2000 Fiscal Year Annual Research Report
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12134205
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Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
奥山 雅則 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60029569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金島 岳 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (30283732)
山下 馨 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (40263230)
野田 実 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (20294168)
上野 智雄 東京農工大学, 工学部, 講師 (90223487)
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| Keywords | 強誘電体 / MFIS構造 / 不揮発性メモリ / SrBi_2Ta_2O_9(SBT) / Sr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7(STN) / 保持特性 / 界面特性 / イオン化ポテンシャル |
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| Research Abstract |
本研究課題は、不揮発性メモリ素子となる(金属/)強誘電体/絶縁膜/半導体ゲート構造(Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor:MFIS構造)を主たる対象として、強誘電体-半導体界面構造の解明と同特性の制御を行うことにより同メモリ素子の保持特性、つまりは信頼性を画期的に改善することを目的としている。そのために実験的に上記不揮発性メモリ構造を作製・評価し各層の材料や製膜条件の検討によって特性向上を研究する一方、同構造の電気的特性を計算機で再現しメモリの保持に最適な構造を考察する理論的解析も行っている。特に本年度は強誘電体層としてSrBi_2Ta_2O_9(SBT)、さらにSr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7(STN)薄膜の検討を行い、それらを用い同構造を作製した後同ダイオードの各種特性の評価を行うと共に、MFIS構造のメモリ保持特性の理論解析について検討を進めた。
これらの結果、強誘電体-半導体間の絶縁膜は両側の材料、特に強誘電体の構成元素の拡散を抑止して界面反応を十分低減する上で極めて重要であること、その上で絶縁膜材料の選択を誘電率との兼ね合いで十分検討すべきことが分かった。次に強誘電体、絶縁膜薄膜ともそれ自体のリーク電流がMFISダイオードのメモリ保持特性に強く影響することが示され、特にSBTの場合はプロセス処理によるリーク電流抑制により保持時間が1桁以上の2x 10^4秒以上に改善されることが確認された。また同時に考案した強誘電体層中を流れる電流の存在が上部金属電極層と強誘電体層境界の界面に電荷の注入をもたらす結果、強誘電体に印加されている電界を次第に相殺するモデルによる計算機解析の結果は、上記実験結果を定性的によく説明できることが分かった。
一方、強誘電体-半導体界面側とは反対の金属/強誘電体界面特性の改善が上記考察の結果から非常に重要であることが明らかになったが、"イオン化ポテンシャル"による同界面評価は非常に有効であり、その結果からの材料、界面処理の最適化を行うため同イオン化ポテンシャル法を現在検討中である。
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Research Products
(7 results)
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[Publications] H.Sugiyama,T.Nakaiso,Y.Adachi,M.Noda and M.Okuyama: "An Improvement in C-V Characteristics of Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor Structure for Ferroelectric Gate FET Memory Using a Silicon Nitride Buffer Layer"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39. 2131-2135 (2000)
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[Publications] M.Okuyama,H.Sugiyama and M.Noda: "Low-temperature preparation of SrBi_2Ta_2O_9 ferroelectric thin film by pulsed laser deposition and its application to metal-ferroelectric-insulator-semiconductor structure"Applied Surface Science. Vol.154-155. 411-418 (2000)
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[Publications] T.Nakaiso,H.Sugiyama,M.Noda and M.Okuyama: "Low-Temperature Preparation of Sr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7 Thin Films by Pulsed Laser Deposition and its Electrical Properties"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39. 5517-5520 (2000)
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[Publications] M.Noda,T.Nakaiso,H.Sugiyama and M.Okuyama: "Low Temperature Preparation of Sr_2(Ta_<1-x>Nb_x)_2O_7 Ferroelectric Thin Film by Pulsed Laser Deposition"Proceedings of Materials Research Society, Ferroelectric Thin Films VIII. Vol.596. 185-190 (2000)
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[Publications] M.Okuyama,M.Takahashi,K.Kodama,T.Nakaiso and M.Noda: "An Analysis of Effects of Device Structures on Retention Characteristics in MFIS Structures"Journal of Institute of Electrical and Electronics Engineers. (In press). (2001)
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[Publications] M.Okuyanta,M.Takahashi,H.Sugiyama,K.Kodama,T.Nakaiso and M.Noda: "Theoretical and Experimental Studies on Retention Characteristics of Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor and Metal-Insulator-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor Structures"Proceedings of Materials Research Society, Ferroelectric Thin Films IX. (In press). (2001)
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[Publications] T.Nakaiso,M.Noda and M.Okuyama: "Low-Temperature Preparation of Ferroelectric Sr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7 Thin Films by Pulsed Laser Deposition and Their Application to Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor-FET"Japanese Journal of Applied Physics. (In press). (2001)
