Development of vertical HEMT-type devices using Si-Ge core-shell heterojunction nanowires

使用Si-Ge核壳异质结纳米线开发垂直HEMT型器件

• 批准号: 21H04642
• 负责人: 深田 直樹
• 金额: $ 26.29万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04642/
• 关键词: ナノワイヤ; シリコン; ゲルマニウム; トランジスタ

現行の平面型金属・酸化膜・半導体電界効果型トランジスタ（MOSFET）では、微細化した回路素子からのリーク電流による発熱が大きくなるため、従来のスケール則に従った微細化だけでは素子の性能向上に限界が指摘されている。本研究では、IV族半導体Si、Ge、新規高移動度材料として注目されているGeSnから形成される特殊なコアシェルヘテロ接合により高電子移動度型トランジスタ（HEMT）構造を１次元ナノワイヤ内部に形成することで、次世代トランジスタの微細化限界・低消費電力化の課題を解決し、ナノ構造でも不純物散乱のない高移動度デバイスを実現する。本年度は、コアシェルヘテロ接合の精密形成制御に関する研究を実施した。コアシェルナノワイヤのHEMTデバイス応用を考えると、ヘテロ接合界面の制御が重要である。そこで、①界面相互拡散抑制、②ドーパント不純物の拡散抑制、③シェル層の高い結晶性、④不純物の活性化を満足するシェル形成条件を確立するための成長条件の探索を行った。①-②ではシェル形成温度を低くし、③-④では高くする必要がある。p-Siシェルの場合はジボラン（B2H6）ガス添加（位置制御ドーピング）によるSiH4ガス分解促進効果でシェル形成温度を700℃まで低下できた。一方、i-Geシェルでは更に500℃まで成長温度を低下できたため、相互拡散の問題を解決し、且つ高い結晶性維持できる最適条件を導き出すことに成功した。コアシェルナノワイヤモデルに対して、Si中の様々なサイトにアクセプタ不純物となるBを導入し、不純物の熱力学的安定性、拡散エネルギー障壁の場所依存性、界面依存性に関する大規模第一原理計算を進めている。

Current の planar metal, acidification of the membrane, electric semiconductor industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ (MOSFET) で は and ultra-micronization model.the し た circuit element child か ら の リ ー ク current に よ る 発 large heat が き く な る た め, 従 の ス ケ ー ル is に 従 っ た ultra-micronization model.the だ け で は element child の performance に upward limit が blame さ れ て い る. This study で は, IV semiconductor Si, Ge, new rules on high degree of mobile material と し て attention さ れ て い る GeSn か ら form さ れ る special な コ ア シ ェ ル ヘ テ ロ joint に よ り high electron type mobile degrees ト ラ ン ジ ス タ (HEMT) tectonic を 1 dimensional ナ ノ ワ イ ヤ internal に form す る こ と で, next generation ト ラ ン ジ ス タ の ultra-micronization model.the limit, The issue of low-consumption electrification を solves the problems of <s:1>, ナノ structure で, <s:1> impurity dispersion な, <s:1> high mobility デバ and スを actual occurrence する. This year, the に, コアシェ, ヘテロ and ヘテロ research on the precision formation control of the joint clamp に has been implemented を. コ ア シ ェ ル ナ ノ ワ イ ヤ の HEMT デ バ イ ス 応 tested え in を る と, ヘ テ ロ joint interface の suppression が important で あ る. そ こ で, 1) interface in mutual company, reduction, 2) ド ー パ ン ト impurity content の company, reduction, (3) シ ェ ル layer high の い crystallization, (4) no impurity の activeness を against foot す る シ ェ ル forming conditions を establish す る た め の line growth conditions の explore を っ た. ①-②で で シェ シェ シェ がある formation temperature を low く がある ③-④で high くする necessary がある. P - Si シ ェ ル の occasions は ジ ボ ラ ン (B2H6) ガ ス add (position suppression ド ー ピ ン グ) に よ る SiH4 ガ ス decomposition promote unseen fruit で シ ェ ル を formation temperature 700 ℃ ま で low で き た. Party, I - Ge シ ェ ル で は more に 500 ℃ ま で low growth temperature を で き た た め, mutual company の を solve し, high and つ い crystalline maintain で き る を optimum conditions き out す こ と に successful し た. コ ア シ ェ ル ナ ノ ワ イ ヤ モ デ ル に し seaborne て, Si の others 々 な サ イ ト に ア ク セ プ タ impurity content と な る を import し B, impurity content の thermodynamic stability, company are scattered エ ネ ル ギ ー barrier の place dependence, interface dependency に masato す る mass first principles calculation を into め て い る.

项目成果

CWレーザーアニールによる高歪みn型Geのバンド構造解析

连续激光退火高应变n型Ge的能带结构分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Kuniaki Konishi;Daisuke Akai;Yoshio Mita;Makoto Ishida;Junji Yumoto;Makoto Kuwata-Gonokami;石崎雄士,中津裕貴,小澤孝拓,福谷克之;ラハマトハディ サプトロ，松村 亮，前田 辰郎,深田 直樹
• 通讯作者: ラハマトハディ サプトロ，松村 亮，前田 辰郎,深田 直樹

The On-Site Nanowire-Shape Graphene Formation for Silicon Nanowire-Based Schottky Junction Solar Cells

用于基于硅纳米线的肖特基结太阳能电池的现场纳米线形状石墨烯形成

• 发表时间: 2021
• 作者: Wipakorn Jevasuwan;Steaphan Wallace and Naoki Fukata
• 通讯作者: Steaphan Wallace and Naoki Fukata

Self-organized〈1 0 0〉direction growth of germanium film on insulator obtained by high speed continuous wave laser annealing

高速连续波激光退火绝缘体上锗薄膜自组织<1 0 0>方向生长

• DOI: 10.1016/j.matlet.2021.129328
• 发表时间: 2021
• 期刊: Materials Letters
• 影响因子: 3
• 作者: Matsumura Ryo;Fukata Naoki
• 通讯作者: Fukata Naoki

The On-site Nanowire-Shape Graphene Formation on Nanoimprinted Si Nanowires for Radial Schottky Junction Solar Cells

用于径向肖特基结太阳能电池的纳米压印硅纳米线上的现场纳米线形状石墨烯形成

• 发表时间: 2022
• 作者: Wipakorn Jevasuwan;Steaphan Mark Wallace;Yoshimasa Sugimoto and Naoki Fukata
• 通讯作者: Yoshimasa Sugimoto and Naoki Fukata

Selective-Area Growth of Ge Nanowires on SiO2-Masked Si (111) Substrates by Vaper-Liquid-Solid Method

气-液-固法在 SiO2 掩蔽的 Si (111) 衬底上选择性区域生长 Ge 纳米线

• 发表时间: 2021
• 作者: D. Goto;M. Makino;R. Horiguchi;W. Jevasuwan;N. Fukata;and S. Hara
• 通讯作者: and S. Hara