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

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14040208
• 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)
• キーワード: 強誘電体 / 高誘電率材料 / 機能性デバイス / 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

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。最初に、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を探索した。種々の材料の薄膜をゾルゲル法により作製して評価したところ、従来から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薄膜において、サマリウムの添加量とともに残留分極が低下し、抗電界は増加することを明らかにした。サマリウム組成0.21のSSBT膜においては、残留分極1.7μC/cm^2、抗電界85kV/cmと強誘電体ゲートトランジスタに適した特性を得ることができた。次にこのSSBTと絶縁体バッファ層にアルミナ/窒化シリコン積層構造を用いて金属/強誘電体/絶縁体/半導体(MFIS)構造を作製し、±5V印加時に1.1Vのメモリウインドウが得られた。しかし同時に強誘電体の高温プロセス中に界面層が形成されてしまうことが明らかとなった。従ってこの問題点を克服するため、次に浮遊電極を挿入した金属/強誘電体/金属/絶縁体/半導体(MFMIS)構造を作製したところ、±5V印加時に2.0Vと、ほぼ理論値通りのメモリウインドウの値が得られた。来年度はトランジスタの試作へと研究を進める。これと平行して、高誘電率材料の気相成長技術についても検討した。本年度は装置の組み立てから開始し、原料中に酸素や塩素を含まないアミン系原料と水を用いてハフニア膜を作製し、良好な電気的特性が得られることを明らかにした。

研究成果

• [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)