2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the rate limiting process of the gate-induced phase transition and the speed limit of the phase transition transistor
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20H02615
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
矢嶋 赳彬 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (10644346)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微細化 / 短チャネル / 相転移トランジスタ / モットトランジスタ / シングルドメイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
VO2の3端子素子の微細化と高速化を目指して、研究を行っている。昨年度の研究で、３端子素子の基本特性として、ドレイン電圧がON/OFFスイッチングを急峻化する効果を持つことを明らかにし、VO2チャネル３端子デバイスの定量モデルを構築することに成功した。つまり本３端子デバイスの動作原理に関する包括的な理解が得られたといえる。今年度はこうした理解をもとに、VO2チャネルの微細化の影響を明らかにするとともに、過渡特性についての系統的な実験を行った。
ソース・ドレイン電極のAu薄膜を電子線リソグラフィによって加工することによって、チャネル長さを微細化した。チャネル長を240nmまで微細化したところ、ドレイン電圧の大きさにかかわらず、ゲート電圧に対して完全に不連続なON/OFFスイッチング特性が得られた。これは、チャネル長50umの長チャネルデバイスにおける連続的なスイッチングとは対照的である。さらに長チャネルデバイスでは、ドレイン電圧を大きくするにつれ、スイッチングの際にジュール熱に起因する正のフィードバック効果が働き、転移が急峻化したのに対し、微細化デバイスではドレイン電圧は特性に影響しなかった。つまりVO2の３端子デバイスは、微細化によってシングルドメイン化して急峻化し、長チャネルデバイスで見られたドレイン電圧降下が消失することを明らかにした。
また過渡特性についての測定を行った。ゲート電圧を変えながら金属転移の速度について系統的に調べた結果、ゲート電圧による蓄積電子数を増やすにつれて、転移速度が指数関数的に上昇することが分かった。さらにそこでの過渡特性のチャネル電流波形を解析した結果、核成長プロセスで知られている時間に対する対数関数になっていることがわかり、過渡特性を支配しているのは核成長プロセスであることを明らかにした。
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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
当初予定していた通り、VO2の３端子デバイスの微細化の影響を系統的に明らかにすることに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
VO2の３端子デバイスの過渡特性について、系統的な実験を行い、その律速過程と高速化の可能性について明らかにしていく予定である。
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