機能融合デバイス構築に向けたSn系Ⅳ族半導体薄膜の材料設計

用于构建功能集成器件的锡基 IV 族半导体薄膜的材料设计

基本信息

批准号：
26246024
负责人：
財満鎭明
金额：
$ 15.39万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、新世代の省電力デバイスであるトンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたGeSn系IV族混晶の結晶成長技術、エネルギーバンド構造の解明と制御技術開発を行った。また、混晶の基礎的な材料物性および絶縁膜または金属と混晶との界面物性の制御を目指した。これまでに我々が先駆的に研究を推進してきたGeSn結晶成長技術やプロセス技術をGeSiSn、GeCSn等の2元および3元系IV族混晶薄膜にまで発展させ、これら新規材料におけるエネルギーバンド構造、結晶歪、欠陥構造、キャリア物性、光電相互作用などを包括的に解明し、Si系ナノエレクトロニクスへの融合技術に資するSn系IV族半導体材料の物性制御技術を構築することを目的とした。Sn系IV族半導体材料のナノエレクトロニクス応用に向けて、主に以下の項目に関して研究を準備し、推進した。（1）Sn系IV族混晶結晶成長技術の構築：MBE法あるいはCVD法による結晶成長技術を用いて、成長中の原子状水素照射によって表面マイグレーションを制御し、高温成長時のSn析出抑制した低欠陥GeSn層の成長技術を検証するための試料作製を準備した。（2）Sn系IV族半導体材料の結晶欠陥および歪構造解明：透過電子顕微鏡やマイクロ回折などの結晶構造分析技術を駆使して、Sn系エピタキシャル層の局所歪構造や原子尺度の欠陥構造同定をおこなうための試料を準備した。また、SPring-8の高輝度放射光施設のマイクロビーム回折や広域X線吸収微細構造（EXAFS）測定等による局所歪や原子結合構造の詳細分析による結晶物性の解明のための試料を準備した。（3）Sn系IV族半導体材料の電子・光物性の解明：高Sn組成GeSn層の電子・光物性の解明を進めた。作製したGeSnおよびSiGeSn層のキャリア物性、光吸収特性、発光特性等の分析評価を行い、GeSn層の光電子物性制御に向けた基礎的知見の獲得を目指した。

在这项研究中，我们阐明了GeSn基IV族混合晶体的晶体生长技术，阐明了其能带结构，并开发了隧道FET（新一代节能器件和光电多功能器件）的控制技术。我们还旨在控制混合晶体的基本材料特性以及绝缘膜或金属与混合晶体之间的界面特性。我们开发了我们在研究中处于领先地位的GeSn晶体生长技术和工艺技术，以GeSiSn和GeCSn等二元和三元IV族混合晶体薄膜为目标，并开发了这些新材料的能带结构。旨在全面阐明晶体应变、缺陷结构、载流子物理性质、光电相互作用等，开发锡基IV族半导体材料物理性质控制技术，为硅基纳米电子集成技术做出贡献。针对锡基IV族半导体材料的纳米电子应用，我们主要准备并推进了以下项目的研究。 (1) Sn基IV族混合晶体生长技术的建立：采用MBE或CVD晶体生长技术，在生长过程中通过原子氢辐照控制表面迁移，并在高温生长过程中抑制Sn析出。验证低缺陷GeSn层的生长技术。（2）阐明Sn基IV族半导体材料中的晶体缺陷和应变结构：利用透射电子显微镜和微衍射等晶体结构分析技术，识别Sn基外延中的局部应变结构和原子级缺陷结构制备样品用于测试。我们还通过在 SPring-8 高强度同步加速器辐射设施中使用微束衍射和广泛的 X 射线吸收精细结构 (EXAFS) 测量对局部应变和原子键结构进行详细分析来制备样品，以阐明晶体的物理性质。 (3)阐明Sn基IV族半导体材料的电子和光学性质：我们在阐明高Sn含量的GeSn层的电子和光学性质方面取得了进展。我们对所制备的GeSn和SiGeSn层的载流子性能、光吸收性能、发射性能等进行了分析和评估，旨在获得控制GeSn层光电性能的基础知识。