2013 Fiscal Year Research-status Report
金属の光酸化による酸化物半導体PN接合の作製：プリンテッドエレクトロニクスの基盤
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25420283
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
野崎 眞次 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (20237837)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 紫外光 / 光酸化 / 酸化物半導体 / ニッケル / 亜鉛 / FET / フレキシブルエレクトロニクス / プリンテッドエレクトロニクス |
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| Research Abstract |
本研究では、光酸化法を活用して、金属酸化物半導体のプレーナー型PN接合を金属の酸化により形成する。金属酸化物半導体は、両伝導形を得ることが一般には困難なので、電子デバイスの基礎となるPN接合の形成には、P形伝導を示す酸化ニッケル、N形を示す酸化亜鉛を積層してダイオードを作製した。ニッケル、亜鉛をそれぞれUV酸化して酸化ニッケル、酸化亜鉛を作製する条件は確立している。その条件を用いて、UV酸化で作製した酸化亜鉛上にニッケルを蒸着し、それをUV酸化し、酸化亜鉛上に酸化ニッケルを積層したダイオードを作製した。その電気特性を測定したところ、整流性は、得られるものの整流比が一桁と小さく、また逆方向リーク電流が大きかった。UV酸化の際、酸化亜鉛にニッケルが拡散した可能性もあり、今後さらなる作製プロセスの最適化を検討する。
また、シリコン基板上に熱酸化膜を作製し、その上に酸化ニッケルをUV酸化で作製し、ソース、ドレイン電極を形成したFETの作製を試みた。熱酸化膜の絶縁性が、UV酸化時にニッケルが拡散し、劣化した。ニッケルは非常に拡散しやすい材料であるので今後は、酸化温度を低減させる必要がある。
FETのチャンネルに酸化ニッケルを用いるには、酸化ニッケルの正孔濃度を低減させる必要があり、作製後ポストアニールを温度、雰囲気ガスを変えて行ったが、作製後の酸化ニッケル同様ホール測定が不可能だった。ホール測定ができなかった原因は、移動度が非常に低いことが考えられる。しかし、標準の350℃より、20℃低い酸化温度で作製したところ、酸化ニッケルは、ホール測定によりキャリア濃度1E20cm-3、移動度も40程度と比較的高いn形を示した。n形を示す酸化ニッケルの報告は少ないので今後、キャリア濃度の制御法の確立を含めて、伝導型を決める要因を明確にする。
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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
本研究の目的であるFET作製に必要なpn接合ダイオードを積層構造ではあるが、試作しニッケルの拡散による問題が明らかになり、また、FETも試作し、改良すべき点が明確になった。酸化ニッケル、酸化亜鉛をシリコン上に形成したダイオードは良好な整流性を示したので、ニッケルの拡散は、酸化亜鉛やシリコン酸化膜へは起こりやすいことが問題である。初年度の結果により、（１）次年度の課題としてニッケルの拡散の抑制が明確になったこと、（２）セレンディピティとして酸化温度が低い場合は、予想したp形ではなくn形伝導を示すことが見出されたことはともに意義深く、3年間の本研究の初年度としては、おおむね研究は順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
UV酸化時のニッケルの拡散の抑制手段として、またフレキシブル基板を用いた場合を考慮してUV酸化温度の低温化を検討する。酸化種として酸素ではなく、拡散及び酸化力が高い水蒸気を用いたUV酸化あるいは短波長の真空紫外光を用いた室温でのUV酸化を検討する。酸化ニッケルのキャリア濃度の制御に関しては、これらの酸化力の高いUV酸化を行い作製した試料について温度可変のホール測定を行う。さらに、レーザーセンターの研究グループと多価イオンをイオン注入し、その影響についての共同研究を行う。
デバイス面では、FETを作製するとともに積層のみならず横方向に酸化ニッケルと酸化亜鉛のダイオードの作製を試みる。
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