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

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。