SnSの欠陥化学の探究と薄膜トランジスタへの展開

SnS缺陷化学探索及其在薄膜晶体管中的应用

基本信息

批准号：
22H02163
负责人：
柳博
金额：
$ 11.48万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02163/
关键词：
SnS TFT 真空蒸着

项目摘要

SnSにより適したTFT構造を判断するためにトップゲート型とボトムゲート型の素子試作を行った。トップゲート型では基板に石英ガラスを用い高真空での真空蒸着法によりSnS薄膜を製膜した。SnS薄膜の表面は数百nm程度の小さな粒状凹凸があり、RMS値は15nm程度であった。Sn/S比は0.9程度でありS過剰の薄膜となった。ゲート酸化膜はプラズマCVD法によりSiO2を製膜した。試作したTFTの素子特性を評価したところTFT動作を確認できた。しかしソース・ゲート間のリーク電流が大きく良好な特性は得られなかった。これはSnSの再蒸発温度が低いためSiO2薄膜製膜後のポストアニール条件が制限されたことが影響したと考えられる。一方ボトムゲート型では単結晶p-Siを用いた。課題のゲート酸化膜には熱酸化Siを用いることで改善を図った。SnS薄膜の表面はSn/S比のわずかなずれ(~1%)でも板状結晶が基板に対して斜めに突き刺さったような形状を有した。これに対してSn/S＝1.00の薄膜では粒径が1 μm以上の平坦な表面を得ることができた。得られた素子のリーク電流は数十pA程度まで抑制することができたがSnS薄膜の膜厚が厚く十分な変調を得ることができなかった。高真空での真空蒸着法では組成のわずかなずれで表面形状が大きく変わる。これに対してSn/S比のずれを<1%の精度で再現性を出すのは容易ではない課題が挙がった。そこで低真空での真空蒸着を試みた。原料加熱により蒸発した蒸気が低真空下では流体として働くため、これにより生じる層流を利用して板状のSnS結晶を基板上に寝かせて製膜する試みである。実際に製膜温度と基板位置などを最適化することにより表面が平坦で組成比がそろったSnS薄膜を再現性良く製膜することができるようになった。

为了确定哪种 TFT 结构更适合 SnS，我们制作了顶栅和底栅器件的原型。在顶栅型中，使用石英玻璃作为基板，通过在高真空中进行真空蒸镀来形成SnS薄膜。 SnS薄膜的表面具有数百nm量级的细小的粒状凹凸，RMS值为15nm量级。 Sn/S 比率约为 0.9，导致薄膜具有过量的 S。栅极氧化膜由等离子体CVD法由SiO2制成。当我们评估原型 TFT 的器件特性时，我们能够确认 TFT 的操作。然而，源极和栅极之间的漏电流很大并且不能获得良好的特性。这被认为是由于SnS的再蒸发温度低而限制了形成SiO 2 薄膜之后的后退火条件。另一方面，底栅型使用单晶p-Si。我们尝试通过使用热氧化硅作为栅氧化膜来改善这个问题。即使 Sn/S 比率存在轻微偏差（约 1%），SnS 薄膜的表面也具有类似于倾斜粘附在基板上的板状晶体的形状。另一方面，Sn/S＝1.00的薄膜能够获得晶粒尺寸为1μm以上的平坦表面。虽然所获得的器件的漏电流可以被抑制到大约几十pA，但是由于SnS薄膜很厚，所以不能获得足够的调制。在高真空下的真空蒸发方法中，成分的微小差异可以显着改变表面形状。另一方面，有人提出，实现Sn/S比偏差的再现性精度<1%并不容易。因此，我们尝试了低真空下的真空蒸发。由于通过加热原料而蒸发的蒸气在低真空下充当流体，因此这是通过在基板上放置板状SnS晶体来利用由此产生的层流来形成薄膜的尝试。事实上，通过优化成膜温度和基板位置，可以以良好的再现性形成表面平坦、成分比均匀的SnS薄膜。