強誘電体を用いた金属・導電体中の電荷制御とスイッチング素子への応用

使用铁电体对金属和导体进行电荷控制及其在开关元件中的应用

• 批准号: 14655117
• 负责人: 徳光 永輔
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655117/
• 关键词: 強誘電体; 導電性酸化物; チタンジルコン酸鉛(PZT); インジウムスズ酸化物(ITO); 電界効果型トランジスタ(FET); ゾルゲル法; 導電率変調; チタン酸ランタンビスマス(BLT)

本研究の目的は、現在集積回路の基本デバイスとなっているシリコンMOSFETの10倍以上、10μC/cm^2以上の巨大な電荷量を制御する強誘電体を用いたスイッチング素子の実現可能性を示すことである。本年度は基礎的な研究をさらに進めるとともに、実際に素子の試作を行った。本研究で提案するデバイス応用のためには、大きな残留分極と良好な表面平坦性をもつ強誘電体薄膜が必要であることから、本年度は大きな残留分極が得られるチタン・ジルコン酸鉛(PZT)を選定しゾルゲル法によって薄膜作製を行った。特に、ゾルゲル法による薄膜作製プロセス中に減圧で仮焼成を行うことによって、残留分極(2Pr)70μC/cm^2以上という大きな残留分極を持ちながら、緻密で表面平坦性に優れたPZT薄膜の形成に成功した。次にチャネルとなる導電性酸化物であるインジウムスズ酸化物(ITO)をスパッタ法により作製し、導電性膜が得られていることを確認した。さらに、強誘電体を先に形成しその上にITO極薄膜を形成したボトムゲート型のトランジスタを試作した。チャネル長は40〜120μmとした。ドレイン電流-ドレイン電圧特性を測定したところ、典型的なトランジスタ特性を得ることに成功した。さらに、ドレイン電流-ゲート電圧特性から、試作した素子が強誘電体により不揮発性メモリ効果を持つことを確認した。試作したデバイスで使用している電荷量は約10μC/cm^2と見積もられ、シリコンMOSFETよりも大きな電荷量を制御するデバイスの可能性を示した。

は の purpose, this study integrated circuit の now sets デ バ イ ス と な っ て い る シ リ コ ン MOSFET の over 10 times, more than 10 mu C/cm ^ 2 の huge な charge を suppression す る strong electricity body を with い た ス イ ッ チ ン グ element child の possibility be presently を shown す こ と で あ る. This year, the basic な research をさらに will be conducted in めるとと に に, and practical に will be carried out in を and った. This study proposed で す る デ バ イ ス 応 with の た め に は, big き な residual points very good と な surface flatness を も つ strong electricity body film が lure necessary で あ る こ と か ら, this year's big は き な residual points so が ら れ る チ タ ン · ジ ル コ ン lead acid (PZT) を selected し ゾ ル ゲ ル method に よ っ て film as system line を っ た. に, ゾ ル ゲ ル method に よ る film as system プ ロ セ ス に 圧 reduction in で 仮 焼 line into を う こ と に よ っ て, residual points (2 pr) more than 70 mu C/cm ^ 2 と い う big き な residual polarization を hold ち な が ら, dense で surface flatness に optimal れ た PZT thin film の form に successful し た. Time に チ ャ ネ ル と な る conductivity acidification content で あ る イ ン ジ ウ ム ス ズ acidification content (ITO) を ス パ ッ タ method に よ り cropping し, conductive membrane が ら れ て い る こ と を confirm し た. さ ら に を に first, strong electric lure body formation し そ の に on ITO extremely thin film を し た ボ ト ム ゲ ー ト type の ト ラ ン ジ ス タ を attempt し た. Youdaoplaceholder0 length チャネ 40-120μmと た た. ド レ イ ン current - ド レ イ ン electric 圧 を determined し た と こ ろ, typical な ト ラ ン ジ ス タ features を must る こ と に successful し た. さ ら に, ド レ イ ン current - ゲ ー ト electric 圧 features か ら, try し た element child が strong electricity body に lure よ り don't swing 発 sex メ モ リ unseen fruit を hold つ こ と を confirm し た. Attempt し た デ バ イ ス で use し て い る charge は about 10 mu C/cm ^ 2 と product も ら れ, シ リ コ ン MOSFET よ り も big き な charge を suppression す る デ バ イ ス を の possibility in し た.

项目成果

Kenji Takahashi: "Effect of deposition temperature on the characteristics of hafnium oxide films deposited by metalorganic chemical vapor deposition using amide precursor"Journal of Materials Research. Vol.19,No.2. 584-589 (2004)

Kenji Takahashi：“沉积温度对使用酰胺前体通过金属有机化学气相沉积沉积的氧化铪薄膜特性的影响”材料研究杂志。

Shiro Hino: "Charcterization of Hafnium Oxide Thin Films by Source Gas Pulse Introduced Metalorganic Chemical Vapor Deposition using Amino-Family Hf Precursors"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42,Part1 No.9B. 6015-6018 (2003)

Shiro Hino：“使用氨基族 Hf 前体通过源气体脉冲引入金属有机化学气相沉积来表征氧化铪薄膜”Jpn.J.Appl.Phys.. 第 42 卷，第 1 部分第 9B 部分。

Naoki SUGITA: "Characterization of Sol-gel Derived Bi_<4-1>LaxTi_3O_<12> Films"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41 Part1, No.11B. 6810-6813 (2002)

Naoki SUGITA：“溶胶-凝胶衍生的Bi_<4-1>LaxTi_3O_<12>薄膜的表征”Jpn。

Takuya SUZUKI: "Characterization of Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor (MFMIS) Structures Using (Bi,La)_4Ti_3O_<12> and HfO_2 Buffer Layers"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41 Part1, No.11B. 6886-6889 (2002)

Takuy​​a SUZUKI：“使用 (Bi,La)_4Ti_3O_<12> 和 HfO_2 缓冲层表征金属-铁电-金属-绝缘体-半导体 (MFMIS) 结构”Jpn。

Naoki SUGITA: "In Situ Raman Spectroscopy Observation of Crystallization Process of Sol-Gel Derived Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12> Films"Jpn.J.Appl.Phys. Vol.42,Part2 No.8A. L944-L945 (2003)

Naoki SUGITA：“溶胶-凝胶衍生的Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12>薄膜的结晶过程的原位拉曼光谱观察”Jpn.J.Appl.Phys。