High-mobility Semiconductor Devices due to Control of Phonon Field caused by Defect-free Nano-periodic Structures

通过无缺陷纳米周期结构控制声子场实现高迁移率半导体器件

基本信息

批准号：
20H05649
负责人：
寒川誠二
金额：
$ 124.8万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-08-31 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05649/
关键词：
無欠陥ナノ周期構造複合材料フォノン場制御高移動度半導体素子フォノンバンドエレクトロンバンド無欠陥ナノ周期構造ナノスケールサーマルマネジメントナノスケールサーマルマネージメント無欠陥周期ナノ構造高移動度半導体

项目摘要

研究代表者・東北大・寒川GrはSi NP構造を埋め込むためのSiGeに対して着目し、成長させる際の基板表面がSiまたはSiO2によって、歪み・緩和の観点から膜質評価と表面粗さの違いを調査した。その結果、成長表面の違いが成長後の表面粗さに大きな影響があることがわかり、さらに結晶性や転位密度が変化することがわかった。これは、Si NPを埋め込んだ後に、複合膜構造全体の電子・正孔移動度へ影響することが予想される重要な知見となった。研究分担者・産総研・太田(旧遠藤)Grは、寒川Grで作製したSiGe表面に対して、CMP技術を用いた表面の平坦化の条件をさらに最適化することで、デバイス試作の準備を進めた。研究分担者・東京大学・野村Grは、フォノニック結晶系におけるフォノン輸送計算を継続し、フォノンバンド解析、状態密度、輸特性解析を行った。寒川Grによって作製したSi NP構造を用いることで、ブリユアン散乱および時間領域サーモリフレクタンス(TDTR)法を用いて、Si NP構造により5GHz周辺に定在波が確認され、熱伝導との関係性を発見した。研究分担者・宮崎大学・福山Grは、ナノオーダーステージを自動制御することで検出レーザー照射位置のみをスキャンさせて、材料内で発生したフォノンがどこまで輸送されるかの2次元マッピングを測定するための装置およびソフトウエアの改造を行った。寒川Grによって作製したSi NP/SiGe複合膜を測定することで、Si NPの間隔によってキャリアライフタイムが変化することが明らかとなった。

研究人员，Tohoku University和Samukawa GR专注于嵌入SINP结构的SIGE，并从菌株和放松的角度研究了膜质量和表面粗糙度之间的差异，并在生长时使用SI或SIO2在底物表面上使用SIO2。结果，发现生长表面的差异对生长后的表面粗糙度产生了重大影响，并且结晶度和位错密度也发生了变化。这是一个重要发现，预计它会影响嵌入SI NP的整个复合膜结构中的电子和孔迁移率。研究人员，AIST和OTA（以前是Endo）GR，通过进一步优化使用Samukawa GR生产的SIGE表面上的CMP技术来进一步优化表面平面化的条件。研究人员野村（Nomura GR），东京大学和东京大学（University of Tokyo）继续计算语音晶体系统中的声子传输，并进行了声子频带分析，状态密度和运输特征分析。使用si np结构，使用Si NP结构，使用Saukawa GR生产的Si NP结构，通过Brillouin散射和时间域热素融合（TDTR）方法证实了站立波，发现了与热导率的关系。宫崎骏大学和福山GR的研究合作伙伴自动控制纳米级阶段，仅扫描检测激光辐照位置，并修改了设备和软件，以测量对材料中声音产生的距离的二维映射。通过测量由Samukawa GR生产的Si NP/SIGE复合膜，可以发现载体寿命会根据Si NP间隔而变化。