Interface charge engineering for manipulation of band alignment at dielectric interfaces and demonstration of its impact on device characteristics

用于操纵介电界面能带排列的界面电荷工程及其对器件特性的影响的演示

• 批准号: 21H04550
• 负责人: 喜多 浩之
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04550/
• 关键词: 電子・電気材料; 表面・界面物性; 誘電体; 電子デバイス・機器; 界面双極子

界面バンドアライメントは，電子デバイスにおいて絶縁膜の機能を決定する重要なパラメーターの１つである。本研究では界面で生じるダイポール効果や，界面への修飾元素の挿入によってバンドアライメントが変化する現象についての理解と解析を行っている。まず4H-SiC/SiO2界面のバンドアライメントは，界面欠陥構造の終端の目的のために最表面のCをN置換された構造をつくると生じるダイポール効果によって影響される。SiCの面方位を(0001)，(000-1)，(1-100)と変更して比較したところ，面方位によってダイポールの向きが異なり，それに伴ってMOS構造を流れるリーク電流の大きさが強く影響されることを実証した。また，このバンドアライメントの変化に伴うMOSFETの閾値の負方向のシフトを打ち消す目的で，Al2O3の極薄膜をSiO2上に堆積した構造としたところ，Al2O3/SiO2界面で生じる逆向きのダイポールによって閾値を正方向にシフトさせることに成功した。次にβ-Ga2O3/SiO2界面について，Ga2O3基板上へのSiO2堆積後の熱処理に伴うバンドアライメントの変化を光電子分光の価電子帯スペクトルから解析した。600℃では変化は小さいが1000℃で価電子帯のオフセットが大幅に低減した。しかしこの変化量はSiO2の形成手法に大きく依存しており，例えば原子層堆積を用いた化学蒸着法では抑制されていたため，今後に原因の解明を進める予定である。さらに，ペロブスカイト酸化物薄膜のエピタキシャル界面に，成長軸方向に正負の電荷の偏りを持つ層が交互に積層する分極材料であるLaAlO3を数nmだけ挿入する構造が示すダイポール効果について，積層順序を一様に揃える成長条件を見出し，ダイポール効果の効果的な発現を実証した。今後は積層順序の面内均一性を定量的に評価し，同系でのダイポール効果の制御を実証する。

The function of the insulating film is determined by the interface parameters. This study aims to explore the effects of interface modification on the understanding and analysis of interface modification phenomena. The interface of 4H-SiC/SiO2 is affected by the structure of C to N substitution on the surface. SiC plane orientation is (000-1),(000-1),(1-100) and changes are compared. The plane orientation is different from the direction of the plane orientation, and the MOS structure has a strong influence on the current. In addition, the Al2O3 thin film was deposited on SiO2 and the Al2O3/SiO2 interface was successfully formed. Secondly, the interface of β-Ga2O3/SiO2 is destroyed, and the heat treatment of SiO2 deposited on Ga2O3 substrate is accompanied by the transformation of photoelectron spectroscopy and electron spectrum. The temperature of 600℃ is lower than that of 1000℃, and the electron spectrum is lower than that of 600 ℃. The amount of SiO2 is dependent on the method of formation, such as atomic layer deposition, chemical evaporation, suppression, and future explanation. In addition, the polarization of negative charge in the growth axis direction and the polarization of alternating layers in the growth axis direction of the acid thin film show that the polarization effect occurs in the growth interface, and the growth condition of the polarization effect occurs in the order of lamination. In the future, the in-plane uniformity of the layer sequence is quantitatively evaluated, and the control of the same system is demonstrated.

项目成果

Kinetic Study of SiC Surface Nitridation in N2 Ambient with Simultaneous Oxidation in Passive and Active Oxidation Modes

N2气氛中SiC表面氮化同时被动和主动氧化模式氧化的动力学研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 矢代航;梁暁宇;Wolfgang Voegeli;白澤徹郎;米山明男;Yasutaka Fujimoto;加藤明樹;鈴木左文;小林正治;Tianlin Yang and Koji Kita
• 通讯作者: Tianlin Yang and Koji Kita

Study on Impact of MOS Interface Passivation Processes on Band Alignment and Flat-Band Voltage of 4H-SiC Gate Stacks

MOS界面钝化工艺对4H-SiC栅叠层能带对准和平带电压影响的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Bezhko Mikhail;Suzuki Safumi;Asada Masahiro;Koji Kita
• 通讯作者: Koji Kita

Considerations on the kinetic correlation between SiC nitridation and etching at the 4H-SiC(0001)/SiO2 interface in N2 and N2 /H2 ambient

N2和N2/H2环境下4H-SiC(0001)/SiO2界面SiC氮化与刻蚀动力学相关性的思考

• 发表时间: 2021
• 作者: 馮宇;島田悠人;Cao Chen;安富啓太;川人祥二;香川景一郎;Tianlin Yang and Koji Kita
• 通讯作者: Tianlin Yang and Koji Kita

Study on the Electrical Characteristics and Band Diagrams of Ga2O3 MOS Gate Stacks

Ga2O3 MOS栅堆的电特性和能带图研究

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Miyazawa;M. Doi;T. Suzuki;S. Tsushima;矢代航;Fumio Koyama;Koji Kita
• 通讯作者: Koji Kita

SiC表面の酸化と窒化によるMOS界面形成の科学

SiC表面氧化和氮化形成MOS界面的科学

• 发表时间: 2022
• 作者: 喜多浩之