強誘電体ゲート絶縁膜を用いた低消費電力で高移動度な超高性能薄膜トランジスタの研究

点击翻译按钮获取中文摘要

HfxZr1-xO (HZO)/In1-xSixO1-yCy TFTを作製に先立って、電子のトンネル効果を利用したbilayer構造のトンネル電界効果トランジスタ(TFET)を作製した。これまでに酸化物半導体を用いたTFETはn型のZnOとp型のSi及びGeを組み合わせた構造が報告されている。本研究では、アモルファスで平坦な材料をZnOベースに提案した。酸化物半導体は膜中に欠陥を生成しやすく、電気特性を劣化させる一因となる。欠陥をできる限り抑制する材料として、酸素結合かい離エネルギーの高いTiを用いたTixZn1-xO1+x及び酸素との結合距離の短いGaを用いたGa2xZn1-xO1+2xに注目した。それぞれの材料はコンビナトリアルPLD法でZnOに対してTiO2及びGa2O3ターゲットを用いて、組成傾斜膜を作製した。アモルファス構造を有するTi0.8Zn0.2O1.8/p-Ge及びGa1.2Zn0.4O2.2/p-Geで良好なトンネル特性を示した。これらはタイプIIのバンド構造を形成しており、p-Geとの実効障壁高さが小さく、トンネル確率が増大したためと考えられる。TFETにおいて、組成傾斜膜を用いて超低消費電力なデバイスを先駆ける成果を得られることができた。今後の材料探索を行う上でも重要な知見になると考えられる。この結果を基に、HZO/In1-xSixO1-yCy TFT作製にフィードバックさせてチャネル及びゲート絶縁膜の最適化を行い、国内外問わず学会に参加して情報発信を絶えず行った。