| Project/Area Number |
23K19123
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0302:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
高橋 崇典 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (20983951)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 酸化物半導体 / 原子層堆積法 / 薄膜成長 / 集積デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
現在, 半導体・電子デバイスで消費されるエネルギーの削減は全世界の課題である. 従来の半導体デバイスはシリコンを中心に研究が行われているが, 更なる低消費電力化には超極小OFFリーク電流を達成可能な酸化物半導体の導入が必須であると推察される. InGaZnO等の酸化物半導体はディスプレイ分野では実用化されているが, 大規模集積回路やメモリ等の集積デバイスに適用するためには、高電子移動度と信頼性を高い次元で両立することが要求される. 本研究では, 前述の要求を満たすために結晶性酸化物半導体の成膜手法として原子層プロセスを導入し, 薄膜成長機構と物性, 素子特性間における相関関係の明確化を図る.
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物半導体を大規模集積回路やメモリ等の集積デバイスに適用するためには、高電子移動度と信頼性を高い次元で両立することが要求される。本研究では、前述の要求を満たすために結晶性酸化物半導体に着目し、成膜手法として原子層プロセスを導入した際の薄膜成長機構と薄膜の物性、素子特性間における相関関係の明確化を図る。本年度は本研究を遂行する上での基礎データの収集を行った。主たる成果を以下に示す。
(1) 原子層堆積法を用いて多結晶In2O3を主骨格とする三元系酸化物半導体を成膜し、結晶成長および結晶化挙動を把握した。(2) (1)で成膜した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを試作し、スイッチング動作および高電界効果移動度 (>50 cm2/Vs) を達成した。(3)多結晶酸化物半導体チャネルの真性電界効果移動度、電極との接触抵抗を抽出するための素子形状および解析手法を構築した。(4) 原子層堆積法を用いて成膜したIn2O3系薄膜の比較対象として、スパッタ法で成膜したIn2O3に関する検討も開始した。極薄膜のIn2O3を用いた薄膜トランジスタからは100 cm2/Vsを超える真性電界効果移動度が得られ、本知見を更なる素子特性の向上に向けて作製プロセスへフィードバックを行った。(5)成膜手法に依存せず、極薄膜の多結晶In2O3系チャネルは高移動度を示し、集積デバイス応用に向けて本材料が十分な潜在能力を有することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、原子層堆積法を用いたIn2O3系薄膜の成膜プロセスを開発し、結晶成長機構の評価、有望な組成および組成比の決定が概ね完了した。また、In2O3系多結晶酸化物半導体を用いたトランジスタ特性の面においても初期目標である電界効果移動度 >50 cm2/Vsを達成した。酸化物半導体の成膜および素子化技術だけではなく、素子の解析手法や比較対象のスパッタ成膜したIn2O3薄膜においても本研究の遂行に必要不可欠な成果が得られた。
以上より本研究の遂行における基礎的かつ重要な知見が蓄積できていることから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に変更はなく、今後は以下の検討を行う。
(1) 酸化物半導体材料の組成および組成比、結晶性を変更することで、信頼性劣化現象の原因究明とその改善を行う。また、研究計画で示した信頼性の目標値を達成させる。
(2) 酸化物半導体の成長条件、素子の作製プロセスを最適化することで、電界効果移動度の更なる向上を目指す。
(3) 素子の微細化を検討し、集積デバイスへの適用性を議論する。
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