金属／半導体界面におけるフェルミレベルピンニングとその緩和機構に関する研究

• 研究課題/領域番号: 25420320
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 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: 西村 知紀 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術専門職員 (10396781)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: MOSFET / ゲルマニウム / フェルミレベルピンニング / 金属/半導体界面 / 半導体

研究成果の概要

金属/Ｇｅ界面の強力なフェルミレベルピンニング（ＦＬＰ）に対し，メカニズムの理解とショットキー障壁高さの制御指針の構築を目指した．理想的なＧｅ表面の形成として水素雰囲気中熱処理による原子レベル平坦表面を有するステップ＆テラス構造の形成を実現した．しかしながらこれらはＧｅ電界効果トランジスタの特性を改善するが，ＦＬＰには影響を与えなかった．一方で金属Ｇｅ化合物/Ｇｅ界面ではＦＬＰが緩和し，ショットキー障壁高さが大幅な界面構造依存性を有することを明らかにした．これはＧｅのＦＬＰが金属の自由電子密度に応じて変化する本質的な半導体中への電子の浸み出しのメカニズムにより説明されることを示唆する．

研究成果

• [雑誌論文] "Atomically flat planarization of Ge(100), (110), and (111) surfaces in H2 annealing. " (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Nishimura, Shoichi Kabuyanagi, Wenfeng Zhang, Choong Hyun Lee, Takeaki Yajima, Kosuke Nagashio, and Akira Toriumi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 5 ページ: 051301-051301
  • DOI: 10.7567/apex.7.051301
  • NAID: 210000137073
  • 査読あり
• [学会発表] Design of Metals for Fermi-level Pinning Modulation at Ge/Metal Interfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, T. Yajima, and A. Toriumi
  • 学会等名: International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016) and 7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-VII)
  • 発表場所: 名古屋大学 （愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-06-07
  • 国際学会
• [学会発表] 界面ダイポール密度の制御による金属/Ge界面のフェルミレベルピンニング緩和の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 西村知紀，矢嶋赳彬，鳥海明
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 （東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Atomically Flat Germanium (111) Surface by Hydrogen Annealing (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, S. Kabuyanagi, C. H. Lee, T. Yajima, K. Nagashio, and A. Toriumi
  • 学会等名: 224th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, U.S.
• [学会発表] Charge neutrality level shift in the Bardeen limit of Fermi-level pinning at atomically flat Ge/metal interface (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, T. Nakamura, T. Yajima, K. Nagashio and A.Toriumi
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka, Kyushu University
• [学会発表] Study of Strong Fermi Level Pinning at Metal/Germanium Interface Based on the Impact of Ultra-thin Insulator Insertion (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, T. Nakamura, and A. Toriumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Control of Semiconductor Interface
  • 発表場所: Fukuoka, Hilton Fukuoka sea hawk