原子レベルで酸素欠損制御したナノラミネート複合機能膜と巨大誘電率の発現メカニズム

原子水平氧空位控制的纳米层压复合功能膜及巨介电常数机理

• 批准号: 20H02189
• 负责人: 生田目 俊秀
• 金额: $ 11.23万
• 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 (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02189/
• 关键词: 原子層堆積法; ナノラミネート複合機能膜; 酸素欠損; 巨大誘電率; キャパシタ; ナノラミネート構造; 複合酸化物; 積層膜; 電気特性; 誘電率; ZrO2; Al2O3

2021年度までに、ZrO2/Al2O3またはAl2O3/ZrO2積層構造で、積層の違いが誘電率に影響する事を見出した。2022年度は、ZrO2の母材へのNbOxドーピングついて検討した。(ZrO2)1/(NbOx)1ナノラミネートで、300℃で、H2O酸化ガスの原子層堆積法(ALD)で作製した。As-grown膜はアモルファス構造であった。N2又はO2で、450℃の急速加熱処理でも、アモルファス構造を維持した。このナノラミネート膜を絶縁膜とした上下電極がTiNのMIMキャパシタを作製した。低温度、真空中、I-V測定を実施した。アモルファス構造のナノラミネート膜の誘電率は、リファレンスとして作製した結晶化したZrO2絶縁膜に比べて、約10小さな誘電率であり、ZrO2を母材とした場合には、結晶化が重要である事が分かった。2021年度からの (HfO2)2/(Al2O3)1及び(HfO2)2/(SiO2)1のナノラミネートをGaNパワーデバイスの絶縁膜とした継続研究で、信頼性評価のために、正電圧下(PBS)でのC-V測定が可能な計測プログラムを組んだ。(HfO2)2/(Al2O3)1及び(HfO2)2/(SiO2)1ナノラミネート膜は、800℃熱処理で、各々、アモルファスなHfAlOx及びHfSiOx膜となった。フラットバンド電圧(Vfb)から実効電界を8.8MVcm-1、ストレス時間300sのPBSで、認められた正のVfbシフト値は0.24Vと非常に小さく、GaN/HfAlOx及びGaN/HfSiOx界面が電子トラップする欠陥が少ない事を明らかにできた。もう一つのHfZrOx強誘電体膜では、ALDの酸化剤としてプラズマ酸素を用いる事で、300℃で優れた強誘電体特性を得る事ができた事を2021年度までに報告したが、その要因について、放射光を用いた界面解析を実施した。

2021 ま で に, ZrO2 / Al2O3 ま た は Al2O3 / ZrO2 で laminated structure, laminated の violations い が に induced electric rate affect す を る things show the し た. In 2022, た and ZrO2 <s:1> base materials へ <s:1> NbOxド ピ ピ ピ グ て検 て検 て検 are requested for た た. (ZrO2) 1 / (NbOx) 1 ナ ノ ラ ミ ネ ー ト で, 300 ℃ で, H2O acidification ガ ス の atomic layer accumulation method (ALD) で cropping し た. The As-grown membrane アモ アモ ファス constructs であった. N2 is further treated with <s:1> O2で and rapid heating at 450 ° C で で, and the アモ ファス ファス ファス structure を is maintained at た た. こ の ナ ノ ラ ミ ネ ー ト film を never try membrane と し た upper and lower electrode が TiN の MIM キ ャ パ シ タ を cropping し た. Low temperature, vacuum, I-V determination を application of た. ア モ ル フ ァ ス tectonic の ナ ノ ラ ミ ネ ー ト membrane の は electricity rate, lure リ フ ァ レ ン ス と し て cropping し た crystallization し た ZrO2 never try membrane に than べ て, about 10 small さ な induced electricity rate で あ り, ZrO2 を parent metal と し た occasions に は, crystallization が important で あ る matter が points か っ た. 2021 annual か ら の (HfO2)/(Al2O3) 1 and 2 び (HfO2) 2 / (SiO2) 1 の ナ ノ ラ ミ ネ ー ト を GaN パ ワ ー デ バ イ ス の never try membrane と し た 継 続 research で, letter 頼 review 価 の た め に, positively charged 圧 (PBS) under で の C - determination of V が may な measuring プ ロ グ ラ ム を group ん だ. (HfO2)/(Al2O3) 1 and 2 び (HfO2) 2 / (SiO2) 1 ナ ノ ラ ミ ネ ー ト membrane は, 800 ℃ heat 処 で, each 々, ア モ ル フ ァ ス な HfAlOx and び HfSiOx membrane と な っ た. フ ラ ッ ト バ ン ド electric 圧 (Vfb) か ら be unseen electric を MVcm 8.8-1, ス ト レ ス time 300 s の PBS で, recognize め ら れ た is の Vfb シ フ ト numerical は 0.24 V と very small に さ く, GaN/HfAlOx and び GaN/HfSiOx interface が electronic ト ラ ッ プ す る owe 陥 が less な い matter を Ming ら か に Youdaoplaceholder0 た た. Strong も う a つ の HfZrOx induced electric membrane で は, ALD の acidification tonic と し て プ ラ ズ マ を acid element with い で る, 300 ℃ で optimal れ た strong electricity body features lure を る is が で き た matter を 2021 ま で に report し た が, そ の by に つ い て, ray を い た interface analytical を be applied し た.

项目成果

Interface characteristics of β-Ga2O3/Al2O3/Pt capacitors after postmetallization annealing

β-Ga2O3/Al2O3/Pt电容器金属化后退火后的界面特性

• DOI: 10.1116/6.0000626
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Vacuum Science &Technology A
• 作者: Hirose Masafumi;Nabatame Toshihide;Irokawa Yoshihiro;Maeda Erika;Ohi Akihiko;Ikeda Naoki;Sang Liwen;Koide Yasuo;Kiyono Hajime
• 通讯作者: Kiyono Hajime

Control of ferroelectric phase formation in HfxZr1－xO2 thin films using nano-ZrO2 nucleation layer technique

利用纳米ZrO2成核技术控制HfxZr1－xO2薄膜中铁电相的形成

• 发表时间: 2021
• 作者: Takashi Onaya;Toshihide Nabatame;Naomi Sawamoto;Akihiko Ohi;Naoki Ikeda;Takahiro Nagata;Atsushi Ogura
• 通讯作者: Atsushi Ogura

Influence of HfO2 and SiO2 interfacial layers on the characteristics of n-GaN/HfSiOx capacitors using plasma-enhanced atomic layer deposition

HfO2 和 SiO2 界面层对等离子体增强原子层沉积 n-GaN/HfSiOx 电容器特性的影响

• DOI: 10.1116/6.0001334
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Vacuum Science &Technology A
• 作者: Nabatame Toshihide;Maeda Erika;Inoue Mari;Hirose Masafumi;Irokawa Yoshihiro;Ohi Akihiko;Ikeda Naoki;Onaya Takashi;Shiozaki Koji;Ochi Ryota;Hashizume Tamotsu;Koide Yasuo
• 通讯作者: Koide Yasuo

GaN(0001)基板上でのアモルファスGa2O3膜の熱処理による高配向結晶成長

GaN(0001)衬底上非晶Ga2O3薄膜热处理高取向晶体生长

• 发表时间: 2023
• 作者: 澤田 朋実;生田目 俊秀;高橋 誠;伊藤 和博;女屋 崇;色川 芳宏;小出 康夫;塚越 一仁
• 通讯作者: 塚越 一仁

Study of ALD HfO2-based high-k for GaN power devices and Ferroelectric devices

用于GaN功率器件和铁电器件的ALD HfO2基高k材料的研究

• 发表时间: 2020
• 作者: Toshihide Nabatame;Takashi Onaya;Erika Maeda;Masashi Hirose;Yoshihiro Irokawa;Koji Shiozaki;Yasuo Koide
• 通讯作者: Yasuo Koide