ゲルマニウムと金属酸化物の界面反応に関する速度論的研究

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研究項目として、Ge/絶縁膜界面のバンドオフセットの定量化を掲げた。今年度は特にGe基板上に形成方法を変えたGeO2膜とGe界面におけるエネルギーバンドオフセット量を内部光電子分光法によって決定した。まず、GeO2を大気圧酸素によって参加した場合と、我々が今まで培ってきた高圧酸素下で酸化したGeO2を定量的に比較した。結果として、この二種類のGeO2膜の間には次のような特徴的な差があることがわかった。①内部光電子分光法で決められるフォトンのしきいエネルギーは両者でほぼ差が無い。②大気圧酸化の場合には、しきいエネルギー以下にすそのを引く形で障壁を越える電流が観測される。これらの結果は、Ge基板のタイプを変えても, 金属の種類を変えても観測されることがわかった。さらに、この結果と二種類のGeO2膜の光吸収特性の結果を考慮すると、大気圧酸化したGeO2の伝導帯側にはテイルを引く状態があり、高圧酸素酸化することによってテイルが消えていくと考えられる。このことは我々のグループが今までに報告してきた電気特性の結果と符合する。逆に言えば、単に一気圧酸素下で酸化して形成されたGeO2膜を用いたGe/GeO2ゲートスタック界面はプアな特性を示すのは、伝導帯側エッジに形成された準位のためであることが予測される。これは単なる界面準位ではないが、n-MOSFETで決定的に重要な役割を果たすと考えるのは妥当であろう。さらにXPSを用いた電荷トラップの評価を上記の二種類の酸化膜に対して行ったところ、高圧酸素で形成されたGeO2膜では大気圧で酸化された膜に比べて電子トラップが極めて少ないことがわかった。物理測定から電気測定までを一貫して評価してきた結果が、次第に統一化されつつある。上記のすばらしい結果に対して、Zhang博士に大変感謝している。