自然超格子構造をもつ透明酸化物半導体を用いた透明電子回路の実現

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本研究では、単結晶薄膜作製手法として反応性固相エピタキシャル成長(R-SPE)法を開発することにより、YSZ(111)単結晶基板上に高品質ホモロガス化合物InGaO_3(ZnO)_5(IGZO)単結晶薄膜を作製することに成功した。そして、その単結晶薄膜を用いることにより、詳細なIGZOの材料固有のキャリア輸送特性を検討した結果、その無秩序性を内因する結晶構造に由来した金属一絶縁体転移を示すことを見出した。よって、本材料において高性能透明電界効果トランジスタ(TFET)を実現するためには、電界効果により高い濃度のキャリアを導入する必要であることを明らかにした。これらの結果から、アモルファスHfO_xをゲート絶縁膜に用いた高性能TFETを作製し、電流ON/OFF比,〜10^6、μ_<eff>〜80cm^2(Vs)^<-1>という、従来のTFETと比較して一桁以上の大きな値を示すことを見出した。このTFETの高性能化は、チャネル層の欠陥濃度が低減され固有な性質を示す高品質IGZO単結晶薄膜とゲート絶縁膜として高誘電率のHfO_xを用いた事に起因していると結論した。以上、本材料の電子輸送特性の解明とその電子デバイスへの応用を目的とし、独自に考案した反応性固相反応性エピタキシャル法によって、良質な単結晶薄膜の効率的合成に成功し、得られた薄膜の検討から電子キャリア濃度が増大すると移動度が増大するというこれまでの半導体には見られない輸送特性を見出し、これを巧みに利用することで、多結晶シリコンに匹敵する特性をもつTFETを実現した。