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GeSnコアシェルナノワイヤアレイの作製、評価とデバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 21J11537
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28020:ナノ構造物理関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2022)
筑波大学 (2021)

研究代表者

孫 永烈  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, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードSemiconductor / Nanowire / Hole gas / Core-shell / Germanium / nanowire / core-shell / germanium / nanoimprint lithography
研究開始時の研究の概要

縦型ナノワイヤ構造トランジスタが、高集積化かつ高速なON/OFF切り替え等の利点を有していることで、次世代MOSFETとして、有力な候補である。また、GeSnは、従来のSiに比べ、高いキャリヤ移動度を有し、超高速トランジスタのチャンネル材料として注目されている。本研究の概要は、GeSnシェル層の垂直配列コアシェルナノワイヤアレイを作製し、Sn濃度、分布及び結晶性を評価すると共に、縦型GeSnナノワイヤMOSFETを開発し、その超高速動作と高い制御性を実証する。

研究実績の概要

To fabricate vertical GeSn core-shell nanowire (NW) MOSFETs, i-Ge NWs and their core-shell heterostructures formed on heavily doped p-Si substrates using electron beam lithography (EBL) and the top-down etching (Bosch process) was investigated. The i-Ge layer deposition by chemical vapor deposition (CVD) was first investigated for optimizing thickness and crystallinity. Sets of single Ge NWs (for device fabrication) and Ge NW arrays (for characterization) with diameters ranging from 150 to 50 nm were fabricated using EBL and Bosch etching. Surface morphology, NW size, etching depth relative to pattern size, and etching conditions were investigated to obtain desirable structures. As a result of optimization, Ge NW arrays with smooth surfaces and uniform diameters in the length direction were successfully fabricated on Si substrates.
The core-shell heterostructure was then formed by CVD and the shell thickness, boron doping, and crystallinity were optimized. Raman scattering was used to evaluate the hole gas accumulation in the core relative to NW size. In addition, the core-shell interface, shell crystallinity, and elemental distribution were studied by transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis. The results demonstrated a core-shell NW structure with sharp interfaces. Finally, the fabricated samples were sent to a collaborative research group for fabricating vertical core-shell NW MOSFETs. Some of the above results were presented at the conference, and we plan to compile the full results and publish them in a paper.

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

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] ZnO/Ge Core-Shell Nanowires and Ge Nanotubes Fabricated by Chemical Vapor Deposition and Wet Etching2022

    • 著者名/発表者名
      Yong-Lie Sun, Xiang-Dong Zheng, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: - 号: 32 ページ: 325602-325602

    • DOI

      10.1088/1361-6528/ac6bac

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Fabrication of Si Nanotube Arrays by Nanoimprint Lithography with Spacer Patterning.2023

    • 著者名/発表者名
      Yonglie Sun, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata.
    • 学会等名
      The 70th JSAP Spring Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Top-down Fabrication of Ge/Si core/shell Nanowire Channels for Vertical-type Field Effect Transistors.2023

    • 著者名/発表者名
      Chao Le, Yonglie Sun, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata.
    • 学会等名
      The 70th JSAP Spring Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Graphene covered nanowires and SiC nanotubes fabricated by CVD.2023

    • 著者名/発表者名
      Pengyu Zhang, Yonglie Sun, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata.
    • 学会等名
      The 70th JSAP Spring Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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