2013 Fiscal Year Research-status Report
触媒制御のための電圧印加型MIS/MIM構造デバイスを目指した脱離研究
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25600100
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
服部 賢 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (00222216)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 脱離 / ホットキャリア / MOS構造 |
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| Research Abstract |
市販の熱酸化膜付きSi試料を用いてMOSの作製条件の最適化を行った。酸化膜厚100nmのp型高ドープ(001)表面に銀ペーストにて電極ワイヤーを2箇所(E1、E2)固定し、かつ、裏面の酸化膜を削りSi基板にオーミックに電極(E3)を取り付けた。数mm間隔をあけたE1、E2領域のみが蒸着可能となるマスクを設置し、超高真空中でE1、E2間の導通が確認できるまでFeを蒸着した（平均膜厚3.5nm）。室温及び低温(130 K)にて、この系にN2Oガスを暴露し、E3に対してE1-E2にゲート電圧Vgを印加した際の、E1-E2の間の領域からの脱離を調べた。Vgに-15V印加するとH2、CO、CO2などの脱離が観測され、Vg印加後0Vに戻しても数分以上脱離が見られた。一方、Vgが正バイアスのときは何の脱離も観測されなかった。E1-E2とE3との間のリーク電流は両バイアス極性ともμAオーダーであった。複数の試料においてこれらの再現性が確認された。
両バイアス極性による投入電力は同程度であったため、負バイアスのみ脱離するという結果は、この脱離が加熱に起因するものではなく、Siの多数キャリアである正孔が酸化膜を通してFe電極へ移動した結果、生じたものと言える。酸化膜中をトンネルする、あるいは酸化膜の価電子帯に近い欠陥準位にトラップされながら移動する、ホットな正孔が、電極膜厚を弾道的に透過し、Fe表面でのガス反応（Fe + N2O → FeNx + FeOyと残留COなどとの反応）に脱励起しながら影響を与えた結果、生じたと考えることができる。
本年度は、現象の再現性の確認に加え、酸化膜中にトラップされた高励起キャリアが脱離に寄与する可能性を見出した。
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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
本年度は、MOSの作製条件の最適化（基板種類、酸化膜条件、電極金属・薄膜金属材料の組合せ種類や厚さ、等）、電極の接続方法、曝露ガスの種類、などの基本的な試料系構築のための条件出し、を目標にしていた。今までの酸化膜厚10nmのみならず、100nmでも同様な結果が得られた点、銀ペーストという簡便な電極接続方法でも確認が得られた点など、最適化がおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、引き続き作製条件の最適化を行う。特に、基板種類（p型、n型）と印加電圧極性の関係（注入キャリアーの種類の特定）について注視する。また現在、吸着ガスとしてN2O、薄膜金属としてFeを想定してるが、より適切な組合せについても検討を行う。脱離収量と印加電圧との相関（メカニズムへの考察）についても同様に検討を行う。
脱離メカニズムについては、この系においては電圧印加によるMOS-Siの金属（ゲート）ナノ薄膜へのホットキャリア注入脱離を想定している。もしそうであれば、自立したナノ薄膜に疑似的にホットキャリアを注入できれば脱離が観測されるはずであり、メカニズムの議論が深まる。そこで膜厚10nm以下のアモルファスカーボン・ナノ薄膜に電子線をナノ薄膜裏面に注入した際の、薄膜表面からの脱離測定も検討する。
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