学生受け入れ中
外部併任先
- 国立中興大学 Physics Department Visiting Professor
- 千葉工業大学 連携大学院客員教授
- 国立陽明交通大学 電子物理系 Joint Appointment Professor
研究内容
- Keywords
酸化膜半導体、ナノマテリアル、ナノ加工、ナノエレクトロニクス
酸化膜半導体や2次元半導体で10nmスケールトランジスタの作製と電気伝導特性評価を進めています。10nmスケールの微細加工技術、電気伝導特性の評価、10nm微細加工工程に合わせた半導体材料の特性調整、を繰り返し、素子特性を調整しながら加工技術の向上を行っています。
微細加工素子の例。サブ10nmから数10nmまでの素子を基板上に同条件で作製し、特性比較を行う。
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
所属学会
応用物理学会
ナノアーキテクトニクス材料研究センター
ナノスケール加工を応用した超薄膜n型・p型半導体の開発
酸化膜半導体、2次元半導体，ナノスケール素子作製技術開発、原子層堆積（ALD）トランジスタ，電気伝導
概要
薄膜トランジスタの研究として、応用用途に応じた原料開拓や成膜法開発、ナノスケール微細加工技術、ならびに電気伝導特性の評価を行っている。成膜は、スパッタ、塗布、原子層堆積（ALD）で、n型とp型の超薄膜半導体を開発している。現在の課題は、加熱温度上限に合わせた製法探索や電極金属選定などである。特に、プロセス温度低減要求に応えるために、ALDで原子層毎の積層による半導体膜の形成や元素ドープでの特性制御を試みている。
新規性・独創性
● 従来材料では400－600℃行程が不可欠であったが、独自原料や独自酸化法の適応によって、200℃以下で無機系薄膜トランジスタを作れるようになった。
● 超薄膜化とドーピングで、伝導特性を制御。
● 1－5nm厚の半導体薄膜（n型、ｐ型）を用いたトランジスタ構造を形成。
● 伝導機能の解析、端子電流注入機構の解析。
● 伝導特性の解析結果を基として、成膜行程へフィードバック。
内容
酸化膜トランジスタの電気伝導特性の不安定性（＝低信頼性）要因が、酸素欠損の不安定性にあることを特定し、酸素結合解離エネルギーが高い元素を添加することで制御できることを見出した。一般には、薄膜の作り易さや移動度などを重視して材料選定が行われるが、信頼性の低さが問題となる。我々は、元来移動度が高い酸化インジウム膜を基材として、添加元素と添加量の調整をスパッタ成膜で行って、素子信頼性を大きく改善させた。低温プロセスが可能となるALD成膜で、酸素結合解離エネルギーが高い炭素を調整して残留させることが出来るようになり、5nm厚程度の超薄膜でも信頼性の高いトランジスタが出来るようになった。なお、独自のALDプリカーサを使用し、成膜構成にも独自の工夫をしている。電流注入機構解析に基づく電極金属の選定によって、素子抵抗の低減も信頼性向上に有用である。
まとめ
酸化膜半導体の材料や素子の開発だけでなく、グラフェンやカルコゲナイド系半導体でもトランジスタ構造を造り電気特性評価を行ってきた。多型膜破片やナノ細線等でも素子を作製した。現時点では、酸化膜厚をさらに薄くした1-5 nm厚超薄膜での特性制御を試み、原子スケール制御の超薄膜ｎ型ｐ型を模索している。
