有機強誘電体ダイポールによる半導体蓄積制御と不揮発メモリ応用

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18206033
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松重 和美 京都大学, 工学研究科, 教授 (80091362)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石田 謙司 神戸大学, 工学研究科, 助教授 (20303860) ; 山田 啓文 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40283626) ; 小林 圭 京都大学, 国際融合創造センター, 助手 (40335211) ; 桑島 修一郎 京都大学, 工学研究科, 助手 (80397588)
• Keywords: 強誘電体 / 有機分子 / 不揮発性メモリ / 界面 / トランジスタ型メモリ / ナノデバイス / 空乏層 / 半導体

Research Abstract

本研究では、次世代不揮発性メモリとして注目されるMFS-FETの開発を目指してSiチャネル上への強誘電体膜の直接堆積を有機強誘電体により実現し、新たな概念に基づく不揮発性メモリ創成を目標とするものである。本年度は、まずSi上に有機強誘電体VDFオリゴマーを物理堆積したMFS構造について容量-電圧(CV)特性の観点から研究を行った。高ドープSi/VDFオリゴマーのCV特性からは分極反転に伴う誘電率の増加が観測され、一方低ドープSi/VDFオリゴマーにおいては、空乏層の影響によりバイアスの印加極性によるCVヒステリシス現象の観測に成功した。CVヒステリシスの起源を明らかにするため、抗電界値前後におけるCV特性の変化を詳細測定し、分極反転によるメモリ効果であることを明らかとした。可動イオンによる影響が多少影響しているものの、それによって形成されるメモリ幅は自発分極によるそれと比較して小さく、ON/OFF状態の判断には影響が小さいと考えられる。CV特性から概算される空乏層幅は約500nm程度であり、ON/OFF比は2.7@-4V、1.8@0Vであった。またメモリ動作速度に影響する分極反転速度の測定を実施し、1usec程度での分極反転を観測した。特にオリゴマー体では、反転運動が始まるまでに高電界が必要であるが、一旦反転運動が始まると高速反転する電場応答特性が示唆された。加えて、ナノデバイスとして有望なカーボンナノチューブ半導体と有機強誘電体との界面形成、分極制御による半導体特性の制御を試み、分極方向によるIV特性の変化を観測し、その動作原理の解析に現在取り組んでいる。