析

连续激光退火高应变n型Ge的能带结构分析

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kuniaki Konishi;Daisuke Akai;Yoshio Mita;Makoto Ishida;Junji Yumoto;Makoto Kuwata-Gonokami;石崎雄士,中津裕貴,小澤孝拓,福谷克之;ラハマトハディサプトロ，松村亮，前田辰郎,深田直樹
通讯作者：
ラハマトハディサプトロ，松村亮，前田辰郎,深田直樹

The On-Site Nanowire-Shape Graphene Formation for Silicon Nanowire-Based Schottky Junction Solar Cells

用于基于硅纳米线的肖特基结太阳能电池的现场纳米线形状石墨烯形成