2022 Fiscal Year Annual Research Report
原子レベルで酸素欠損制御したナノラミネート複合機能膜と巨大誘電率の発現メカニズム
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20H02189
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
生田目 俊秀 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 特命研究員 (10551343)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主任エンジニア (10415771)
大井 暁彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主任エンジニア (20370364)
塚越 一仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (50322665)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 原子層堆積法 / ナノラミネート構造 / 複合酸化物 / 積層膜 / 酸素欠損 / キャパシタ / 電気特性 / 誘電率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度までに、ZrO2/Al2O3またはAl2O3/ZrO2積層構造で、積層の違いが誘電率に影響する事を見出した。2022年度は、ZrO2の母材へのNbOxドーピングついて検討した。(ZrO2)1/(NbOx)1ナノラミネートで、300℃で、H2O酸化ガスの原子層堆積法(ALD)で作製した。As-grown膜はアモルファス構造であった。N2又はO2で、450℃の急速加熱処理でも、アモルファス構造を維持した。このナノラミネート膜を絶縁膜とした上下電極がTiNのMIMキャパシタを作製した。低温度、真空中、I-V測定を実施した。アモルファス構造のナノラミネート膜の誘電率は、リファレンスとして作製した結晶化したZrO2絶縁膜に比べて、約10小さな誘電率であり、ZrO2を母材とした場合には、結晶化が重要である事が分かった。
2021年度からの (HfO2)2/(Al2O3)1及び(HfO2)2/(SiO2)1のナノラミネートをGaNパワーデバイスの絶縁膜とした継続研究で、信頼性評価のために、正電圧下(PBS)でのC-V測定が可能な計測プログラムを組んだ。(HfO2)2/(Al2O3)1及び(HfO2)2/(SiO2)1ナノラミネート膜は、800℃熱処理で、各々、アモルファスなHfAlOx及びHfSiOx膜となった。フラットバンド電圧(Vfb)から実効電界を8.8MVcm-1、ストレス時間300sのPBSで、認められた正のVfbシフト値は0.24Vと非常に小さく、GaN/HfAlOx及びGaN/HfSiOx界面が電子トラップする欠陥が少ない事を明らかにできた。
もう一つのHfZrOx強誘電体膜では、ALDの酸化剤としてプラズマ酸素を用いる事で、300℃で優れた強誘電体特性を得る事ができた事を2021年度までに報告したが、その要因について、放射光を用いた界面解析を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで検討した候補材料のZrO2/Al2O3積層構造に変えて、(ZrO2)1/(NbOx)1ナノラミネート膜を基本構造とした絶縁膜の研究で、ALDによるas-grown膜及びその後の450℃熱処理でもアモルファス構造であり、誘電率も小さかった。ZrO2を母材とした絶縁膜では、結晶化していることが重要である指針を得た。
継続研究の(HfO2)2/(Al2O3)1及び(HfO2)2/(SiO2)1ナノラミネート膜を用いたGaNパワーデバイスのPBS特性及びHfZrOx強誘電体膜のTiN/HfZrOx界面の解析より、各々、その分野では注目される成果を挙げられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
GaNパワーデバイス及び強誘電体トランジスタのナノラミネート膜の活用では、これまでに開発した絶縁膜が基本的に優れた特性を有する事を報告してきた。実際の利用には信頼性が重要であり、低温度から高温度でのストレスバイアス下での電気特性を評価して、材料の適性を議論する。
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[Presentation] 異なる酸化剤を用いた原子層堆積法により作製した 強誘電体HfxZr1－xO2/TiNの構造評価2022
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, 長田 貴弘, 上田 茂典, Y. C. Jung, H. Hernandez-Arriaga, J. Mohan, J. Kim, C.-Y. Nam, E. H. R. Tsai, 喜多 浩之, 右田 真司, 太田 裕之, 森田 行則
Organizer
2022年 第83回応用物理学会秋季学術講演会
