2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K06006
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中払 周 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (90717240)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トランジスタ / 原子薄膜 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / ショットキー接合 / フェルミ準位ピンニング / 低消費電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情報処理技術における消費電力削減に向けた新しいトランジスタ技術開発の取り組みとして、遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体という新しい材料の導入、及びデュアルゲート型の極性可変トランジスタという新しい動作原理のトランジスタ技術の構築に取り組んでいる。これまでに、この目的に対して最適な遷移金属ダイカルコゲナイド半導体材料の検討・選定を行い、数ある材料の中からα相の二テルル化モリブデン(MoTe2)が最適であることを確認していた。特に、MoTe2におけるフェルミ準位ピンニングがある種の金属に対して弱いため、その結果電子注入と正孔注入の両方が比較的容易に実現することを解明した。その次のステップとして、このMoTe2を用いた極性可変トランジスタを形成するためには、ゲート電極からの静電制御にてショットキー接合のバンド変調を制御する必要があるため、ゲートスタックの検討を行った。その目的でMoTe2表面上にアルミナ(Al2O3)等を原子層堆積法にて形成したところ、酸化膜がMoTe2に対して強く電子ドープしてしまうことが判明した。この問題を回避するためには、より安定した高品質な絶縁膜が必要であるが、特に極性可変トランジスタ動作のためには極めて薄い絶縁膜であることが重要である。そこで、安定した薄膜構造であり原子レベルで平坦な表面を有する六方晶窒化硼素(hBN)を劈開したものとの積層構造を構築する技術の確立を行った。特に、原子数層の原子膜を透明なポリマー膜上に貼り付けて、光学顕微鏡にて観察しつつマイクロマニピュレータにて精密に相対的な位置を制御しながら対象の原子膜上にhBNを貼り付けることで、任意の原子薄膜どうしを積層するという技術を構築した。これらの結果を今後の極性可変トランジスタ試作に活用していく。
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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
新しいアイデアのトランジスタ構造の構築に向けた要素技術の検討として、特に重要かつ難関となると予想されたゲート絶遠膜及び金属コンタクトの技術開発に関して、概ね計画通りに進捗している。特に遷移金属ダイカルコゲナイド半導体と金属コンタクトの間に形成されるショットキー障壁の制御の問題を、MoTe2において見出された非常に弱いフェルミ準位ピンニングの効果を十分に活用することで解決可能と明らかにしたことは、本研究における重要なブレークスルーであったと言える。これに加えて、ゲート絶遠膜および閾値制御の技術構築が必要となるが、現在までに原子層堆積法による酸化物の使用が閾値制御の観点からは更なるドーピング技術が要求される問題点を抽出したが、酸化物の代わりとなり得るhBNの閾値への影響については、十分弱いとの予想通りであることの十分な確証を得ることが次なる課題である。以上のように、最終目的とする極性可変トランジスタ構造を構築し、その動作を実現していくための要素技術の構築は順調に進展しており、概ね計画通りの進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の計画に従って、最終目標である極性可変トランジスタの動作実証、特にn型とｐ型に制御された極性可変トランジスタの組み合わせからロジック動作を実証する。ここで抽出される問題があれば、要素技術開発へフィードバックした上で素子構造を再構築し、可能な限りの高性能化を目論む。これらの検討を通じて、更に新しいアイデアの素子技術を考案・検討するための萌芽を見出していく。
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| Causes of Carryover |
所属機関内における組織改編に伴い、使用可能な実験設備や装置類に増減があったため、当初の想定よりも多くの費用が掛かる部分と少ない費用で済む部分が生じたが、総じて少ない費用にて研究が遂行された。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試料作製や評価のための装置利用料金に関して、当初予定した以上の支出が予想されている。また、新年度が研究期間の最終年度であり、特に研究成果公表のための論文出版費、学会参加費、旅費等に対して重点的に支出する。
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