Nanolaminate multifunctional film with the atomic-level oxygen vacancy control and its mechanism of giant dielectric constant

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02189
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: NABATAME TOSHIHIDE 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 特命研究員 (10551343)
• 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, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (50322665)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子層堆積法 / ナノラミネート構造 / 機能性複合酸化物膜 / 高誘電率 / HfAlOx膜 / HfZrOx膜 / GaNパワーデバイス

Outline of Final Research Achievements

We investigated characteristics of multifunctional oxide films with a nanolaminate structure which two types of metal oxides are alternately layered at the atomic level using atomic layer deposition. In the (HfO2)m/(ZrO2)n laminate films, the Hf/Zr ratio could be controlled by changing ALD m/n cycles. HfAlOx film which fabricated from (HfO2)m/(Al2O3)n nanolaminate structure exhibited superior reliability characteristics. Nanolaminate structures consisting of two types of metal oxides by ALD is one of the promising methods for designing new nanomaterials.

Free Research Field

半導体分野

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で試みた原子層堆積法を用いて原子レベルで制御した2種類の酸化物を積層させて作製したナノラミネート構造は、組合せ及び組成比を幅広く変える事ができ、その結果、ナノレベルでの材料設計ができた。この手法で得られたナノラミネート膜からの構造変化で、その電気的な特性を評価する事で、学術的に有意義な知見を得られた。また、幅広いアプリケーションの1つであるGaNパワーデバイスで、(HfO2)m/(Al2O3)nナノラミネート構造から作製したHfAlOx膜が優れた信頼性特性を示したことから、ゲート絶縁膜として有望な候補材料である事を示せたことは社会的に貢献できたと思う。