強誘電体・高誘電率材料・導電性酸化物を用いた新しい集積機能デバイスの研究

• 研究課題/領域番号: 14040208
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 徳光 永輔 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10197882)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円); 2003年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2002年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: 強誘電体 / 高誘電率材料 / 機能デバイス / 導電性酸化物 / 不揮発性メモリ / 強誘電体ゲートトランジスタ / 機能性デバイス

研究概要

本研究では、強誘電体、高誘電率材料、導電性酸化物などの機能性材料を用いた新しい集積機能デバイスを実現することを目的としている。前年度までに、不揮発性メモリやロジック回路にも応用できる強誘電体ゲートトランジスタに適した新しい強誘電体材料として、従来までのタンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT)中のストロンチウムをサマリウムで一部置換したSSBT薄膜を開発した。今年度はSSBT膜を用いて実際に金属/強誘電体/金属/絶縁体/半導体(MFMIS)構造の強誘電体ゲートトランジスタを試作し、電気的特性を評価したところ、SSBTを用いた素子では、従来からのSBTを用いた素子よりも大きなメモリウインドウが得られることを明らかにし、SSBTが強誘電体ゲートトランジスタ有望な材料という知見を得た。次に強誘電体薄膜の物性を制御する新しい手法として、ゾルゲル法による薄膜作製プロセス中、仮焼成後、結晶化アニール前にプラズマ処理を導入して、チタン酸ランタンビスマス(BLT)薄膜を形成し、その特性を評価した。その結果、プラズマ処理によってほぼ完全にc軸配向を抑制することに成功し、750℃で結晶化したランタン組成0.75のBLT薄膜において、残留分極(2Pr)が40μC/cm^2程度の大きな値を達成した。さらにプラズマ処理のメカニズムについて検討し、透過型電子顕微鏡観察と組成分析より、結晶化前の薄膜のごく表面に、プラズマ処理によりビスマスが少なく、ランタンた多い組成の層が形成されており、この表面層が薄膜の結晶配向性を支配することを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Kenji Takahashi: "Effect of deposition temperature on the characteristics of hafnium oxide films deposited by metalorganic chemical vapor deposition using amide precursor"Journal of Materials Research. Vol.19,No.2. 584-589 (2004)
• [文献書誌] Naoki SUGITA: "In Situ Raman Spectroscopy Observation of Crystallization Process of Sol-Gel Derived Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12> Films"Jpn.J.Appl.Phys. Vol.42,Part2 No.8A. L944-L945 (2003)
• [文献書誌] Shiro Hino: "Charcterization of Hafnium Oxide Thin Films by Source Gas Pulse Introduced Metalorganic Chemical Vapor Deposition using Amino-Family Hf Precursors"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42,Part1 No.9B. 6015-6018 (2003)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu: "Sm Doping Effects on Electrical Properties of Sol-Gel Derived SrBi_2Ta_2O_9 Films"Materials Research Society Symp.Proc.. Vol.748. 275-280 (2003)
• [文献書誌] Naoki Sugita: "Crystallization of Bi_<4-x>LaxTi_3O_<12> films prepared by the sol-gel technique on IrO_2/Ir multi-layered electrode"Transactions of the Materials Research Society of Japan. Vol.28. 153-156 (2003)
• [文献書誌] Kenji Takahashi: "Preparation of hafnium oxide films from oxygen-free Hf[N(C_2H_5)_2]_4 precursor and their properties"Applied Surface Science. Vol.216. 296-301 (2003)
• [文献書誌] Takuya SUZUKI: "Characterization of Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor(MFMIS) Structures Using (Bi,La)_4Ti_3O_12 and HfO_2 Buffer Layers"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41,Part 1, No.11B. 6810-6813 (2002)
• [文献書誌] E.Tokumitsu: "Sm DOPING EFFECTS ON ELECTRICAL PROPERTIES OF SOL-GEL DERIVED SrBi_2Ta_2O_9 FILMS"Materials Research Society, Symp. Proc.. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu: "Characterization of HfO_2 Films Grown on Silicon Substrates by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition"Applied Surface Science. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] EISUKE TOKUMITSU: "PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF SOL-GEL DERIVED (Sr,Ba)Bi_2(Ta,Nb)_2O_9 THIN FILMS FOR FERROELECTRIC-GATE FET APPLICATIONS"7th International Symposium on Ferroic Domains and Mesoscopic Structures. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] EISUKE TOKUMITSU: "PREPARATION OF Sr_2(Ta,Nb)_2O_7 FILMS BY THE SOL-GEL TECHNIQUE FOR FERROELECTRIC-GATE STRUCTURES"Ferroelectrics. Vol.271. 105-110 (2002)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu: "Ferroelecric-Gate Structures and Field-Effect Transistors Using (Bi,La)_4Ti_3O_12 Films"Materials Research Society Symp. Proc.. Vol.688, Paper C4.1. 67-72 (2002)