Development of innovative storage devices using silicon nanowire arrays

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K14546
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Energy engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Kurokawa Yasuyoshi 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00588527)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ナノ材料 / 電子デバイス・機器 / 電子・電気材料 / 表面・界面物性 / 半導体物性 / 蓄電デバイス / IoT

Outline of Final Research Achievements

Development of innovative storage devices with silicon nanowire (SiNW) arrays was researched. SiNW arrays were prepared by the metal assisted chemical etching method, which enables us to obtain SiNW arrays easily in a large area. To obtain dielectric materials with high-k and low leakage current, Al2O3/TiO2/Al2O3 stack layers were deposited on SiNW arrays by atomic layer deposition. From a high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) image, the thicknesses of each layer in the ATA stack layer were 3.7nm/15.2nm/3.6nm and the SiNW arrays were covered with the ATA stack layer completely. When the length of SiNW arrays was 8 μm, the electrostatic capacity of the SiNW MOS capacitor reached 84μF/cm2, which is the highest value in the SiNW MOS capacitors reported before.

Free Research Field

半導体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Siナノワイヤ(SiNW) MOSキャパシタは、3次元ナノ構造の非常に大きな表面積を利用することにより、平板のMOSキャパシタと比べて大きな静電容量を得ることができる。また、電解液を使用しないため、長寿命・メンテナンスフリーである。しかし、作製方法の問題から最大で18μF/cm2の静電容量に留まっていた。本研究にて新たに高誘電率および低リーク電流をねらったAl2O3/TiO2/Al2O3（ATA）積層膜をSiNW MOSキャパシタに導入し、84μF/cm2のこれまでにない高い静電容量を得ることができた。金属電極構造の最適化によりさらなる大容量化が可能であり、実用化に近づく大きな成果である。