強誘電体を用いた金属・導電体中の電荷制御とスイッチング素子への応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655117
• 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 / 導電性酸化物 / チタン酸ランタンビスマス(BLT) / ゾルゲル法 / 導電率変調

研究概要

本研究の目的は、強誘電体を用いて従来のシリコンMOSFETの10倍以上、10μC/cm_2以上の巨大な電荷量を制御するスイッチング素子の可能性を示すことである。本年度は基礎的な研究を中心に進めた。まず最初に残留分極の大きな強誘電体を得ることを目的として材料としてはチタン酸ランタンビスマス(BLT)を選定し、様々な条件で薄膜作製を行った。本研究では、ゾルゲル法による薄膜作製プロセス中にプラズマ処理を施すという全く新しい手法を導入し、プラズマ処理によってほぼ完全にC軸配向を抑制できることに成功した。特に結晶化アニールする前の仮焼成後に、試料表面をアルゴンプラズマによりわずかにエッチングすることで顕著な効果が得られた。また、このような結晶方位の変化に伴い、電気的特性が改善されることが明らかとなった。750℃で結晶化したランタン組成0.75のBLTにおいて、残留分極(2Pr)35μC/cm_2以上を達成した。この強誘電体の電荷量は、シリコンMOSFETで用いられるSiO_2、ゲート絶縁膜が誘起可能な電荷量のほぼ10倍であり、膜厚10nmでキャリア濃度が1x10^<20>cm^<-3>の導電体のキャリアを完全に空乏化できる値と考えられる。次にチャネルとなる導電性酸化物としてITOを採用し、スパッタ法およびレーザ分子線エピタキシー法による薄膜作製に着手し、特性の評価を行った。さらに、ボトムゲート型のトランジスタ作製のためのマスクを準備し、作製プロセスの検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] Naoki SUGITA: "Characterization of Sol-gel Derived Bi_<4-1>LaxTi_3O_<12> Films"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41 Part1, No.11B. 6810-6813 (2002)
• [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 Part1, No.11B. 6886-6889 (2002)
• [文献書誌] EISUKE TOKUMITS: "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: "Ferroelectric-Gate Structures Films and Field-Effect Transistors Using (Bi,La)_4Ti_3O_<12> Films"Materials Research Society Symp. Proc.. Vol.688 Papaer C4.1. 67-72 (2002)
• [文献書誌] E.Tokumitsu: "Sm DOPING EFFECTS ON ELECTRICAL PROPERTIES OF SOL-GEL DERIVED SrBi_2Ta_9O_9 FILMS"Materials Research Society Symp. Proc. (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)