遷移金属内包Siクラスターを単位構造とする新規電子材料の研究

本研究は、遷移金属内包SiクラスターMSi_nを単位構造とする薄膜の電子材料応用を見据え、電界効果による伝導キャリアの制御性を実証することを目的とした。LA法で合成したMoSi_nクラスターを熱酸化Si基板上にコンタクトマスクを介して堆積した。作製したMoSi_n膜の上にソース・ドレインとなるAl電極を、基板裏面にコンタクト用Al電極を形成した。形態観察、ラマン散乱測定、XPS測定、Hall効果測定で得られた膜の物性値を基にプロセスを最適化することで、電界効果測定用試料(MoSi_n膜チャネルTFT)の作製プロセスを確立した。様々な成膜条件で試料を製作し、MoSi_n(n=4-5,5-6,8-9,10)膜の全てにおいて電界による伝導度変調特性が得られ、MoSi_n膜がチャネルとして動作することを実証した。また、この特性は、Si組成の増加に伴って改善が見られた。特に、Si組成が高く半導体性が良いMoSi_<10>膜では、p-チャネル・エンハンスメント型の特性が得られた。線形領域のドレイン電流値から見積もった実効的な電界効果移動度は0.0028cm^2/Vsを示すが、それはHall効果測定で得られた正孔移動度(～1.6cm^2/Vs)よりも低い。この理由は、MoSi_<10>膜の内部やSiO_2界面のギャップ内準位にトラップされ伝導に寄与しないキャリアの影響が、電界効果移動度に反映されたことに起因する。一方で、電界により電気伝導特性が変調されることから、ゲートからMoSi_n膜へ向かう電界がスクリーニングされるほどの界面準位は存在しない。これは、界面処理を施していない膜でも比較的良好な界面特性が得られたことを示唆しており、原因としては、Mo原子によってSi原子のDB(ダングリングボンド)が終端されているため、界面でもDBの発生が抑制されていると推察している。以上のことは、MSi_nを凝集するボトムアップ的な手法で作製した薄膜が、電子材料の性能を十分に有することを示している。このように、電界効果による伝導キャリアの制御性を実証し、電子材料応用への可能性を創造したことは、本研究を遂行する高い意義と重要性を示している。

本研究は、遷移金属内包SiクラスターMSi_nを単位構造とする薄膜の電子材料応用を見据え、電界効果による伝導キャリアの制御性を実証することを目的とした。LA法で合成したMoSi_nクラスターを熱酸化Si基板上にコンタクトマスクを介して堆積した。作製したMoSi_n膜の上にソース・ドレインとなるAl電極を、基板裏面にコンタクト用Al電極を形成した。形態観察、ラマン散乱測定、XPS測定、Hall効果測定で得られた膜の物性値を基にプロセスを最適化することで、電界効果測定用試料(MoSi_n膜チャネルTFT)の作製プロセスを確立した。様々な成膜条件で試料を製作し、MoSi_n(n=4-5,5-6,8-9,10)膜の全てにおいて電界による伝導度変調特性が得られ、MoSi_n膜がチャネルとして動作することを実証した。また、この特性は、Si組成の増加に伴って改善が見られた。特に、Si組成が高く半導体性が良いMoSi_<10>膜では、p-チャネル・エンハンスメント型の特性が得られた。線形領域のドレイン電流値から見積もった実効的な電界効果移動度は0.0028cm^2/Vsを示すが、それはHall効果測定で得られた正孔移動度(～1.6cm^2/Vs)よりも低い。この理由は、MoSi_<10>膜の内部やSiO_2界面のギャップ内準位にトラップされ伝導に寄与しないキャリアの影響が、電界効果移動度に反映されたことに起因する。一方で、電界により電気伝導特性が変調されることから、ゲートからMoSi_n膜へ向かう電界がスクリーニングされるほどの界面準位は存在しない。これは、界面処理を施していない膜でも比較的良好な界面特性が得られたことを示唆しており、原因としては、Mo原子によってSi原子のDB(ダングリングボンド)が終端されているため、界面でもDBの発生が抑制されていると推察している。以上のことは、MSi_nを凝集するボトムアップ的な手法で作製した薄膜が、電子材料の性能を十分に有することを示している。このように、電界効果による伝導キャリアの制御性を実証し、電子材料応用への可能性を創造したことは、本研究を遂行する高い意義と重要性を示している。