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イオン注入法による歪みSi/SiGe/Si(110)構造の欠陥と表面形状の制御

研究課題

研究課題/領域番号 18K04229
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関山梨大学

研究代表者

有元 圭介  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (30345699)

研究分担者 山中 淳二  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20293441)
澤野 憲太郎  東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワード半導体結晶 / 電子デバイス / 結晶欠陥 / キャリア移動度 / 歪みシリコン / 高移動度トランジスター / シリコンゲルマニウム
研究成果の概要

コンピュータ・通信端末から電気自動車に至るまで、現代社会の基盤技術は半導体集積回路により支えられている。近年の需要の急拡大からも、様々な分野においてシリコン(Si)系半導体への依存度の高さが分かる。半導体素材の大幅な特性向上は多くの分野にインパクトを与え得る。我々は歪みSi/SiGe/Si(110)構造を用いてキャリア移動度の向上を目指している。この構造で実際に正孔移動度の大幅な向上が確認されている。本研究では更なる高移動度化を実現するため、イオン注入法や成膜方法が結晶欠陥の形成過程や表面平坦性に及ぼす影響等を調べ、更なる高移動度化につながる知見を得ることが出来た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

半導体集積回路の性能向上を支える材料技術としてキャリア移動度の向上を目指した研究が精力的に行われている。我々は高移動度半導体構造の一つとして歪みSi/SiGe/Si(110)構造に注目している。これはGeに迫る高正孔移動度を低い材料費・製造コストで実現できる優れた薄膜構造である。本研究では薄膜の形成プロセスが結晶欠陥形成や表面形状の発達過程に及ぼす影響及び結晶欠陥の形態が電気伝導特性に及ぼす影響について基礎的な知見を得ることができた。これらの研究結果は結晶欠陥の制御と表面平坦性の向上を可能とするものであり、更なる高移動度化の実現につながる成果である。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 8件、 査読あり 8件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Hole mobility enhancement observed in (110)-oriented strained Si2020

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Naoto Utsuyama, Shohei Mitsui, Kei Satoh, Takane Yamada, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kentarou Sawano, Kiyokazu Nakagawa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 59

    • NAID

      210000157909

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Strain relaxation process and evolution of crystalline morphologies during the growths of SiGe on Si(110) by solid-source molecular beam epitaxy2020

    • 著者名/発表者名
      Shingo Saito, Yuichi Sano, Takane Yamada, Kosuke O. Hara, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Keisuke Arimoto
    • 雑誌名

      Materials Science in Semiconductor Processing

      巻: 113 ページ: 105042-105042

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hole mobility in Strained Si/Relaxed SiGe/Si(110) hetero structures studied by gated Hall measurements2020

    • 著者名/発表者名
      Daichi Namiuchi, Atsushi Onogawa, Taisuke Fujisawa, Yuichi Sano, Daisuke Izumi, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kentarou Sawano, Kiyokazu Nakagawa, Keisuke Arimoto
    • 雑誌名

      Materials Science in Semiconductor Processing

      巻: 113 ページ: 105052-105052

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Engineering Strain, Defects, and Electronic Properties of (110)-Oriented Strained Si2020

    • 著者名/発表者名
      K. Arimoto, J. Yamanaka, K. O. Hara, K. Sawano, N. Usami and K. Nakagawa
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 (5) ページ: 277-290

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] HREM Observation and Identification of the Causality of Twins in SiGe/Si (110)2020

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Yuichi Sano, Shingo Saito, Atsushi Onogawa, Kosuke Hara, Kiyokazu Nakagawa, Keisuke Arimoto
    • 雑誌名

      Microsc. Microanal.

      巻: 26 (Suppl 2) ページ: 286-286

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Relaxation of strain in Si layers formed on (110)-oriented SiGe/Si heterostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Atsushi Onogawa, Shingo Saito, Yuichi Sano, Daisuke Izumi, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kiyokazu Nakagawa
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 93 号: 1 ページ: 79-80

    • DOI

      10.1149/09301.0079ecst

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of Crystal Lattice Rotation around a Stress-Induced Twin in a Step-Graded SiGe / Si(110) Using STEM Moiré Observation and its Image Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Chiaya Yamamoto, Mai Shirakura, Kosuke O. Hara, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Akimitsu Ishizuka, and Kazuo Ishizuka
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 25 号: S2 ページ: 242-243

    • DOI

      10.1017/s1431927619001946

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stability of strain in Si layers formed on SiGe/Si(110) heterostructures2018

    • 著者名/発表者名
      Arimoto Keisuke、Onogawa Atsushi、Saito Shingo、Yamada Takane、Sato Kei、Utsuyama Naoto、Sano Yuichi、Izumi Daisuke、Yamanaka Junji、Hara Kosuke O、Sawano Kentarou、Nakagawa Kiyokazu
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 33 号: 12 ページ: 124016-124016

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aaeb10

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Si(110)基板上への組成傾斜SiGe層形成法に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      堀内 未希、斎藤 慎吾、原 康介、山中 淳二、有元 圭介
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 歪みSi/SiGe/Si(110)ヘテロ構造へのin situ Sbドーピングに関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉川 満希、浪内 大地、陳 北辰、堀内 未希、藤澤 泰輔、山中 淳二、原 康祐、中川 清和、有元 圭介
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Dependences of the hole mobility in the strained Si pMOSFET formed on SiGe/Si(110) on strained Si thickness and the channel direction2021

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Taisuke Fujisawa, Daichi Namiuchi, Atsushi Onogawa, Yuichi Sano, Daisuke Izumi, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kentarou Sawano, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] HREM Observation and Identification of the Causality of Twins in SiGe/Si (110)2020

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Yuichi Sano, Shingo Saito, Atsushi Onogawa, Kosuke Hara, Kiyokazu Nakagawa, Keisuke Arimoto
    • 学会等名
      Microscopy & Microanalysis 2020 Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 歪みSi/緩和SiGe/Si(110)ヘテロ構造p-MOSFETにおける正孔移動度のチャネル方向依存性2020

    • 著者名/発表者名
      藤澤 泰輔、各川 敦史、浪内 大地、佐野 雄一、泉 大輔、山中 淳二、原 康祐、澤野 憲太郎、中川 清和、有元 圭介
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Engineering Strain, Defects, and Electronic Properties of (110)-Oriented Strained Si2020

    • 著者名/発表者名
      K. Arimoto, J. Yamanaka, K. O. Hara, K. Sawano, N. Usami and K. Nakagawa
    • 学会等名
      ECS PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Si(110)基板上のSiGeの臨界膜厚に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      斎藤 慎吾、佐野 雄一、有元 圭介、山中 淳二、原 康祐、中川 清和
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 歪みSi/緩和SiGe/Si(110)ヘテロ構造p-MOSFETにおける電界効果移動度の歪みSi膜厚依存性2019

    • 著者名/発表者名
      藤澤 泰輔、各川 敦史、浪内 大地、斎藤 慎吾、佐野 雄一、泉 大輔、山中 淳二、原 康祐、澤野 憲太郎、中川 清和、有元 圭介
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 歪みSi/緩和SiGe/Si(110)ヘテロ構造の反転キャリアのHall移動度評価2019

    • 著者名/発表者名
      浪内 大地、澤野 憲太郎、各川 敦史、佐野 雄一、泉 大輔、有元 圭介、山中 淳二、原 康祐、中川 清和
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Relaxation of strain in Si layers formed on (110)-oriented SiGe/Si heterostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Atsushi Onogawa, Shingo Saito, Yuichi Sano, Daisuke Izumi, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      2nd Joint ISTDM / ICSI 2019 Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Crystal Lattice Rotation around a Stress-Induced Twin in a Step-Graded SiGe / Si(110) Using STEM Moiré Observation and its Image Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Chiaya Yamamoto, Mai Shirakura, Kosuke O. Hara, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Akimitsu Ishizuka, and Kazuo Ishizuka
    • 学会等名
      Microscopy & Microanalysis 2019 Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hole Mobility Enhancement Observed in (110)-Oriented Strained Si2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Naoto Utsuyama, Shohei Mitsui, Kei Satoh, Takane Yamada, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kentarou Sawano, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hole Mobility in Strained Si/Relaxed SiGe/Si(110) Hetero Structures Studied by Gated Hall Measurements2019

    • 著者名/発表者名
      Daichi Namiuchi, Atsushi Onogawa, Keisuke Arimoto, Yuichi Sano, Daisuke Izumi, Junji Yamanaka, Kosuke O Hara, Kentarou Sawano, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      8th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-8)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Critical Thickness of SiGe on Si(110) Substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo Saito, Yuichi Sano, Kosuke. O. Hara, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      8th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-8)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] (110)面歪みSi薄膜のラマン分光法による歪み評価2019

    • 著者名/発表者名
      有元 圭介、各川 敦史、斎藤 慎吾、原 康祐、山中 淳二、中川 清和
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Si(110)基板上に成長したSiGe混晶半導体の高分解能TEM観察2019

    • 著者名/発表者名
      佐野雄一, 有元圭介, 斎藤慎吾, 各川敦史, 原康祐, 中川清和, 山中淳二
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第43回関東支部講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 階段状組成傾斜SiGe/Si(110)のSTEM モアレ観察と面間隔評価2018

    • 著者名/発表者名
      山中淳二、山本千綾、白倉麻依、佐藤圭、山田祟峰、原康祐、有元圭介、中川清和、石塚顕在、石塚和夫
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Stability of strain in Si layers formed on SiGe/Si(110) heterostructures2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Takane Yamada, Kei Sato, Naoto Utsuyama, Atsushi Onogawa, Junji Yamanaka, Kosuke O. Hara, Kiyokazu Nakagawa
    • 学会等名
      Joint ISTDM/ICSI 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STEM Moiré Observation of the Compositionally Step-Graded SiGe Thin Film and its Image Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Chiaya Yamamoto, Mai Shirakura, Kei Sato, Takane Yamada, Kosuke O. Hara, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Akimitsu Ishizuka, and Kazuo Ishizuka
    • 学会等名
      19th International Microscopy Congress (IMC19)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Feasibility Study to Evaluate Lattice-Space Changing of a Step-Graded SiGe / Si (110) Using STEM Moiré2018

    • 著者名/発表者名
      Junji Yamanaka, Mai Shirakura, Chiaya Yamamoto, Kei Sato, Takane Yamada, Kosuke O. Hara, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Akimitsu Ishizuka, Kazuo Ishizuka
    • 学会等名
      The 3rd Int'l Conference on Metal Materials and Engineering (MME 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Si(110)上に形成されたSiGeの格子歪みの熱的安定性2018

    • 著者名/発表者名
      大島 佑介、山田 崇峰、有元 圭介、山中 淳二、原 康祐、中川 清和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] SiGe/Si(110)構造の表面形状形成過程に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      斎藤 慎吾、佐野 雄一、山田 崇峰、原 康祐、山中 淳二、有元 圭介、中川 清和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 伸張歪みSi/緩和SiGe/Si(110)ヘテロ構造のゲート電圧印加Hall測定による移動度評価2018

    • 著者名/発表者名
      浪内 大地、佐藤 圭、澤野 憲太郎、有元 圭介、山中 淳二、原 康祐、中川 清和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] クリスタル科学研究センター(研究紹介)

    • URL

      https://www.inorg.yamanashi.ac.jp/research/12

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 有元・原研究室ホームページ

    • URL

      https://www.inorg.yamanashi.ac.jp/research/12

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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