強誘電体ゲート絶縁膜を用いた低消費電力で高移動度な超高性能薄膜トランジスタの研究

利用铁电栅极绝缘膜的低功耗高迁移率超高性能薄膜晶体管的研究

• 批准号: 18J14689
• 负责人: 栗島 一徳
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: National Institute for Materials Science (2019)Meiji University (2018)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14689/
• 关键词: トンネルFET; 酸化物半導体; PLD; コンビナトリアル; 薄膜トランジスタ; 強誘電体; ゲート絶縁膜; 高移動度; 低消費電力

HfxZr1-xO (HZO)/In1-xSixO1-yCy TFTを作製に先立って、電子のトンネル効果を利用したbilayer構造のトンネル電界効果トランジスタ(TFET)を作製した。これまでに酸化物半導体を用いたTFETはn型のZnOとp型のSi及びGeを組み合わせた構造が報告されている。本研究では、アモルファスで平坦な材料をZnOベースに提案した。酸化物半導体は膜中に欠陥を生成しやすく、電気特性を劣化させる一因となる。欠陥をできる限り抑制する材料として、酸素結合かい離エネルギーの高いTiを用いたTixZn1-xO1+x及び酸素との結合距離の短いGaを用いたGa2xZn1-xO1+2xに注目した。それぞれの材料はコンビナトリアルPLD法でZnOに対してTiO2及びGa2O3ターゲットを用いて、組成傾斜膜を作製した。アモルファス構造を有するTi0.8Zn0.2O1.8/p-Ge及びGa1.2Zn0.4O2.2/p-Geで良好なトンネル特性を示した。これらはタイプIIのバンド構造を形成しており、p-Geとの実効障壁高さが小さく、トンネル確率が増大したためと考えられる。TFETにおいて、組成傾斜膜を用いて超低消費電力なデバイスを先駆ける成果を得られることができた。今後の材料探索を行う上でも重要な知見になると考えられる。この結果を基に、HZO/In1-xSixO1-yCy TFT作製にフィードバックさせてチャネル及びゲート絶縁膜の最適化を行い、国内外問わず学会に参加して情報発信を絶えず行った。

在制造 HfxZr1-xO (HZO)/In1-xSixO1-yCy TFT 之前，我们制造了一个利用电子隧道效应的双层结构的隧道场效应晶体管 (TFET)。迄今为止，使用氧化物半导体的TFET已被报道具有结合n型ZnO和p型Si和Ge的结构。在这项研究中，我们提出了一种基于 ZnO 的非晶扁平材料。氧化物半导体容易在其膜中产生缺陷，这会导致电特性劣化。我们重点关注使用具有高氧键解离能的 Ti 的 TixZn1-xO1+x 和使用与氧键距较短的 Ga 的 Ga2xZn1-xO1+2x，作为抑制缺陷的材料可能的。对于每种材料，使用组合 PLD 方法使用 TiO2 和 Ga2O3 靶材制备 ZnO，制备成分梯度薄膜。 Ti0.8Zn0.2O1.8/p-Ge和Ga1.2Zn0.4O2.2/p-Ge具有非晶结构，表现出良好的隧道特性。这被认为是因为它们形成II型能带结构，并且与p-Ge的有效势垒高度较小，从而增加了隧道概率。在 TFET 中，我们能够使用成分梯度薄膜实现超低功耗器件。这被认为是未来材料探索的重要发现。基于这一结果，我们通过将其反馈到HZO/In1-xSixO1-yCy TFT制造中来优化沟道和栅极绝缘膜，并通过参加国内外学术会议不断传播信息。

项目成果

Reliability of Al2O3/In-Si-O-C Thin-Film Transistors with an Al2O3 Passivation Layer under Gate-Bias Stress

具有 Al2O3 钝化层的 Al2O3/In-Si-O-C 薄膜晶体管在栅极偏置应力下的可靠性

• DOI: 10.1149/08611.0135ecst
• 发表时间: 2018
• 作者: Kurishima Kazunori;Nabatame Toshihide;Onaya Takashi;Tsukagoshi Kazuhito;Ohi Akihiko;Ikeda Naoki;Nagata Takahiro;Ogura Atsushi
• 通讯作者: Ogura Atsushi

低温度ALD法を用いてAl2O3及びSiO2下地基板へ形成したIn2O3膜の特性

低温ALD法在Al2O3和SiO2基底上形成In2O3薄膜的特性

• 发表时间: 2019
• 作者: 小林陸;生田目 俊秀; 栗島 一徳; 木津 たきお; 女屋 崇; 大井 暁彦; 池田 直樹; 長田 貴弘; 塚越 一仁 ; 小椋 厚志
• 通讯作者: 小椋 厚志

Band alignment at non-polar AlN/MnS interface investigated by hard xray photoelectron spectroscopy

通过硬 X 射线光电子能谱研究非极性 AlN/MnS 界面的能带排列

• DOI: 10.35848/1347-4065/ab769c
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kazunori Kurishima; Kota Tatejima; Yoshiyuki Yamashita; Shigenori Ueda; Keiji Ishibashi; Kenichiro Takahashi; Setsu Suzuki; Atsushi Ogura; Toyohiro Chikyow;Takahiro Nagata
• 通讯作者: Takahiro Nagata

Comparison of Oxide TFT with C-doped and C-free In2O3 Channels by ALD

通过 ALD 比较氧化物 TFT 与掺碳和无碳 In2O3 通道

• 发表时间: 2020
• 作者: Riku Kobayashi; Toshihide Nabatame; Kazunori Kurishima; Takashi Onaya; Akihiko Ohi; Naoki Ikeda; Takahiro Nagata; Kazuhito Tsukagoshi;Atsushi Ogura
• 通讯作者: Atsushi Ogura

Characteristics of Oxide TFT with Amorphous Carbon-Doped In2O3 Channel Using 150 °C Low Temperature Process

采用 150 °C 低温工艺的非晶碳掺杂 In2O3 通道氧化物 TFT 的特性

• 发表时间: 2019
• 作者: Riku Kobayashi; Toshihide Nabatame; Kazunori Kurishima; Takashi Onaya; Akihiko Ohi; Naoki Ikeda; Takahiro Nagata; Kazuhito Tsukagoshi;Atsushi Ogura
• 通讯作者: Atsushi Ogura