自然超格子構造をもつ透明酸化物半導体を用いた透明電子回路の実現

使用具有天然超晶格结构的透明氧化物半导体实现透明电子电路

• 批准号: 03J03434
• 负责人: 野村 研二
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J03434/
• 关键词: 透明酸化物半導体; 自然超格子化合物; ホモロガス化合物; 単結晶薄膜; 反応性固相エピタキシャル成長; 電界効果型トランジスタ

本研究では、単結晶薄膜作製手法として反応性固相エピタキシャル成長(R-SPE)法を開発することにより、YSZ(111)単結晶基板上に高品質ホモロガス化合物InGaO_3(ZnO)_5(IGZO)単結晶薄膜を作製することに成功した。そして、その単結晶薄膜を用いることにより、詳細なIGZOの材料固有のキャリア輸送特性を検討した結果、その無秩序性を内因する結晶構造に由来した金属一絶縁体転移を示すことを見出した。よって、本材料において高性能透明電界効果トランジスタ(TFET)を実現するためには、電界効果により高い濃度のキャリアを導入する必要であることを明らかにした。これらの結果から、アモルファスHfO_xをゲート絶縁膜に用いた高性能TFETを作製し、電流ON/OFF比,〜10^6、μ_<eff>〜80cm^2(Vs)^<-1>という、従来のTFETと比較して一桁以上の大きな値を示すことを見出した。このTFETの高性能化は、チャネル層の欠陥濃度が低減され固有な性質を示す高品質IGZO単結晶薄膜とゲート絶縁膜として高誘電率のHfO_xを用いた事に起因していると結論した。以上、本材料の電子輸送特性の解明とその電子デバイスへの応用を目的とし、独自に考案した反応性固相反応性エピタキシャル法によって、良質な単結晶薄膜の効率的合成に成功し、得られた薄膜の検討から電子キャリア濃度が増大すると移動度が増大するというこれまでの半導体には見られない輸送特性を見出し、これを巧みに利用することで、多結晶シリコンに匹敵する特性をもつTFETを実現した。

在这项研究中，我们成功地制造了高质量的同源气体化合物Ingao_3（ZnO）_5（Igzo）_5（IGZO）单晶薄膜（111）单晶底物，通过开发一种反应性固相的外观增长（R-SPE）方法作为一种制造单个薄膜的方法，是通过开发一种反应性固相外观增长（R-SPE）方法。通过使用单晶薄膜，我们已经详细研究了Igzo材料独特的载体传输性能，并发现由于其疾病的晶体结构而显示了金属 - 绝缘体过渡。因此，已经澄清的是，为了实现该材料中的高性能透明场效应晶体管（TFET），有必要通过田间效应引入高浓度的载体。从这些结果中，使用无定形HFO_X作为栅极绝缘膜制造的高性能TFET，发现电流开/关比为〜10^6，μ_<eff> 〜80cm^2（vs）^<-1>，这是一个超过一阶的值，比一阶大于常规TFET。得出的结论是，TFET性能的改善是由于使用高质量的Igzo单晶薄膜（表现出固有的特性），而高二电气常数HFO_X作为栅极绝缘膜，从而降低了通道层中缺陷浓度。为了阐明该材料的电子传输性能并将其应用于电子设备，我们使用了我们设计的反应性固相反应性外延方法成功地成功合成了高质量的单晶薄膜。从对所获得的薄膜的检查，我们发现了在先前半导体中找不到的传输特性，这是电子载体浓度的增加，并且通过巧妙地利用了这一点，我们已经意识到了具有与多晶硅相当的特性的TFET。

项目成果

K.Nomura et al.: "Electron Transport in InGaO_3(ZnO)_m (m = integer) Studied Using Single-Crystalline Thin Films and Transparent MISFETs."Thin Solid Films. 445. 322 (2003)

K.Nomura 等人：“使用单晶薄膜和透明 MISFET 研究 InGaO_3(ZnO)_m（m = 整数）中的电子传输。”固体薄膜。

Carrier transport of oxide semiconductors InGaO_3(ZnO)_5

氧化物半导体InGaO_3(ZnO)_5的载流子输运

• 发表时间: 2004
• 期刊: Mat.Res.Soc.Symp.Proc. 811
• 作者: H.Yamabe;A.Mizuno;H.Kusama;N.Iwasawa;K.Nomura et al.;K.Nomura et al.;K.Nomura et al.;K.Nomura et al.
• 通讯作者: K.Nomura et al.

K.Nomura et al.: "Fabrication of MISFET Exhibiting Normally-off Characteristics Using a Single-Crystalline InGaO_3(ZnO)_5 Thin Film."Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 747. 267 (2003)

K.Nomura 等人：“使用单晶 InGaO_3(ZnO)_5 薄膜制作具有常关特性的 MISFET。”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 747. 267 (2003)

K.Nomura et al.: "Thin Film Transistor Fabricated in Single-Crystalline Transparent Oxide Semiconductor."Science. 300. 129 (2003)

K.Nomura 等人：“用单晶透明氧化物半导体制造的薄膜晶体管。”科学。