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CMOSデバイスに向けたゲルマニウム基板上高誘電率絶縁膜ゲートスタック技術

研究課題

研究課題/領域番号 12J09309
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

張 睿  東京大学, 大学院工学部研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードGe MOSFETs / High field mobility / Carrier scattering / ゲルマニウム / ゲートスターク / MOS界面 / MOSFET
研究概要

Ge channel is one of the most promising solution for CMOS devices in post-Si age. Mobility enhancement is the most critical issue limiting the application of Ge MOSFETS. Recently, although many progresses have been achieved for high mobility Ge MOSFETs, mobility degradation in high normal field region is still severe which strongly reduces the ON state current in Ge MOSFETs. The mechanism of this phenomenon is not clear yet, in spite of importance. Therefore, in our research the physical origins causing high normal field mobility degradation were systematically investigated. Through the evaluation of Hall mobility in Ge MOSFETs, it is found that large amount of surface states exist inside valence and conduction band of Ge, which results in significant decrease of mobile carrier concentration in the channel and rapid reduction of effective mobility of Ge MOSFETs.
Additionally, it is confirmed that the surface states inside conduction band of Ge can be passivated by annealing the Ge nMOSFETs in atomic deuterium ambient. Besides of surface states, it is also confirmed that the surface state roughness scattering dominates the mobility in high normal field for Ge MOSFETs, similar with the situation in Si MOSFETs. With decreasing the post oxidation temperature, the surface roughness at GeOx/Ge interfaces can be sufficiently reduced without losing the superior electrical passivation much. As a result, around 20% and 25% mobility enhancement can be realized for Ge pMOSFETs and nMOSFETs, respectively, in a high normal field region of N_s=10^<13> cm^<-2> by reducing the post oxidation temperature from 300℃ down to room temperature.

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Impact of plasma postoxidation temperature on the electrical properties of Al_2O_3/GeO_X/Ge pMOSFETs and nMOSFETs2014

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J-C. Lin, X. Yu, M. Takenaka, S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Electron Devices

      巻: 61 号: 2 ページ: 416-422

    • DOI

      10.1109/ted.2013.2295822

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of plasma post oxidation temperature on interface trap density and roughness at GeOx/Ge interfaces2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J. C. Lin, X. Yu, M. Takenaka, S. Takagi
    • 雑誌名

      Microelectron. Eng.

      巻: 109 ページ: 97-100

    • DOI

      10.1016/j.mee.2013.03.034

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High mobility Ge p- and n-MOSFETs with 0.7 U ultrathin EOT using H102/A1203/GeOx/Ge gate stacks fabricated by plasma post oxidation2013

    • 著者名/発表者名
      Rui Zhang, P. C. Huang, J. C. Lin, N. Taoka, M. Takenaka, S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Electron Devices

      巻: 60 号: 3 ページ: 927-934

    • DOI

      10.1109/ted.2013.2238942

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] High Mobility Strained-Ge pMOSFETs with 0.7-nm Ultrathin EOT using Plasma Post Oxidation HfO_2/Al_2O_3/GeO_X Gate Stacks and Strain Modulation2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, W. Chern, X. Yu, M. Takenaka, J. L. Hoyt, S. Takagi
    • 学会等名
      IEDM
    • 発表場所
      Washington Hilton, 1919 Connecticut Ave., NW, Washington DC, USA
    • 年月日
      2013-12-04
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Suppression of Surface States inside Conduction Band and Effective Mobility Improvement of Ge nMOSFETs by Atomic Deuterium Annealing2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J-C. Lin, X. Yu, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      第74回秋季応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      Kyotanabe Campus, Doshisha University, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2013-09-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Impact of plasma postoxidation temperature on the electrical properties of Al_2O_3/GeO_X/Ge pMOSFETs and nMOSFETs2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J-C. Lin, X. Yu, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      18th Conference on Insulating Films on Semiconductors
    • 発表場所
      Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw University of Technology, Krakow, Poland
    • 年月日
      2013-06-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Examination of Physical Origins Limiting Effective Mobility of Ge MOSFETs and the Improvement by Atomic Deuterium Annealing2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J-C. Lin, X. Yu, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      VLSI Symposia
    • 発表場所
      Rihga Royal Hotel Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2013-06-12
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] High Mobility Strained-Ge pMOSFETs with 0.7-nm Ultrathin EOT using Plasma Post Oxidation Hf0_2/Al_2O_3/GeO_X Gate Stacks and Strain Modulation2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, W. Chern, X. Yu, M. Takenaka, J. L. Hoyt, S. Takagi
    • 学会等名
      第61春季回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      Sagamihara Campus, Aoyama Gakuin University, Kanagawa. Japan
    • 年月日
      2013-03-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Ge oxide growth by plasma oxidation of Ge substrates through A1203 layers2013

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, J. C. Lin, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      5th International Sy皿posium on Advanced Plassma Science and its Applications for Ni trides and Nanomaterials
    • 発表場所
      Nagoya University, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2013-02-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Physical mechanism determining Ge p- and n-MOSFETs mobility in high Ns region and mobility improvement by atomically flat GeOx/Ge interfaces2012

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, P. C. Huang, J. C. Lin, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      International Electron Devices Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      2012-12-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Evidence of layer-by-layer oxidation of Ge surfaces by plasma oxidation through A12032012

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, P. C. Huang, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      222nd Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2012-10-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] High mobility Ge pMOSFETs with 0.7 nm ultrathin EOT using Hf02/A1203/Ge0x/Ge gate stacks fabricated by plasma post oxidation2012

    • 著者名/発表者名
      R. Zhang, P. C. Huang, N. Taoka, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      Symposia on VLSI Technology and Circuits
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2012-06-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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