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強誘電体ゲート絶縁膜を用いた低消費電力で高移動度な超高性能薄膜トランジスタの研究

Research Project

Project/Area Number 18J14689
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionNational Institute for Materials Science (2019)
Meiji University (2018)
Research Fellow 栗島 一徳  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 ナノ電子デバイス材料グループ, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
KeywordsトンネルFET / 酸化物半導体 / PLD / コンビナトリアル / 薄膜トランジスタ / 強誘電体 / ゲート絶縁膜 / 高移動度 / 低消費電力
Outline of Annual Research Achievements

HfxZr1-xO (HZO)/In1-xSixO1-yCy TFTを作製に先立って、電子のトンネル効果を利用したbilayer構造のトンネル電界効果トランジスタ(TFET)を作製した。これまでに酸化物半導体を用いたTFETはn型のZnOとp型のSi及びGeを組み合わせた構造が報告されている。本研究では、アモルファスで平坦な材料をZnOベースに提案した。酸化物半導体は膜中に欠陥を生成しやすく、電気特性を劣化させる一因となる。欠陥をできる限り抑制する材料として、酸素結合かい離エネルギーの高いTiを用いたTixZn1-xO1+x及び酸素との結合距離の短いGaを用いたGa2xZn1-xO1+2xに注目した。それぞれの材料はコンビナトリアルPLD法でZnOに対してTiO2及びGa2O3ターゲットを用いて、組成傾斜膜を作製した。
アモルファス構造を有するTi0.8Zn0.2O1.8/p-Ge及びGa1.2Zn0.4O2.2/p-Geで良好なトンネル特性を示した。これらはタイプIIのバンド構造を形成しており、p-Geとの実効障壁高さが小さく、トンネル確率が増大したためと考えられる。TFETにおいて、組成傾斜膜を用いて超低消費電力なデバイスを先駆ける成果を得られることができた。今後の材料探索を行う上でも重要な知見になると考えられる。
この結果を基に、HZO/In1-xSixO1-yCy TFT作製にフィードバックさせてチャネル及びゲート絶縁膜の最適化を行い、国内外問わず学会に参加して情報発信を絶えず行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(28 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Band alignment at non-polar AlN/MnS interface investigated by hard xray photoelectron spectroscopy2020

    • Author(s)
      Kazunori Kurishima, Kota Tatejima, Yoshiyuki Yamashita, Shigenori Ueda, Keiji Ishibashi, Kenichiro Takahashi, Setsu Suzuki, Atsushi Ogura, Toyohiro Chikyow, and Takahiro Nagata
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab769c

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Temperature and polarity dependence of electrical properties of ZnO film on pyroelectric LiNbO3 single crystal2020

    • Author(s)
      Yudai Yasuhara, Kazunori Kurishima, Toyohiro Chikyow, Atsushi Ogura and Takahiro Nagata
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab83df

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Reliability of Al2O3/In-Si-O-C Thin-Film Transistors with an Al2O3 Passivation Layer under Gate-Bias Stress2018

    • Author(s)
      Kurishima Kazunori、Nabatame Toshihide、Onaya Takashi、Tsukagoshi Kazuhito、Ohi Akihiko、Ikeda Naoki、Nagata Takahiro、Ogura Atsushi
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 86 Pages: 135-145

    • DOI

      10.1149/08611.0135ecst

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of carbon doping on threshold voltage and mobility of In-Si-O thin-film transistors2018

    • Author(s)
      Kurishima Kazunori、Nabatame Toshihide、Mitoma Nobuhiko、Kizu Takio、Aikawa Shinya、Tsukagoshi Kazuhito、Ohi Akihiko、Chikyow Toyohiro、Ogura Atsushi
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science & Technology B

      Volume: 36 Pages: 061206-061206

    • DOI

      10.1116/1.5039665

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improved leakage current properties of ZrO2/(Ta/Nb)Ox-Al2O3/ZrO2 nanolaminate insulating stacks for dynamic random access memory capacitors2018

    • Author(s)
      Onaya Takashi、Nabatame Toshihide、Sawada Tomomi、Kurishima Kazunori、Sawamoto Naomi、Ohi Akihiko、Chikyow Toyohiro、Ogura Atsushi
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 655 Pages: 48-53

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2018.02.010

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] トンネルFET用n型TixZn1-xO1+x及びGa2xZn1-xO1+2xチャネルの検討2020

    • Author(s)
      栗島 一徳, 小椋厚志、知京豊裕、長田貴弘
    • Organizer
      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)
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  • [Presentation] LiNbO3の極性及び焦電効果によるZnOの電気特性制御の検討2020

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      安原 雄大, 小椋厚志、知京豊裕、長田貴弘
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      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)
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  • [Presentation] ALD法で作製したC-doped及びC-free In2O3膜をチャネルとした酸化物TFTの比較2020

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      小林 陸, 生田目俊秀, 栗島一徳, 女屋崇, 大井暁彦, 池田直樹, 長田貴弘, 塚越一仁, 小椋厚志
    • Organizer
      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)
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  • [Presentation] Comparison of Oxide TFT with C-doped and C-free In2O3 Channels by ALD2020

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      Riku Kobayashi, Toshihide Nabatame, Kazunori Kurishima, Takashi Onaya, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, Kazuhito Tsukagoshi, and Atsushi Ogura
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      MANA International Symposium 2020
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NBS及びPBSによるアモルファスCarbon-doped In2O4TFTの信頼性特性2020

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      小林 陸, 生田目俊秀, 栗島一徳, 女屋崇, 大井暁彦, 池田直樹, 長田貴弘, 塚越一仁, 小椋厚志
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      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth condition optimization of non-polar AlN on sapphire substrate deposited by reactive RF sputtering2019

    • Author(s)
      Kota Tatejima, Kazunori Kurishima, Keiji Ishibashi, Kenichiro Takahashi, Setsu Suzuki, Atsushi Ogura, Toyohiro Chikyow, Takahiro Nagata
    • Organizer
      STAC-11
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crystal and electronic structures of (GaxIn1-x)2O3 composition spread thin film prepared by combinatorial method2019

    • Author(s)
      Takeshi Hoga, Kazunori Kurishima, Toyohiro Chikyow, Takahiro Nagata
    • Organizer
      STAC-11
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ZnO/LiNbO3構造の電気特性の極性及び温度依存性2019

    • Author(s)
      安原 雄大, 栗島 一徳, 知京 豊裕, 小椋 厚志, 長田 貴弘
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温度ALD 法 で作製した C ドープ In2O3 膜を用いた酸化物 TFT の特性2019

    • Author(s)
      小林 陸, 生田目 俊秀,栗島 一徳,女屋 崇,大井 暁彦, 池田 直樹, 長田 貴弘, 塚越 一仁, 小椋 厚志
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Characteristics of Oxide TFT Using Carbon-Doped in2O3Thin Film Fabricated By Low-Temperature ALD Using Inetcp and H2o/O32019

    • Author(s)
      Riku Kobayashi, Toshihide Nabatame, Kazunori Kurishima, Takashi Onaya, Akihiko Ohi, Takahiro Nagata, Kazuhito Tsukagoshi, and Atsushi Ogura
    • Organizer
      236th ECS Meeting
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Band alignment at non-polar AlN/MnS interface investigated by hard x-ray photoelectron spectroscopy2019

    • Author(s)
      Kazunori Kurishima, Kota Tatejima, Yoshiyuki Yamashita, Shigenori Ueda, Keiji Ishibashi, Kenichiro Takahashi, Setsu Suzuki, Atsushi Ogura, Toyohiro Chikyow, Takahiro Nagata
    • Organizer
      MNC2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature and polarity dependence of electrical properties of ZnO film on pyroelectric LiNbO3 single crystal2019

    • Author(s)
      Yudai Yasuhara, Kazunori Kurishima, Toyohiro Chikyow, Atsushi Ogura, Takahiro Nagata
    • Organizer
      MNC2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of Oxide TFT with Amorphous Carbon-Doped In2O3 Channel Using 150 °C Low Temperature Process2019

    • Author(s)
      Riku Kobayashi, Toshihide Nabatame, Kazunori Kurishima, Takashi Onaya, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, Kazuhito Tsukagoshi, and Atsushi Ogura
    • Organizer
      2019 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬X線光電子分光を用いた無極性AlN/MnSのバンドアライメント解析2019

    • Author(s)
      栗島 一徳, 立島 滉大、山下 良之、上田 茂典、石橋 啓次、高橋 健一郎、鈴木 摂、小椋 厚志、知京 豊裕、長田 貴弘
    • Organizer
      日本電子材料技術協会 第56回秋期講演大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] LiNbO3の極性及び焦電性がZnO/LiNbO3構造の電気特性に及ぼす影響2019

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      安原 雄大, 栗島 一徳、小椋 厚志、知京 豊裕、長田 貴弘
    • Organizer
      日本電子材料技術協会 第56回秋期講演大会
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  • [Presentation] Al2O3パッシベーション膜によるIn-Si-O-C TFTの正負バイアスストレス特性の改善2019

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      栗島一徳、生田目俊秀、女屋崇、塚越一仁、大井暁彦、池田直樹、長田貴弘、小椋厚志
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      電子デバイス界面テクノロジー研究会 材料・プロセス・デバイス特性の物理-(第24回研究会)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 原子層堆積法の酸化剤ガスが強誘電体HfxZr1-xO2薄膜の低温形成へ及ぼす効果2019

    • Author(s)
      女屋崇、生田目 俊秀, 澤本 直美, 栗島 一徳, 大井 暁彦, 池田 直樹, 長田 貴弘, 小椋 厚志
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      電子デバイス界面テクノロジー研究会 材料・プロセス・デバイス特性の物理-(第24回研究会)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温度ALD法を用いてAl2O3及びSiO2下地基板へ形成したIn2O3膜の特性2019

    • Author(s)
      小林陸、生田目 俊秀, 栗島 一徳, 木津 たきお, 女屋 崇, 大井 暁彦, 池田 直樹, 長田 貴弘, 塚越 一仁 , 小椋 厚志
    • Organizer
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 材料・プロセス・デバイス特性の物理-(第24回研究会)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Suppression of threshold voltage shift on In-Si-O-C Thin-Film Transistor with an Al2O3 Passivation Layer under Negative and Positive Gate-Bias Stress2019

    • Author(s)
      Kazunori Kurishima, NABATAME Toshihide, ONAYA Takashi, TSUKAGOSHI Kazuhito, OHI Akihiko, IKEDA Naoki, NAGATA Takahiro, OGURA Atsushi
    • Organizer
      EDTM 2019
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NBIS測定によるAl2O3パッシベーション膜を用いたIn1-xSixO1-yCy TFTの信頼性評価2018

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      栗島一徳、生田目俊秀、女屋崇、塚越一仁、大井暁彦、池田直樹、長田貴弘、小椋厚志
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] Reliability of Al2O3/In-Si-O-C thin-film transistors with an Al2O3 passivation layer under gate-bias stress2018

    • Author(s)
      Kazunori Kurishima, NABATAME Toshihide, ONAYA Takashi, TSUKAGOSHI Kazuhito, OHI Akihiko, IKEDA Naoki, NAGATA Takahiro, OGURA Atsushi
    • Organizer
      AiMES 2018
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  • [Presentation] Ferroelectricity of HfxZr1-xO2 Thin Films Fabricated Using TiN Stressor Layer and ZrO2 Nucleation Layer2018

    • Author(s)
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Naomi Sawamoto, Kazunori Kurishima, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, and Atsushi Ogura
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      AiMES 2018
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  • [Book] 電子デバイス界面テクノロジー研究会(第25回)特別研究会研究報告2020

    • Author(s)
      栗島 一徳, 小椋厚志、知京豊裕、長田貴弘
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      応用物理学会
    • ISBN
      9784863487550
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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