2001 Fiscal Year Annual Research Report
金属/半導体/絶縁体 超ヘテロ構造による高機能電子デバイス材料の研究
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13555089
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浅田 雅洋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30167887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 正裕 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00251637)
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| Keywords | 量子効果デバイス / 共鳴トンネルダイオード / 金属 / 半導体 / 絶縁体ヘテロ接合 / フッ化物系ヘテロ接合 / ナノ領域エピタキシー / 縦型MOSFET / ショットキーソース / ドレインMOSFET / 集積高機能素子 |
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| Research Abstract |
本研究は、集積回路の更なる高密度化・微細化を推進するため、金属/半導体/絶縁体ヘテロ接合超格子の顕著な量子効果を利用した電子デバイスをシリコン基板上に形成し、高機能動作を達成することを目的して行い、本年度は以下の成果を得た。
低消費電力・素子面積縮小が可能な集積素子構造として、高ピークバレー比・低電流密度共鳴トンネルダイオード(RTD)をゲートソース間へ集積した縦型MOSFETを提案し、SRAMを構成した場合、MOSFETのみの構成に比べ50%の素子面積縮小が可能であることを示した。
RTDとして、ポテンシャル障壁が高いことから提案した素子の動作に適したCaF_2/CdF_2/Siの絶縁体/半導体ヘテロ接合材料系を選択し、結晶成長を行った。ヘテロ構造の層厚を原子層レベルで制御するため、結晶成長を100nm程度の微細領域に限定するナノ領域エピタキシーを提案して二重障壁RTDを形成し、非常に均一性のよい微分負性抵抗特性を得た。さらに、水素終端化処理したSi(100)上へのCdF_2/CaF_2RTD形成を行い、(100)面上ではじめて室温微分負性抵抗特性を得た。
縦型MOSFETとしてPtSiショットキーソース/ドレインMOSFETを考案し、電子ビーム露光を用いて、ゲート長55nm、ゲート酸化膜5および8nm、チャネル厚8〜30nmの素子を作製し室温動作を達成した。理論解析との良い一致から、更なるゲート酸化膜薄膜化により十分な電流駆動能力が得られる見通しを得た。さらに、CdF_2/CaF_2三重障壁RTDを縦型ショットキーソース/ドレインMOSFETに集積し、室温でRTD構造に起因すると考えられる電流電圧特性を得た。
以上により、量子効果素子を用いたSi高集積回路素子として、低消費電力・素子面積縮小が期待できる新しい集積三端子素子実現の可能性を示した。
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[Publications] M.Tsutsui, M.Asada: "Dependence of Drain Current on Gate Oxide Thickness of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFETs"Japan. J. Applied Physics. 41(掲載予定). (2002)
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[Publications] M.Tsutsui, T.Nagai, M.Asada: "Analysis and Fabrication of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFET"Trans. Electron. IEICE of Japan. E85-C(掲載予定). (2002)
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[Publications] M.Asada: "Theoretical Analysis of Terahertz Harmonic Generation in Resonant Tunneling Diodes"Japan. J. Applied Physics. 40,12. 6809-6810 (2001)
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[Publications] M.Asada, N.Sashinaka: "Nonlinear Terahertz Gain Estimated from Multiphoton-Assisted Tunneling in Resonant Tunneling Diodes"Japan. J. Applied Physics. 40,9. 5394-5398 (2001)
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[Publications] M.Asada: "Density-Matrix Modeling of Terahertz Photon-Assisted Tunneling and Optical Gain in Resonant Tunneling Structures"Japan. J. Applied Physics. 40,9. 5251-5256 (2001)
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[Publications] T.Maruyama, M.Watanabe: "Theoretical Analysis of the Threshold Current Density in BeMgZnSe Quantum Well Ultraviolet Lasers"Japan. J. Applied Physics. 40,12. 6872-6873 (2001)
