シリコン量子ドット凝集体の電子物性とメモリ効果に関する基礎的研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450125
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 香野 淳 広島大学, 工学部, 助手 (30284160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 誠一 広島大学, 工学部, 助教授 (70190759)
• Keywords: シリコン量子ドット / 自己組織化形成 / フローティングゲートMOSメモリ / 室温動作 / しきい値電圧シフト / 保持電子数 / 保持電子間の相互作用 / 低電圧書き込み

Research Abstract

自己組織化形成シリコン量子ドットをフローティングゲートとして絶縁膜中に埋め込んだMOSキャパシタを作製し、容量-電圧(C-V)特性、電流-電圧(I-V)特性及び電流-時間(I-t)特性からドットの電荷保持状態及び電子放出特性を明らかにした。具体的には、SiO_2(3.5nm)/p-Si(100)基板上にSiドットを形成した後、コントロール酸化膜としてドット上に厚さ7.5nmの酸化膜を形成した。最後に、n^+ p oly-Siゲート電極を形成してMOS構造を作製した。ドットの平均高さ及び横方向直径はそれぞれ約5nm、10nmで、ドット面密度は約5x10^<11>cm^<-2>であった。容量-電圧(C-V)特性に、ドットへの電子注入・放出を反映したヒステリシスが再現性よく観測された。ドットへの電子注入後或いは電子放出後、各ゲート電圧Vgにおける容量の過渡特性を測定し、Vg=-0.7〜+0.7Vの間で注入電子がドット中に安定に保持されることを明らかにした。電荷放出にともなうI-t特性から、Vg=OVで安定に保持されている電荷量はドット当たり平均約1個に相当することを明らかにした。また、I-t特性及びdI/dt-t特性の解析から、ドットからの電子放出が、ドットに保持さた電子間相互作用のため、多段階的におこることが分かった。また、フローティングゲートMOS構造中のポテンシャル分布を2次元シミュレーションし、Siドットフローティングゲートの方が、連続体層のフローティングゲートよりもフラットバンド電圧シフト量が大きくなることを明らかにした。更に、Si量子ドットフローティングゲートMOSトランジスタを作製し、室温でのメモリ動作を確認した。また、ゲート電圧1V以下で書き込みできることが分かった。

Research Products

• [Publications] Atsushi Kohno: "Single Electron Charging to a Silicon Quantum Dot Floating Gate in MOS Structures" Extended Abstracts of the 1998 International Conference on Solid State Devices and Materials. 174-175 (1998)
• [Publications] Sun-an Ding: "Quantum confinement effect in self-assembled,nanometer silicon dots" Applied Physics Letters. 73・26. 3881-3883 (1998)
• [Publications] Seiichi Miyazaki: "Self-Assemblling of Si Quantum Dots and Its Application to Floating Gate MOS Memory(Invited)" Proc.of Intern.Microprocesses and Nanotechnology Conf.(印刷中). (1999)
• [Publications] Seiichi Miyazaki: "Luminescence Study of Self-Assembled,Silicon Quantum Dots" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.536(印刷中). (1999)