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2017 年度 実施状況報告書

ガラス上の自己整合4端子poly-Ⅳ族TFTによる高性能ハイブリッドCMOS

研究課題

研究課題/領域番号 16K06311
研究機関東北学院大学

研究代表者

原 明人  東北学院大学, 工学部, 教授 (20417398)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード薄膜トランジスタ / CMOS / 多結晶シリコン / 多結晶ゲルマニウム / 多結晶ゲルマニウムスズ
研究実績の概要

微細化に依存せずに高性能かつ高機能な多結晶シリコン(poly-Si)薄膜トランジスタ(TFT)をガラス上に実現する手法として、自己整合四端子(4T)平面型メタルダブルゲート低温poly-Si(LTPS)TFTに注目している。昨年度は4T LTPS TFTから構成されるCMOSインバータを形成し、 Vdd=1.0 Vでのインバータ動作を確認した。本年度は、更なる性能向上を目指すため、high-kゲート絶縁膜の導入に向けプロセス開発を進めた。High-k 4T LTPS TFTの完全動作には至っていないが、130 mV/decという小さいs.s.値を示す実験結果が得られた。この技術は、低消費電力・低価格のガラス上IoTデバイスの実現に道を開くものである。
一方、Siを超えるTFTとしてゲルマニウム(Ge)に注目している。銅(Cu)を利用した金属誘起結晶化(MIC)による自己整合4T多結晶ゲルマニウム(poly-Ge)TFTおよび自己整合4T多結晶ゲルマニウムスズ(poly-Ge1-xSnx) TFTの動作に成功し、poly-Ge TFTおよびpoly-Ge1-xSnx TFTの問題点および今後研究をすべき重点項目が明らかになってきた。
さらに、塗布プラスチック(ポリイミド)上にトップゲート(TG) Cu-MIC poly-Ge TFTを実現し、on/off比 9、移動度 6.0 cm2/Vsを実現した。On/off比は低いものの、得られた高い移動度はpoly-Ge TFTのフレキシブルエレクトロニクスへの潜在能力を示している。On/off比の改善は、ダブルゲート化により改善できる見込みである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ガラス基板上で低温プロセスによる4T poly-Si TFTによる1.0 V動作のCMOSインバータの開発に成功し、さらにダブルゲートおよび4T poly-Ge TFTの動作にも成功した。加えて、塗布プラスチック基板上にpoly-Ge TFTの開発に成功した。

今後の研究の推進方策

ガラス基板上の低温プロセスによる4T poly-Si TFT CMOSについてはhigh-kの導入により高性能化を狙う。Poly-Ge TFTはレーザ結晶化を導入し高性能化を試みる。塗布プラスチック基板上にpoly-Ge TFTに関してはダブルゲート化により高性能化を目指す。

次年度使用額が生じた理由

研究代表者の予算状況の把握が不十分であったことによるが、その差額は15271円と少額に収まっている。差額は、2018年度のデバイス形成で必要になる消耗品の購入費用ととして活用する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Performance of four-terminal low-temperature polycrystalline-silicon thin-film transistors and their application in CMOS inverters on glass substrates2018

    • 著者名/発表者名
      Ohsawa Hiroki, Utsumi Hiroki, Hara Akito
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 03DB01-1~6

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.03DB01

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of defects in low-temperature polycrystalline silicon thin films related to surface-enhanced Raman scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Kitahara Kuninori, Yeh Wenchang, Hara Akito
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 011401-1~8

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.011401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ground-state splitting of ultrashallow thermal donors with negative central-cell corrections in silicon2017

    • 著者名/発表者名
      Hara Akito, Awano Teruyoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 068001-1~3

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.068001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-Aligned Planar Metal Double-Gate Cu-MIC Poly-Ge TFTs Fabricated at 300°C on a Glass Substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Utsumi Hiroki, Sasaki Taisei, Sekiguchi Shunya, Takeuchi Shoya, Ohsawa Hiroki, Hara Akito
    • 雑誌名

      SID Symposium Digest of Technical Papers

      巻: 48 ページ: 1789~1792

    • DOI

      10.1002/sdtp.12032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ガラス基板上の多結晶シリコン薄膜トランジスタの高性能化・高機能化2017

    • 著者名/発表者名
      原明人
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 86 ページ: 962-966

    • 査読あり
  • [学会発表] 拡張ゲートpHセンサに向けたガラス基板上の4端子LTPS TFT2018

    • 著者名/発表者名
      原明人,内海大樹
    • 学会等名
      平成29年度生体医歯工学共同研究拠点 成果報告会
  • [学会発表] 塗布プラスチック上の300℃プロセスによるCu-MIC poly-Ge TFT2018

    • 著者名/発表者名
      内海大樹, 原明人
    • 学会等名
      2018年春季応用物理学会講演会
  • [学会発表] ガラス基板上の自己整合ダブルゲートCu-MIC Poly-Ge1-xSnx TFT2018

    • 著者名/発表者名
      西口 尚希, 宮崎 寮, 内海 大樹, 原 明人
    • 学会等名
      2018年春季応用物理学会講演会
  • [学会発表] ガラス基板上の自己整合4端子Cu-MIC poly-Ge1-xSnx TFTの開発2018

    • 著者名/発表者名
      宮崎 僚,西口 尚希,内海 大樹,原 明人
    • 学会等名
      2018年春季応用物理学会講演会
  • [学会発表] プラスチック上のCu-MIC多結晶ゲルマニウム薄膜トランジスタ2018

    • 著者名/発表者名
      内海大樹, 原明人
    • 学会等名
      平成30年東北地区若手研究者研究発表会
  • [学会発表] 300℃プロセスによって形成した自己整合四端子Cu-MIC poly-Ge TFTの開発2017

    • 著者名/発表者名
      内海 大樹, 佐々木 大精, 関口 竣也, 竹内 翔弥, 原 明人
    • 学会等名
      IEICE technical report : 信学技報 117(7), 1-4
  • [学会発表] Four-terminal polycrystalline-silicon thin-film transistors fabricated by nickel metal-induced crystallization and hafnium oxide dielectric on a glass substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Shyota Nibe, Akito Hara
    • 学会等名
      The 24th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD)
    • 国際学会
  • [学会発表] Four-terminal polycrystalline-germanium thin-film transistors fabricated at 300°C by metal induced crystallization using copper on a glass substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Utsumi, Hiroki Ohsawa, Akito Hara
    • 学会等名
      The 24th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD)
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance of four-terminal low-temperature polycrystalline-silicon thin-film transistors and their application to CMOS inverter on a glass substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ohsawa, Hiroki Utsumi, Akito Hara
    • 学会等名
      The 24th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD)
    • 国際学会
  • [学会発表] Splitting of Ground State of Ultrashallow Thermal Donors in Silicon Crystals2017

    • 著者名/発表者名
      Akito Hara and Teruyoshi Awano
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Defects in Semiconductors
    • 国際学会
  • [学会発表] Four-Terminal LTPS TFTs on a Glass Substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Akito Hara and Hiroki Ohsawa
    • 学会等名
      The 17th International Meeting of Information Display
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 300℃プロセスによる自己整合四端子Cu-MIC poly-Ge TFT2017

    • 著者名/発表者名
      内海大樹, 原明人
    • 学会等名
      2017年秋季応用物理学会講演会
  • [学会発表] ガラス基板上の4端子低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ2017

    • 著者名/発表者名
      原明人
    • 学会等名
      2017年薄膜材料デバイス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] ガラス基板上の自己整合メタルダブルゲート Cu-MIC 多結晶ゲルマニウムスズ薄膜トランジスタ2017

    • 著者名/発表者名
      西口尚希, 尾形康平, 黒田龍靖, 高野祥宏, 宮崎寮, 内海大樹, 原明人
    • 学会等名
      2017年薄膜材料デバイス研究会
  • [学会発表] 300 ℃プロセスによる自己整合4端子Cu-MIC poly-Ge TFT2017

    • 著者名/発表者名
      内海 大樹,原 明人
    • 学会等名
      2017年薄膜材料デバイス研究会
  • [学会発表] Four-Terminal Low-Temperature Polycrystalline-Silicon Thin-Film Transistors on Glass Substrates for Application in Extended Gate pH Sensor2017

    • 著者名/発表者名
      Akito Hara, Hiroki Utsumi and Hiroki Ohsawa
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Biomedical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Double-Gate P-ch Cu-MIC Low-Temperature Poly-GeSn TFTs on Glass Substrates2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiguchi, Ryo Miyazaki, Kohei Ogata, Ryusei Kuroda, Yoshihiro Takano, Hiroki Utsumi, Akito Hara
    • 学会等名
      The 24th International Display Workshops
    • 国際学会
  • [学会発表] ガラス基板上の自己整合メタルダブルゲートCu-MIC多結晶ゲルマニウムスズ薄膜トランジスタ2017

    • 著者名/発表者名
      西口尚希,内海弘樹,原明人
    • 学会等名
      IEICE technical report: 信学技報 117(373), 67-70
  • [備考] 東北学院大学 原明人

    • URL

      www.tohoku-gakuin.ac.jp/faculty/engineering/elec/staff/hara.html

  • [産業財産権] 半導体装置2017

    • 発明者名
      原明人
    • 権利者名
      東北学院
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-099914

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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