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高密度プラズマ支援製膜によるナノ構造制御次世代酸化物半導体薄膜低温形成法の創成

Research Project

Project/Area Number 23K21051
Project/Area Number (Other) 21H01671 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

節原 裕一  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80236108)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Keywords反応性プラズマ / 低温プロセス / 酸化物半導体
Outline of Research at the Start

本研究は、酸化物半導体薄膜トランジスタ形成を研究対象とし、独自の高密度プラズマ発生・制御技術に基づいて新たなプロセス制御技術を開拓して、従来のプロセスが抱える課題をブレークスルーすることにより、次世代フレキシブルデバイスの実現に向けた新たなプロセス技術の創成を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

酸化物半導体は、高速動作薄膜トランジスタへの応用をはじめ次世代の機能性材料として期待されているが、現状のデバイス製造においては高温のアニールプロセスが不可欠であることから、使用可能な基板材料に制約があり、次世代のフレキシブルデバイス創成に向けた技術展開には、有機材料をはじめとするフレキシブルな材料基板上に、高品質の薄膜トランジスタを低温で形成することが可能な新たなプロセス技術の開発が不可欠である。
このため、本研究では、酸化物半導体薄膜トランジスタ形成プロセスを研究対象とし、独自の高密度プラズマ発生・制御技術に基づく新たなプロセス制御技術の開拓と製膜過程の解明を通じて、従来のプロセスが抱える課題をブレークスルーし、低温製膜において高品質な次世代デバイスを形成可能なプロセス技術を創成することを目的としている。
上記の研究目的を達成するため、本年度は、研究課題『薄膜ナノ構造がデバイス特性に及ぼす影響の解明』に加えて、研究課題『高密度プラズマ支援製膜プロセス制御法の開発』に注力し、プロセスの低温化に資するプラズマ高度制御技術の創出に向けて、以下の研究を推進した。
スパッタ放電に高周波誘導結合型プラズマを重畳した高密度プラズマ支援スパッタ製膜プロセスによる酸化物半導体薄膜の形成プロセスにおいて、新たな制御性を付加したデバイス形成プロセス技術の創成を目指して、スパッタリングターゲットに印加する電圧波形制御に着目した研究を精力的に推進した。その結果、ターゲット電圧波形制御を加味した新たなプロセスを導入することにより、酸化物薄膜の膜密度をはじめとする特性制御に資することが示唆された。また、プロセスに介在する反応性解析に関する研究を実施した。さらに、新たなワイドギャップ酸化物半導体の導電性制御をはじめとするプロセス制御因子の解明に向けた研究を実施した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

「研究実績の概要」に記したように、ターゲット電圧波形制御に着目したプロセスを導入することにより、酸化物薄膜の膜密度をはじめとする特性制御に資することが示唆され、順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

これまでに蓄積した知見を踏まえて、独自の高密度プラズマ発生・制御技術に基づく新たなプロセス制御技術に基づく研究活動を通じて、製膜中のプロセス制御がデバイス特性に及ぼす影響の解明を推進することにより、従来のプロセスが抱える課題をブレークスルーし、高品質な次世代デバイスを低温で形成することが可能な新たなプロセス技術の創成に向けて研究を推進していく予定である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Stability and gap states of amorphous In-Ga-Zn-Ox thin film transistors: Impact of sputtering configuration and post-annealing on device performance2024

    • Author(s)
      Takenaka Kosuke、Nunomura Shota、Hayashi Yuji、Komatsu Hibiki、Toko Susumu、Tampo Hitoshi、Setsuhara Yuichi
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 790 Pages: 140203-140203

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2024.140203

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of oxygen-based species introduced during plasma assisted reactive processing of a-IGZO films2023

    • Author(s)
      Takenaka Kosuke、Hirayama Hiroyuki、Endo Masashi、Toko Susumu、Uchida Giichiro、Ebe Akinori、Setsuhara Yuichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SL Pages: SL1018-SL1018

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acdb7e

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of residual oxygen during a-IGZO thin film formation by plasma-assisted reactive sputtering using a stable isotope2023

    • Author(s)
      Takenaka Kosuke、Endo Masashi、Hirayama Hiroyuki、Toko Susumu、Uchida Giichiro、Ebe Akinori、Setsuhara Yuichi
    • Journal Title

      Vacuum

      Volume: 215 Pages: 112227-112227

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2023.112227

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plasma processing technique by combination of plasma-assisted reactive sputtering and plasma annealing for uniform electrical characteristics of InGaZnO thin film transistors formed on large-area substrates2023

    • Author(s)
      Takenaka Kosuke、Yoshitani Tomoki、Endo Masashi、Hirayama Hiroyuki、Toko Susumu、Uchida Giichiro、Ebe Akinori、Setsuhara Yuichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SI Pages: SI1005-SI1005

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acbd56

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プラズマ支援反応性パルスDCスパッタリングを用いたa-IGZO薄膜の特性制御2024

    • Author(s)
      竹中 弘祐, 上田 拓海, 都甲 将, 江部 明憲, 節原 裕一
    • Organizer
      2024年第71回応用物理学会春季学術講演会,東京都市大学世田谷キャンパス&オンライン,(2024.03.22-2024.03.25)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Reactivity-Control Plasma Processes for Low-Temperature Formation of High-Quality Oxide Thin-Film Transistors2023

    • Author(s)
      Yuichi Setsuhara, Kosuke Takenaka, Akinori Ebe
    • Organizer
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS, (THERMEC‘2023),VIENNA, AUSTRIA,(2023.07.03-2023.07.07)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Formation of Ga-based amorphous oxide thin film transistors using plasma-assisted reactive processes2023

    • Author(s)
      Kosuke Takenaka, Hibiki Komatsu, Susumu Toko, Akinori Ebe, Yuichi Setsuhara
    • Organizer
      25th International Symposium on Plasma Chemistry(ISPC25),Miyako Messe、Kyoto, Japan,(2023.05.21-2023.05.26)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of amorphous gallium oxide thin film transistors by plasma-assisted reactive processes2023

    • Author(s)
      K. Takenaka, T. Komatsu, S. Toko, Y. Setsuhara
    • Organizer
      The 44th International Symposium on Dry Process (DPS2023),Winc Aichi, Nagoya, Japan,(2023.11.21-2023.11.22)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズマ支援反応性スパッタリングによるアモルファス酸化ガリウム薄膜形成2023

    • Author(s)
      竹中 弘祐、小松 響、藤村 知輝、都甲 将、井手 啓介、江部 明憲、神谷 利夫、節原 裕一
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会春季学術講演会,上智大学四谷キャンパス+オンライン,(2023.03.15-2023.03.18)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Plasma Assisted Reactive Process for Uniform Formation of High Mobility Oxide Semiconductor Thin Film Transistors over Large Areas2023

    • Author(s)
      Kosuke Takenaka, Tomoki Yoshitani, Susumu Toko, Giichiro Uchida, Akinori Ebe, Yuichi Setsuhara
    • Organizer
      7th International Conference on Advances in Functional Materials (AFM2022),Centennial Hall of Kyushu University. Kyushu, Japan,(2023.01.09-2023.01.12)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reactive Plasma Processes for Low-Temperature Formation of High-Mobility IGZO Thin-Film Transistors2022

    • Author(s)
      Yuichi Setsuhara, Kosuke Takenaka, Hiroyuki Hirayama, Giichiro Uchida, Akinori Ebe
    • Organizer
      Annual Meeting, Center For Plasma and Thin Film Technologies (CPTFT), Ming Chi University of Technology, online,(2022.06.17)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Low-temperature formation of functional oxide materials with plasma-assisted reactive processes2022

    • Author(s)
      K. Takenaka, S. Toko, Y. Setsuhara
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会 (MRS-J2021), 産業貿易センター(横浜, (2022.12.05)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of Plasma-Assisted Reactive Process for Large-Area Uniform Formation of High Mobility IGZO Thin-Film Transistors2022

    • Author(s)
      K. Takenaka, T. Yoshitani, G. Uchida, A. Ebe, Y. Setsuhara
    • Organizer
      The 43rd International Symposium on Dry Process (DPS2022),Osaka International Convention Center, (Osaka, Japan) & Online,(2022.11.24-2022.11.25)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Plasma Processing Technology for Low-temperature Formation of High Quality Functional Thin Films2022

    • Author(s)
      Yuichi Setsuhara, Kosuke Takenaka, Susumu Toko, Keisuke Ide, Toshio Kamiya
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Design & Engineering by Joint Inverse Innovation for Materials Architecture (DEJI2MA-2) ,Senri Life Science Center, Osaka, Japan,(2022.10.25-2022.10.26)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-Temperature Formation of High-Mobility IGZO Thin Films Transistors Fabricated with Plasma-Assisted Reactive Processes2022

    • Author(s)
      Yuichi Setsuhara, Hibiki Komatsu, Susumu Toko, Kosuke Takenaka, Akinori Ebe
    • Organizer
      11th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-11)/2022 Gaseous Electronics Conference (GEC 2022),Sendai International Center, Sendai, Japan ,(2022.10.03-2022.10.07)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 反応性プラズマプロセスを用いた高性能IGZO薄膜トランジスタの低温形成2022

    • Author(s)
      竹中 弘祐、林 祐仁、都甲 将、江部 明憲、節原 裕一
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会,東北大学川内キャンパス&ハイブリッド開催,(2022.09.20-2022.09.23)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高移動度IGZO薄膜トランジスタの大面積均一形成に向けたプラズマ支援反応性プロセスの開発2022

    • Author(s)
      竹中 弘祐、吉谷 友希、都甲 将、内田 儀一郎、江部 明憲、節原 裕一
    • Organizer
      2022年第69回応用物理学会春季学術講演会,ハイブリッド開催(青山学院大学相模原キャンパス+オンライン),(2022.03.22-2022.03.26)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 反応性プラズマプロセスによる酸化物半導体薄膜形成2022

    • Author(s)
      竹中 弘祐、都甲 将、節原 裕一
    • Organizer
      2021 (令和3)年度第3回溶接協会表面改質技術研究委員会,Web会議,(2022.02.21)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] プラズマ支援反応プロセスで作成されたIGZO薄膜トランジスタの特性評価2022

    • Author(s)
      林 祐仁、小松 響、都甲 将、竹中 弘祐、江部 明憲、節原 裕一
    • Organizer
      The 39th Symposium on Plasma Processing/The 34th Symposium on Plasma Science for Materials (SPP-39/SPSM34),Web会議,(2022.01.24-2022.01.26)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasma-assisted reactive processes for low-temperature formation of functional materials2021

    • Author(s)
      Kosuke Takenaka, Yuji Hayashi, Hibiki Komatsu, Susumu Toko, Giichiro Uchida, Akinori Ebe, Yuichi Setsuhara
    • Organizer
      5th Asia Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2021), Remote e-conference,(2021.09.26-2021.10.01)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effect of process conditions on characteristics of InGaZnO thin-film transistors fabricated with plasma-assisted reactive process2021

    • Author(s)
      K. Takenaka, H. Hirayama, Y. Hayashi, H. Komatsu, G. Uchida, A. Ebe, Y. Setsuhara
    • Organizer
      The 42nd International Symposium on Dry Process (DPS2021),Web会議,(2021.11.18-2021.11.19)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 反応性プラズマプロセスを用いた高移動度IGZO薄膜トランジスタの低温形成(IV)2021

    • Author(s)
      竹中 弘祐、平山 裕之、藤村 知輝、林 祐仁、内田 儀一郎、江部 明憲、節原 裕一
    • Organizer
      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会,Web会議,(2021.09.10-2021.09.13)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasma-Enhanced Reactive Processes for Low-Temperature Fabrication of High-Mobility Oxide Thin Film Transistors2021

    • Author(s)
      Kosuke Takenaka, Yuji Hayashi, Hibiki Komatsu, Susumu Toko, Giichiro Uchida, Akinori Ebe, Yuichi Setsuhara
    • Organizer
      INTERFINISH2020 20th World Congress, Web会議,(2021.09.06-2021.09.08)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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