2022 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of steep-slope transistor using ferroelectric polarization dynamics
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20H00240
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
徳光 永輔 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10197882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤村 紀文 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50199361)
森田 行則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60358190)
太田 裕之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (70356640)
右田 真司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (00358079)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 分極ダイナミクス / 急峻スロープトランジスタ / 負性容量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、前年度に引き続き３つの研究機関が協力して研究を実施した。
WP1では強誘電体飽和ループ（フル分極）を利用した酸化物チャネル強誘電体ゲート薄膜トランジスタを研究対象としている。2022年度はIn-Sn-O（ITO）チャネルのSn組成を0-100％まで変化させてデバイスを試作し、Sn組成が20%以下のITOチャネルデバイスで急峻なスイッチング特性を観測した。また前年度までに得た解析結果を進めて、強誘電体と常誘電体キャパシタの直列接続において、強誘電体の分極反転に伴う電荷の移動により負性容量現象が生じるとの知見を得た。
WP2では微小分極という観点から研究を進めた。2022年度はスパッタ薄膜堆積時の微細構造が、熱処理後の強誘電相生成に強く作用することを見出した。室温堆積したHf0.5Zr0.5O2混合膜とHfO2-ZrO2ラミネート膜に同じ熱処理を施し、電気特性を比較したところ、ラミネート膜では強誘電性結晶構造への変化が著しく増速していることが確認できた。非晶質状態の膜中に積層構造を作り込んでおくことで、熱処理時の酸素の再配置や膜内部応力のバランスを伴った結晶相生成の競合に作用していると考えられ、強誘電体薄膜を少ない熱負荷で高効率に生成できる可能性を示すことができた。
WP3では分極相互作用という観点から、強誘電体ゲートFETの分極反転挙動を強誘電性ドメインとそれ以外の静電的な効果を区別し、正確に見積もる手法を検討した。ゲート絶縁膜として用いるHf系強誘電体極薄膜のドメイン構造を、正圧電応答顕微鏡法(DPRM)によるHf系強誘電体の分極ドメイン観察に取り組み、1.9 kHzの応力印加周波数、25 nm程度のプローブ径で、HZOに印加される圧力の面内方向の分布の計算結果と実験結果から、空間分解能40 nm程度で測定可能であることが分かった。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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