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2018 年度 実績報告書

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 / 多結晶シリコン / 多結晶ゲルマニウム / 4端子 / ハイブリッドCMOS / インバータ
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の開発を進めた。まず、SiO2ゲートスタックを有する4T LTPS TFTから構成されたCMOSインバータを石英ガラス基板上に550℃プロセスで開発した。4T構造が有するVthの精密制御という特徴を生かし、 Vdd=1.0 Vでのインバータ動作を実現した。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CMOSインバータ動作には至っていないが、上下のゲートを連結したダブルゲート(DG)モードで130 mV/decという小さいs.s.値を示す結果が得られた。これらの結果は、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。
さらに、p-ch TFTとして高い移動度を有する多結晶ゲルマニウム(poly-Ge)を用いことにより、n-ch poly-Si TFTとp-ch poly-Ge TFTのハイブリッドCMOSを形成することを目指し、p-ch poly-Ge TFTの開発を進めた。銅(Cu)を利用した金属誘起結晶化(MIC)技術を利用し、ガラス基板上で自己整合4T poly-Ge TFTおよび自己整合4T poly-Ge1-xSnx TFTの動作に成功した。この結果は、ハイブリッドCMOSの可能性を示唆するものである。
加えて、塗布プラスチック上にDG Cu-MIC p-ch poly-Ge TFTを実現し、on/off比:約2000、DG動作時の最高移動度:約30 cm2/Vsを実現した。これらの値は、プラスチック上へのpoly-Ge TFTの可能性を示唆する結果である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Double-gate polycrystalline-germanium thin-film transistors using copper-induced crystallization on flexible plastic substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Utsumi, Naoki Nishiguchi, Ryo Miyazaki, Hitoshi Suzuki, Kuninori Kitahara and Akito Hara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: 046501-1-7

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab0366

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ground state of ultrashallow thermal donors in silicon2018

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 101301~101301

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.101301

    • 査読あり
  • [学会発表] プラスチック上のダブルゲート poly-GeSn 薄膜トランジスタの開発2019

    • 著者名/発表者名
      武田直樹、原明人
    • 学会等名
      平成31年東北地区若手研究者研究発表会
  • [学会発表] 多結晶 InSb 薄膜トランジスタの開発2019

    • 著者名/発表者名
      武山兼児、原明人
    • 学会等名
      平成31年東北地区若手研究者研究発表会
  • [学会発表] スピンコートによって形成したPI上のダブルゲートCu-MIC poly-Ge TFT2019

    • 著者名/発表者名
      内海 大樹、原 明人
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 高誘電率絶縁膜を用いたCu-MIC 4端子poly-GexSn1-xTFTの開発2019

    • 著者名/発表者名
      宮崎 僚、内海 大樹、原 明人
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] High-Kを利用した4端子poly-Si TFTのpHセンサへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      原明人,西口尚希
    • 学会等名
      平成30年度生体医歯工学共同研究拠点成果報告会
  • [学会発表] Ⅳ族系薄膜トランジスタの高性能化・高機能化2018

    • 著者名/発表者名
      原明人
    • 学会等名
      IEICE technical report : 信学技報 118(2), 19-24, 2018-04-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-Aligned Double-Gate Cu-MIC Poly-Ge1-xSnx Thin-Film Transistors on a Glass Substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Nishiguchi Naoki、Miyazaki Ryo、Utsumi Hiroki、Hara Akito
    • 学会等名
      SID Symposium Digest of Technical Papers
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Aligned Four-Terminal P-Channel Cu-MIC Poly-Ge1-xSnx Thin-Film Transistors on a Glass Substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Ryo、Nishiguchi Naoki、Utsumi Hiroki、Hara Akito
    • 学会等名
      2018 25th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD)
    • 国際学会
  • [学会発表] ガラス基板上の高誘電率ゲート絶縁膜を有する 4 端子低温 poly-Si TFT2018

    • 著者名/発表者名
      西口 尚希、原 明人
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Si中のウルトラシャローサーマルドナーの基底状態2018

    • 著者名/発表者名
      原 明人、淡野 照義
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Upper Ground State of Ultrashallow Thermal Donors in Silicon2018

    • 著者名/発表者名
      A. Hara and T. Awano
    • 学会等名
      UVSOR ACTIVITY REPORT 2017
  • [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2018

    • 著者名/発表者名
      原明人
    • 学会等名
      文部科学ナノテクノロジープラットフォーム利用成果発表会
  • [学会発表] Four-Terminal Low-Temperature Poly-Si TFT with HfO2 Gate Stack on Glass Substrate for Extended pH Sensor2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nishiguchi, Akito Hara
    • 学会等名
      The 3rd Interational Symposium on Biomedical Engineering (ISBE2018)
    • 国際学会
  • [備考] 東北学院大学 教員紹介 原明人

    • URL

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

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公開日: 2019-12-27  

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