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III-As/Sbナノワイヤヘテロ構造選択成長と立体集積回路応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 20J20578
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
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関北海道大学

研究代表者

蒲生 浩憲  北海道大学, 情報科学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードナノワイヤ / 結晶成長 / MOVPE / ナノ材料 / 半導体デバイス / ナノワイヤFET
研究開始時の研究の概要

CMOS回路で、高性能化と電流密度の整合を図るために、高い電子移動度と正孔移動度を有するIII-As/Sbチャネル材料をMOVPE法により混載集積する。また、ナノワイヤヘテロ構造を選択エッチングすることで、n型III-Asナノワイヤとp型III-Sbナノチューブサラウンディングゲートトランジスタを同時作製し、課題であるトランジスタ性能の整合を特異な構造により図り、三次元立体回路の実現を目指す。

研究実績の概要

本研究では、半導体選択成長技術を用いてIn(Ga)As/GaSbコアシェルナノワイヤをSOI(111)細線構造上に選択成長する技術を確立する。このナノワイヤをチャネルとして用いることで、低消費電力化と高性能化を両立できる立体集積回路の基盤技術を確立する。In(Ga)As/GaSbコアシェルナノワイヤを用いることで、高い移動度を有するIn(Ga)Asナノワイヤ(コア)をn型チャネル、GaSbシェルをp型チャネルとして用いることができる。これにより、III-V集積回路の課題であるn型、p型チャネルの一括集積の課題を解決できる。また、単一のナノワイヤチャネルでn型、p型動作が可能で、柔軟な回路設計が期待できる。さらに、この縦型ナノワイヤFET構造からなる立体集積回路を作製し、回路動作を評価することで、超低消費電力・超高性能立体集積回路の実現を目指す。
研究期間を3年に設定し、(i) 結晶成長【In(Ga)As/GaSbコアシェルナノワイヤ集積とSOI細線上のナノワイヤ集積技術】、(ii) デバイス作製【InAsナノワイヤ縦型トランジスタとGaSb縦型トランジスタ作製】、(iii) 回路実証【インバータ回路・リング発振回路による評価】の3課題について取り組む。
R4年度では、主に下記の研究事項について実施した。
・InGaAs/GaSbコアシェルナノワイヤを用いたn型、p型トランジスタの高性能化

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Integration of Indium Arsenide/Indium Phosphide Core-Shell Nanowire Vertical Gate-All-Around Field-Effect Transistors on Si2020

    • 著者名/発表者名
      Gamo Hironori、Tomioka Katsuhiro
    • 雑誌名

      IEEE Electron Device Letters

      巻: 41 号: 8 ページ: 1169-1172

    • DOI

      10.1109/led.2020.3004157

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Selective-Area Growth of AlInAs Nanowires2020

    • 著者名/発表者名
      Tai Yoshiki、Gamo Hironori、Motohisa Junichi、Tomioka Katsuhiro
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 号: 6 ページ: 149-153

    • DOI

      10.1149/09806.0149ecst

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vertical Gate-All-Around Tunnel FETs Using InGaAs Nanowire/Si with Core-Multishell Structure2020

    • 著者名/発表者名
      Tomioka Katsuhiro、Gamo Hironori、Motohisa Junichi、Fukui Takashi
    • 雑誌名

      IEEE IEDM Technical Digest

      巻: IEDM-2020 ページ: 429-432

    • DOI

      10.1109/iedm13553.2020.9371991

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Selective-area growth of pulse-doped InAs related nanowire-channels on Si2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori. Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    • 学会等名
      20th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XX)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of InAs nanowire vertical transistors2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week 2022 (CSW 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual switching operation of vertical gate-all-around transistor using InGaAs/GaSb core-shell nanowires on Si2021

    • 著者名/発表者名
      Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    • 学会等名
      34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Si上のInAs/GaSbコアシェルナノワイヤ縦型サラウンディングゲートトランジスタの試作2021

    • 著者名/発表者名
      蒲生 浩憲、本久 順一、冨岡 克広
    • 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] Selective-area growth of InGaAs/GaSb core-shell nanowires on Si2020

    • 著者名/発表者名
      Hironori Gamo, Lian Chen, Yu Katsumi, Junichi Motohisa and Katsuhiro Tomioka
    • 学会等名
      2020 International Conference on Solid State Device and Materials (SSDM2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Si上InAs/GaSbコアシェルナノワイヤ選択成長と電気特性2020

    • 著者名/発表者名
      蒲生 浩憲、Lian Chen、勝見 悠、本久 順一、冨岡 克広
    • 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
  • [産業財産権] マルチモードスイッチ素子2022

    • 発明者名
      蒲生浩憲、冨岡克広
    • 権利者名
      蒲生浩憲、冨岡克広
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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