2020 Fiscal Year Research-status Report
Realize of GeSn/Ge vertical nanowire and its application to next generation transitor
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20K14796
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
松村 亮 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, 研究員 (90806358)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 半導体 / 電子デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高いオン電流と低いオフ電流、および低いＳ値を有するトランジスタを、ＩＶ族材料で実証することを目的とし、ゲルマニウムスズ（ＧｅＳｎ）/ゲルマニウム（Ｇｅ）のヘテロ接合をソース・チャネル接合に用い、高誘電体(Ｈｉｇｈ－ｋ)ゲートスタックで覆った「ＧｅＳｎ／Ｇｅ縦型ヘテロ接合ナノワイヤトランジスタ」を提案し、研究を推進している。今年度は、その基盤となるＧｅＳｎ／Ｇｅ縦型ヘテロ接合を実現するため、Ｇｅ基板上でのＧｅＳｎ薄膜、およびn型Ｇｅ薄膜のエピタキシャル成長に関する研究開発を主に行った。その結果、非常に高い活性化率を有するn型Ge膜を実現するとともに、バッファ層の挿入による高品質なＧｅＳｎ薄膜のエピタキシャル成長を実現することができた。今後はレーザーアニール法を用いたさらなるn型ドーパントの高活性化や、得られた結晶の結晶性向上を行っていくと共に、デバイス技術の確立も行っていく予定である。また、本研究に関連して、ガラス基板上でのＧｅＳｎ薄膜の結晶成長も同時に行っている。気相成長法やレーザーアニール法などを検討した結果、非常に高い置換Ｓｎ濃度を有するＧｅＳｎ薄膜をガラス基板上で実現することができた。これらの結果もまた、次世代エレクトロニクスに置いて非常に有用であると考えている。
これらの成果はＥＣＳ－ＪＳＳ誌を始めとする複数の論文誌に投稿し、採択されている。また、5月に予定されている国際学会、ＥＣＳ－Ｍｅｅｔｉｎｇにて発表する予定となっている。
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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
今年度は、目的とするヘテロ接合ナノワイヤトランジスタの基盤となるGeSn/Ge縦型ヘテロ接合を実現するため、Ge基板上でのGeSn薄膜、およびn型Ge薄膜のエピタキシャル成長に関する研究開発を主に行った。その結果、非常に高い活性化率を有するn型Ge膜を実現することができた。また、GeSnはGeに対し格子定数が非常に大きいため、高Sn濃度を有するGeSn膜をGe基板上へ直接エピタキシャル成長することは難しかったが、今回我々は深さ方向にSnの組成傾斜を有する層をバッファ層として挿入により、高品質なGeSn薄膜のエピタキシャル成長を実現することに成功した。さらに関連するテーマとして、石英基板上でのGe系材料の薄膜成長も立ち上がっており、これまでに無い高いSn濃度を有するGeSn薄膜などを実現しているなどの成果を得ている。これらの結果は、ECS-JSS誌を始めとする複数の論文誌にて発表・投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実現したGe系結晶膜の結晶性を詳細に評価しプロセス技術へとフィードバックすることで、さらなる結晶性の向上を目指す。また、レーザーアニール法や固相成長法等を重畳することで、さらなるドーパント活性化率の向上を図るとともに、その電気的・光学的特性を評価する予定である。
また、デバイス周辺技術の確立も進めていく予定である。今年度、採択者は新たな原子層堆積装置（ALD)を導入し、high-k絶縁膜であるAl2O3膜の堆積が可能となった。この装置を用い、ゲートスタック構造の実現を図るとともに、その特性評価を通じて良好なデバイス技術を構築していく予定である。
オンガラス薄膜形成技術の向上も進めていく。現状、Ge,GeSnなどの薄膜をガラス上で実現しているが、その電子・光学デバイス応用やSiGeなどの他の材料への展開等を予定している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの蔓延に伴い、参加を予定していた学会が中止やオンライン開催へと切り替えられていったため、参加費や旅費分が浮いてしまった。そのため、発表できなかった成果が多く残っており、翌年度は学会での発表件数が必然的に増える予定のため、その参加費や旅費として支出していく。
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