Study on dielectric constant of ultrathin SiO2 by using XPS and first-principles calculation

2011 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21360025
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: HIROSE Kazuyuki 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (00280553)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): NOHIRA Hiroshi 東京都市大学, 工学部, 教授 (30241110) ; KOBAYASHI Daisuke 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (90415894)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Keywords: 界面 / 誘電率 / 光電子分光 / シリコン / 酸化膜S

Research Abstract

By using XPS, we revealed that dielectric constant values of ultrathin SiO_2 films formed on Si substrates depend on the orientation of the Si substrates. First principles calculation suggested that the reason is different interface atomic structures formed at the SiO_2/Si interfaces.

Research Products

• [Journal Article] Estimation of breakdown electric-field strength while reflecting local structures of SiO_2 gate dielectrics using first-principles molecular orbital calculation technique (2011)
  • Author(s): H. Seki, Y. Shibuya, D. Kobayashi, H. Nohira, K. Yasuoka, and K. Hirose
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 51(4) Pages: 04DA07-1/-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of breakdown electric-field strength while reflecting local structures of SiO_2 gate dielectrics using first-principles molecular orbital calculation technique (2011)
  • Author(s): H. Seki, Y. Shibuya, D. Kobayashi, H. Nohira, K. Yasuoka, and K. Hirose
  • Journal Title: Extended Abstracts of the 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials Pages: 20-21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 第一原理分子軌道計算を用いた欠陥を持つSiO_2の絶縁破壊電界の推定 (2011)
  • Author(s): 関洋,渋谷寧浩,野平博司,小林大輔,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Journal Title: 第17回ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理- Pages: 77-80
• [Journal Article] 第一原理計算を用いたSiO_2多形の静的誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 渋谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Journal Title: 第17回ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理- Pages: 157-160
• [Journal Article] 光電子分光法によるSi系材料ナノ構造の評価 (2011)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 80 Pages: 942-947
• [Journal Article] 光電子分光の基礎第4回SiO_2/Si界面の原子構造の研究への適用例 (2011)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 結晶工学ニュース Volume: 86 Pages: 3-12
• [Journal Article] 光電子分光の基礎第3回SiO 2/Si界面の電子状態の研究への適用例 (2011)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 結晶工学ニュース Volume: 85 Pages: 7-16
• [Journal Article] XPS time-dependent measurement of SiO_2/Si and HfAlOx/Si interfaces (2010)
  • Author(s): K. Hirose
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 176 Pages: 46-51
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Si-SiO_2系の形成・構造・物性 (2010)
  • Author(s): 服部健雄,廣瀬和之
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 31 Pages: 30-34
• [Journal Article] 第一原理計算を用いた絶縁膜の誘電率推定 (2010)
  • Author(s): 五十嵐智,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Journal Title: 第15回ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理- Pages: 193-196
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いた欠陥を持つSiO_2の絶縁破壊電界の推定 (2012)
  • Author(s): 関洋,渋谷寧浩,野平博司,小林大輔,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Organizer: 第17回ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20120120-21
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2多形の静的誘電率推定 (2012)
  • Author(s): 渋谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 第17回ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20120120-21
• [Presentation] ゲート絶縁膜の絶縁破壊電界の推定法-X線光電子分光と第一原理計算- (2012)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 第36回CUTEセミナー
  • Place of Presentation: 津
  • Year and Date: 2012-02-29
• [Presentation] Estimation of breakdown electric-field strength while reflecting local structures of SiO_2 gate dielectrics using first-principles molecular orbital calculation technique (2011)
  • Author(s): H. Seki, Y. Shibuya, D. Kobayashi, H. Nohira, K. Yasuoka, and K. Hirose
  • Organizer: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 20110928-30
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いたSiO_2の局所構造を反映した絶縁破壊電界の推定 (2011)
  • Author(s): 関洋,渋谷寧浩,野平博司,小林大輔,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形市
  • Year and Date: 20110829-0902
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2多形の静的誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 渋谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形市
  • Year and Date: 20110829-0902
• [Presentation] XPS time-dependent measurement on the trap density at ultrathin SiO_2/Si interfaces : comparison to(100),(110), and(111) Si orientations (2011)
  • Author(s): K. Hirose
  • Organizer: 13th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces(13th ICFSI)
  • Place of Presentation: Praha
  • Year and Date: 20110703-08
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いたSi(Al)化合物の局所絶縁破壊電解の推定 (2011)
  • Author(s): 関洋,澁谷寧浩,小林大輔,野平博司,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木市
  • Year and Date: 20110324-27
• [Presentation] XPS時間依存測定法によるSiO_2/Si界面の電荷トラップ密度の面方位依存性の評価 (2011)
  • Author(s): 石原由梨,五十嵐智,小林大輔,野平博司,上野和良,廣瀬和之
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木市
  • Year and Date: 20110324-27
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSi化合物の静的誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 澁谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木市
  • Year and Date: 20110324-27
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いたSi(Al)化合物の局所的な絶縁破壊電界の推定法 (2011)
  • Author(s): 関洋,渋谷寧浩,野平博司,小林大輔,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Organizer: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20110121-23
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSi化合物の静的誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 渋谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20110121-23
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2/Si界面の誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 五十嵐智,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-第15回研究会
  • Place of Presentation: 三島市
  • Year and Date: 20110121-23
• [Presentation] XPS時間依存測定法によるSiO_2/Si界面の電荷トラップ密度の面方位依存性の評価 (2011)
  • Author(s): 石原由梨,五十嵐智,小林大輔,野平博司,上野和良,廣瀬和之
  • Organizer: シリコンテクノロジー研究会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2011-07-04
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いたSi・Al化合物の絶縁破壊電界の推定 (2010)
  • Author(s): 関洋,澁谷寧浩,野平博司,小林大輔,泰岡顕治,廣瀬和之
  • Organizer: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎市
  • Year and Date: 20100914-17
• [Presentation] 格子分極起因の誘電率推定法についての考察 (2010)
  • Author(s): 澁谷寧浩,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎市
  • Year and Date: 20100914-17
• [Presentation] Estimation technique f or optical dielectric constant of polym orphous SiO_2 through first-principles mo lecular orbital calculation (2010)
  • Author(s): K. Hirose, D. Kobayashi, S. Igarashi, and H. Nohira
  • Organizer: 12th International Conference on Modern Materials and Technologies
  • Place of Presentation: Mon tecatini Terme
  • Year and Date: 20100606-11
• [Presentation] SiO_2/Si界面の誘電率のSi面方位依存性についての考察 (2010)
  • Author(s): 五十嵐智,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚市
  • Year and Date: 20100317-20
• [Presentation] Estimation technique f or optical dielectric constant of Si an d Al compounds (2009)
  • Author(s): K. Hirose, S. Igarashi, D. Kobayashi, and H. Nohira
  • Organizer: 11th International Conference on Electronic Spectroscopy & Structure(ICESS-11)
  • Place of Presentation: Nara
  • Year and Date: 20091006-10
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2/Si界面の誘電率推定 (2009)
  • Author(s): 五十嵐智,小林大輔,野平博司,廣瀬和之
  • Organizer: 2009年秋期第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 20090908-11
• [Book] 次世代ナノエレクトロニクスにおける絶縁超薄膜技術と膜・界面の物性科学 (2012)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Total Pages: 300
  • Publisher: (株)エヌ・ティー・エス