2020 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration on ultralow power system enabled by CMOS-compatible ferroelectric devices
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18H01489
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小林 正治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40740147)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / メモリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は研究題目「CMOSと整合性の高い強誘電体デバイスの集積化による超低消費電力システムの開拓」において材料、デバイス、応用に関する以下の研究成果を得ることができた。
①材料：本年度はHfO2系薄膜材料において強誘電性が発現する起源について、第一原理計算を用いてドーパントと界面エネルギー、そして温度の効果を取り入れることで、材料プロセスの一連の熱過程に沿った統一的なメカニズムを解明した。具体的にはドーパントと界面エネルギーにより高温時で正方晶のエネルギーが自由エネルギーが低下し核形成が起こり、その後低温にすることで強誘電体相へ遷移することを分子動力学法も併用して示した。
②デバイス：強誘電体HfO2をゲート絶縁膜とするFeFETメモリについて、3次元積層型メモリをシリコンチャネルで実現するためにGIDLを利用した効果的な消去方法を提案し実証した。さらにFeFETをより低電圧で書き込むために、強誘電体HfO2の結晶化に際して起こるSi界面層の形成を抑制する独自のゲート材料を導入し、2V以下でのメモリ動作の実証に成功した。
③応用：高密度強誘電体メモリの三次元積層化に向けて、強誘電体HfO2キャパシタを駆動するトランジスタとして高移動度の酸化物半導体チャネルトランジスタを用いることを提案し、実際にキャパシタとトランジスタを集積することで動作実証に成功、またデバイスモデリングとシミュレーションにより微細素子においてナノ秒動作の可能性を明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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