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2016 Fiscal Year Annual Research Report

2次元原子層チャネルにユニバーサルなゲートスタック技術の構築

Research Project

Project/Area Number 16H04343
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長汐 晃輔  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20373441)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords層状物質 / high-k絶縁膜 / ALD / 絶縁破壊 / 移動度
Outline of Annual Research Achievements

六方晶ボロンナイトライド(h-BN)は二次元複層化デバイスに最適な層状絶縁基板であると認識されている.今年度は、ユニバーサルなゲートスタックの鍵となるh-BNの絶縁破壊前の電流の経時変化を測定し,劣化のメカニズムを検討した.EBリソを駆使し,h-BNを金属電極でサンドイッチしたデバイス構造を作成し,電気的ストレスを印可した.およそ12 MV/cmで破壊するh-BNが9 MV/cmもの大きなストレスに長時間耐え絶縁破壊しなかった点や,単一結晶内のすべての電極箇所で均一な絶縁性が確認された点から,実験に使用したh-BNの高い電気的信頼性を示すことができた.また,いずれの電界においても時間に伴い電流が1桁程度低下し,1000 s程度で一定電流になった.このような電流低下は熱酸化シリコンでも観測されるが,電流が安定した後に電子が欠陥に捕獲・放出されることにより階段状に変化する複合ランダムテレグラフシグナル(RTS)も同時に観測した.このRTSの観察は,電極/h-BN界面もしくはh-BN内への初期欠陥の内在を意味しており,それを起点とした経時破壊が起こる可能性があることが示唆される.high-kとの複合化を考える際にこの欠陥の影響を考慮する必要がある.
また,h-BN上へのhigh-k膜の堆積手法として,通常はALDが持ちいられるが理想的な誘電率は得られていない.今回,様々な酸素分圧で堆積が可能な差圧チャンバーを立ち上げた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2次元チャネルにユニバーサルなゲートスタックとしてh-BN/high-kの複層化を提案しているが,まずh-BNの絶縁破壊の経時変化について理解が進んだため.

Strategy for Future Research Activity

今年度h-BNの絶縁破壊の研究と並行して,絶縁膜堆積用の差圧チャンバーを立ち上げた.h-BN上へのhigh-k絶縁膜堆積を行い複層化ゲート絶縁膜の特性評価を行う.堆積手法には,既存のALDと新規差圧チャンバーの2つの手法で違いを見ながら進める.

  • Research Products

    (14 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Anisotropic breakdown strength of single crystal hexagonal Boron Nitride2016

    • Author(s)
      Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe, and K. Nagashio
    • Journal Title

      ACS appl. mater. interfaces

      Volume: 8 Pages: 27877

    • DOI

      10.1021/acsami.6b06425

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Buffer Layer Engineering on Graphene via Various Oxidation Methods for Atomic Layer Deposition2016

    • Author(s)
      N. Takahashi, and K. Nagashio
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 9 Pages: 125101

    • DOI

      10.7567/APEX.9.125101

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Comparison of device structures for the dielectric breakdown measurement of hexagonal boron nitride2016

    • Author(s)
      Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe, and K. Nagashio
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett

      Volume: 109 Pages: 253111

    • DOI

      10.1063/1.4972555

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] グラフェンの伝導特性2017

    • Author(s)
      長汐晃輔
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会「特別企画」二次元物質の科学
    • Place of Presentation
      慶応大学, 神奈川
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-16
    • Invited
  • [Presentation] Interface engineering for 2D electonics2017

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      Nippon-Taiwan Workshop
    • Place of Presentation
      Kwansei Gakuin Univ. Sanda, Hyogo
    • Year and Date
      2017-02-18 – 2017-02-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dielectric breakdown of hexiagonal boronitride2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      UTokyo-NTU joint conference at NUT 2016
    • Place of Presentation
      NTU, Taiwan
    • Year and Date
      2016-12-01 – 2016-12-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Graphene transistor application2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      Core to core program
    • Place of Presentation
      Tohoku university, Sendai
    • Year and Date
      2016-11-16 – 2016-11-17
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Reliability study on layered 2D insulator2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      230th Electrochemical Society Meeting
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gap state analysis and reliability study on 2D electronics2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      Core to core program
    • Place of Presentation
      Cambridge university,UK
    • Year and Date
      2016-07-18 – 2016-07-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gap engineering & reliability study for 2D electronics2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      Graphene week
    • Place of Presentation
      Warsaw, Poland
    • Year and Date
      2016-06-13 – 2016-06-17
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dielectric breakdown of hexagonal Boron Nitride2016

    • Author(s)
      K. Nagashio
    • Organizer
      International conference on graphene and related materials: properties and applications
    • Place of Presentation
      Paestum, Italy
    • Year and Date
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] , "電界効果トランジスタにおけるゲートスタック形成と評価", カーボンナノチューブ・グラフェンの応用研究最前線2016

    • Author(s)
      長汐晃輔
    • Total Pages
      pp.168-175.
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
  • [Book] 2D materials for nanoelectronics2016

    • Author(s)
      A. Toriumi, K. Nagashio
    • Total Pages
      pp. 53-78
    • Publisher
      CRC Press
  • [Remarks] 東京大学 マテリアル工学専攻 長汐研究室

    • URL

      http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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