非線形誘電体における金属誘電体界面の電気特性に関する研究

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ペロブスカイト誘電体へ適用し得るショットキーモデルを構築することを目的とし、既往のモデルに修正を加えたモデルを作製した。第一の修正点は、バンドギャップ内に位置する欠陥準位を考慮し、その欠陥準位にトラップされる電子によって形成される負に帯電した空間電荷層をモデルに組み入れた点である。さらに、ペロブスカイト誘電体の誘電率の非線形性を考慮し、界面に生じる電界による誘電率の変化を考慮したモデルとした。この修正ショットキーモデルの有効性を確認するために、ペロブスカイト型酸化物半導体として、キャリアー濃度が既知なNbドープSrTiO_3単結晶を使用したモデル実験を行った。単結晶上に仕事関数の異なる電極を形成した後、ショットキー接合を作製し、接合キャパシタンスを測定したところ、従来のショットキーモデルに基づき電極の仕事関数から予測される値と大きく異なった。一方、開発した修正モデルを用いて計算した電極の仕事関数と接合キャパシタンスの関係は、実測値と良く一致した。この結果から、開発した修正ショットキーモデルがペロブスカイト誘電体界面に適用可能であることが確認できた。構築した修正ショットキーモデルに基づいて、自発分極をもつ強誘電性薄膜のキャパシタンス-電圧特性(C-V特性)のシミュレーションを行った。その結果、(Ba,Sr)TiO_3およびPb(Zr,Ti)O_3のヒステリシスを有するC-V特性を計算で再現することができ、強誘電性薄膜キャパシタについても修正ショットキーモデルの有効性が確認された。C-V特性におけるバイアス電圧の極性の変化に対する非対称性は、電極間の仕事関数の差が原因であることが明らかになった。