2021 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。昨年度はＧｅＳｎ／Ｇｅやｐ－ｎ接合のエピタキシャル成長による基盤技術の創出を行ったが、今年度は主にレーザーアニール法を用いたさらなるｎ型ドーパントの活性化や、高置換ＧｅＳｎ成長に関する研究を行った。その結果、非常に高い活性化率を有するp-n接合を実現するのみならず、高品質なＧｅＳｎ結晶をガラス基板上で実現することができた。これらの成果はＡＣＳ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ誌を始めとする多くの論文に結実したとともに、５月に予定されているＥＣＳ Ｍｅｅｔｉｎｇにて発表する予定である。また、Ｈｉｇｈ－ｋゲートスタックの形成に関する研究も大きく進展した。昨年度導入した原子層堆積装置を用い、Ｈｉｇｈ－ｋ材料であるＡｌ２Ｏ３薄膜の高品質化に関する研究を行った。その結果、原子層堆積プロセス前のチャネル表面の終端状態がＡｌ２Ｏ３膜の膜質やプロセス耐性に大きく影響を与えるという結果を分光測定により明らかとした。この成果はアメリカ化学会のハイインパクト誌、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ誌に投稿済みである。
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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、レーザーアニール法を用いた高濃度GeSn結晶成長や、p-n接合形成に関する研究を行い、これまでにない高濃度GeSn薄膜成長や、高活性化率n-Ge薄膜の実現に成功した。また、これらの薄膜のPL測定を行い、バンド構造の変調も確認された。一方、デバイス開発の周辺技術としてhigh-k材料であるAl2O3の高品質成膜を原子層堆積装置を用いて行った。その結果、界面の水素原子がhigh-k材料の品質に非常に強い影響を与えることが示された。このように、結晶成長からデバイス周辺技術まであらゆる範囲で成果を得ることができた。これらの成果はACS Crystal Growth & Designを始めとする複数のハイインパクト誌へ投稿が完了しており、研究が順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状、目的とするデバイス作成において、GeSn結晶の微細加工技術に大きな課題がある。これは、反応性ドライエッチングの最中にエッチングガスとGe、Snの反応性の違いによりこれらの材料が相分離してしまうことに起因すると考えている。このことから、ウェットエッチング法やプラズマによる物理エッチングの重畳による高品質な微細加工技術の確立を目指す。また、デバイスの高性能化を目指し、Ge系二次元薄膜の結晶成長も引き続き推進する。得られた結晶薄膜の光学的電気的評価を行い、結晶成長技術へのフィードバックを繰り返すことで結晶の高品質化を目指す。
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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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