2019 Fiscal Year Annual Research Report
Device physics of low-voltage transistors using gate-induced phase transitions
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17H04812
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
矢嶋 赳彬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10644346)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化バナジウム / モットトランジスタ / ジュール熱 / 非平衡 / 不安定 / 相共存 / 不均質性 / スティープスロープ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、相転移材料VO2をチャネルとするトランジスタを用いることで、相転移を取り入れた低電圧動作トランジスタの理解を構築しようとしている。その中
で今年度は特に、長チャネルデバイスの基本的な物理を明らかにし、昨年度のチャンチャネルデバイスの特性とのつながりを明らかにすることを目的とした。
一昨年のデータによれば、長チャネルデバイスの特性が、VO2チャネルの相転移の不均質性によって、一部隠されていることが示唆された。そこでまずはVO2製膜条件の見直しを行い、より均質な相転移を実現することを目指した。その結果、基板をホルダーに取り付ける際の銀ペーストの焼成条件を改善し、製膜時の温度の制御性を改善することによって、相転移が均質化し、より急峻な相転移特性が得られることが分かった。このVO2チャネルを用いてトランジスタ特性を測定することで、相転移トランジスタの長チャネル特性を系統的に明らかにできると考えた。
まず相転移がより均質化したことで、より小さなゲート電圧で絶縁状態から金属状態まで変化させることができるようになり、ゲート誘起で３桁の抵抗変化を引き起こすことに成功した。これはゲート電圧降下が界面近傍のVO2だけでなく、チャネル全体のVO2を金属転移させていることの明確な証拠である。
様々なパラメータを変化させたところ、ドレイン電圧がスイッチング特性に劇的に影響することを発見した。詳細な実験・解析の結果、ドレイン電圧がある程度以上大きいところでは、わずかに残っていた相転移の不均質性が不安定化して、長チャネルデバイスであるにもかかわらずゲート電圧に対して完全に不連続なスイッチングを引き起こすことが明らかになった。さらに実験的に得られたこの伝達特性を、シミュレーションによって再現することに成功し、長チャネルデバイスの完全なデバイスモデルを構築することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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