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有機強誘電体をゲート絶縁層に用いた不揮発性トランジスターに関する研究

采用有机铁电体作为栅绝缘层的非易失性晶体管的研究

基本信息

批准号：
16686021
负责人：
石田謙司
金额：
$ 19.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、無機強誘電体によるMFS-FET(Metal Ferroelectric Semiconductor-Feild Effect Transistor)では解決困難な(1)Si/強誘電体の界面での界面準位形成、(2)膜堆積時の不要なSiO_2膜形成、などの諸問題を解決策する方策として、低温条件での成膜が可能な「有機強誘電体」をゲート絶縁膜として用いることを提案し、清浄なSi/強誘電体界面の形成と有機強誘電体の分極挙動がSi半導体特性に及ぼす影響について明らかにすることを目的とした。有機強誘電体として高い残留分極値が期待されるビニリデン・フルオライド(VDF)オリゴマーを用いてSi基板上に積層型のMFS構造を形成し、容量-電圧(C-V)測定、誘電ヒステリシスの測定を行った。金属性Siを基板として用いた実験において、無機強誘電体では難しいDEヒステリシス発現に成功した。Alなど金属電極を用いた実験データと比較しても、その残留分極値、抗電界に変化はなく、Siと有機強誘電体との良好な界面形成が示唆された。一方、半導体性Si基板では、Si空乏層の形成を示唆する特定電圧挿引方向での抗電界上昇が観測された。そこでSi半導体のドープ濃度や測定周波数、印可電圧などをパラメータとしてCV評価を行い、空乏層の形成有無、形成された空乏層の厚み、メモリウインド、ON/OFF容量比など、有機強誘電体のダイポールがSi空乏層に及ぼす影響を検証した。その結果、抗電界近傍での容量の急激な上昇から、分極反転と強く相関したCV特性の明確なヒステリシス特性が観測され、メモリウインド:11.5V、容量ON/OFF比:2:1、空乏層幅500nmなどの特性が概算できた。総じて、本実験の実施により有機強誘電体によるSi半導体特性の変調が十分に可能であることを実証した。また、キャパシタ構造での有機強誘電体の赤外線に対する焦電応答特性の観測にも成功しており、赤外センサーへの展開も可能であることを示唆した。

In this study, MFS-FET was prepared by using inorganic ferroelectric materials.(Metal Ferroelectric Semiconductor-Feild Effect Transistor) To solve the difficulties: (1)Si/ferroelectric interface alignment formation,(2) SiO_2 film formation during film deposition, and other problems, the solution is proposed, and the film formation at low temperature is possible. The formation of Si/ferroelectric interface and the polarization of organic ferroelectric affect the characteristics of Si semiconductor The organic strong inductor has high residual polarization value and is expected to be formed by multilayer MFS structure on Si substrate, capacity-voltage (C-V) measurement and induction temperature measurement. Metal Si substrates are successfully developed in the presence of inorganic ferroelectric materials. Al, Si, Si. A semiconductor Si substrate has a Si depletion layer formed on it, and the resistance of the Si depletion layer rises in a specific voltage direction. In addition, the surface concentration and measured cycle number of Si semiconductors, the printed voltage level, and the CV evaluation, the presence or absence of the formation of a depletion layer, the thickness of the formed depletion layer, the thickness of the depletion layer, the thickness of the depletion layer, the difference in capacitance, the ON/OFF capacity ratio, and the influence of the dielectric constant of the organic dielectric on the Si depletion layer are also verified. The results show that the rapid increase of capacity near the impedance range, the strong correlation between polarization inversion and CV characteristics are clearly measured, and the ON/OFF ratio of capacity is 11.5V, and the characteristics of the depletion layer width of 500nm are estimated. It is possible to realize the characteristics of organic ferroelectric Si semiconductor. The infrared response characteristics of organic ferroelectric materials with high conductivity were successfully measured.