有機強誘電体/半導体界面への逐次パルス印加とニューロン回路への応用可能性

有机铁电/半导体接口的顺序脉冲应用及其在神经元电路中的应用

• 批准号: 21656082
• 负责人: 石田 謙司
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656082/
• 关键词: 有機強誘電体; 半導体; 界面; トランジスタ

本研究では、ニューロン素子を模倣した学習型デバイス創成を目標に、その基本セルとなるMFS型電界効果トランジスタを開発するためSiトランジスタのチャネル直上に有機強誘電体を堆積し、入力パルスに応じた分極ドメイン形成とドレイン電流変調に挑戦した。P型Siウエハー(比抵抗1～10Ωcm)上にソース・ドレイン領域を形成し、チャネル部がむき出しになったトランジスタを試作した。強誘電体層として真空蒸着可能なフッ化ビニリデンオリゴマーを用いることで、可能な限り清浄環境下でSiと強誘電体の直接界面を形成した。最後にAlゲート電極を作製し、金属(M)/強誘電体(F)/半導体(S)キャパシタ素子とした。パルス電圧入力によるトランジスタ基板上での分極反転ドメイン形成を検証するため、電界-電流密度特性を測定した結果、非対称性ある分極反転電流ピークを観測した。負極性側の分極反転電流ピークはブロードかつ高電圧シフトしており、Si中での空乏層形成を示唆した。チャネル直上に形成した有機強誘電体の分極方向を上向き、下向きと変化させてドレイン-ソース間に流れる電流変化を測定した所、ドレイン電圧3V掃引に対して電流値のON/OFF比は約10^5倍であった。入力信号としてのゲート電圧パルスをパラメータとして実験した結果、データ保持特性は1000sec以下と短いものの極性に応じた電流挙動を確認できたことから、有機分極相互作用によるSi半導体変調の可能性を示し、パルス入力によるMSF-FET駆動に成功した。

在这项研究中，为了创建模仿神经元元素的学习装置，我们将有机铁电沉积在Si晶体管的通道上，以开发一个将成为基本细胞的MFS型场效应晶体管，并挑战了对输入脉冲响应偏振域的形成和排水液的形成。在P型Si晶片（1至10ΩCM的电阻）上形成了一个源和排水区域，并产生了具有裸露通道部分的晶体管。通过使用真空含乙烯基氟化物寡聚物作为铁电层，尽可能在清洁环境中形成Si和铁电之间的直接接口。最后，制造了Al栅极电极以形成金属（M）/铁电（F）/半导体电容器元件。为了验证由于脉冲电压输入而验证晶体管底物上极化域的形成，测量了电场电流密度特性，并观察到了不对称的极化反转电流峰。负侧的峰极化反转电流宽且高电压移动，这表明Si中耗尽层的形成。当直接在通道上方的有机铁电的极化方向向上和向下更改以测量漏极和源之间流动的电流时，电流值的ON/OFF比值约为10^5倍的10^5倍，大约是漏极电压扫描的高度。使用栅极电压脉冲作为输入信号作为参数的实验表明，尽管数据保留特性很短，但在1000秒或更低的情况下，根据极性确认了当前行为，这表明由于有机极化相互作用而导致的SI半导体调节可能性，并且使用脉冲输入驱动MSF-FET成功。

项目成果

有機強誘電体/Si半導体界面におけるキャリア挙動

有机铁电/硅半导体界面的载流子行为

• 发表时间: 2009
• 作者: 石田稔博;榊洋介;小谷哲浩;高明天;金村崇;小柴康子;三崎雅裕;堀江聡;石田謙司;上田裕清
• 通讯作者: 上田裕清

Electrospray induced ferroelectricity in poly(vinylidene fluoride) thin films

• DOI: 10.1039/c0jm01265c
• 发表时间: 2010-09
• 期刊: Journal of Materials Chemistry
• 作者: I. Rietveld;K. Kobayashi;Takuya Honjo;K. Ishida;Hirofumi Yamada;K. Matsushige

Vinylidene fluoride telomers for piezoelectric devices

• DOI: 10.1038/pj.2010.102
• 发表时间: 2011-02-01
• 期刊: POLYMER JOURNAL
• 影响因子: 2.8
• 作者: Durand, Nelly;Ameduri, Bruno;Ueda, Yasukiyo
• 通讯作者: Ueda, Yasukiyo

Capacitance variation in interface of metal/organic ferroelectrics/Semiconductor on polarization switching

极化切换时金属/有机铁电体/半导体界面的电容变化

• 发表时间: 2009
• 作者: T.Ishida;Y.Sakaki;Y.Koshiba;M.Misaki;S.Horie;K.Ishida;Y.Ueda
• 通讯作者: Y.Ueda

Crystal and Layer Structures of Ferroelectric Oligomer Thin Films

铁电低聚物薄膜的晶体和层结构

• 发表时间: 2009
• 期刊: Macromolecules 42
• 作者: S. Kuwajima;S. Horie;T. Horiuchi;H. Yamada;K. Matsushige;K. Ishida
• 通讯作者: K. Ishida