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2020 年度 実績報告書

Hf系強誘電体ゲートFETのチャネル伝導機構の解明と人工神経回路網への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15021
研究機関東京大学

研究代表者

トープラサートポン カシディット  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00826472)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード強誘電体FET / FeFET / デバイス物理
研究実績の概要

本研究は強誘電体ゲート絶縁膜を用いた強誘電体トランジスタにおけるデバイス動作の物理機構を明らかにすることでAIハードウェアを構成する素子に向けた設計指針の確立と動作実証を目指している。強誘電体トランジスタは強誘電体ハフニアの発見以来盛んに研究されているものの、(i)強誘電体ハフニアと半導体チャネルであるシリコンの間の界面特性と(ii)微視的なデバイス動作が十分に理解されておらず、デバイスの厳密な設計が困難であった。
(i)強誘電体トランジスタの界面特性を調べるために、様々な条件で作製した強誘電体トランジスタに容量解析を適用した。ハフニアとシリコンの間の界面層の存在により、プロセス設計の際に強誘電特性と界面特性にトレードオフが存在することを示した。重要な工程である熱処理で温度を適正(400℃程度)にすることで、強誘電体の結晶化と低品質な界面層形成の抑制を同時に達成することができることを示し、重要なプロセス指針を確立した。
(ii)強誘電体トランジスタの動作を理解するために、強誘電体の自発分極がどのように半導体で電荷を誘起しているかを観察する手法である4端子分極特性法および準静的Split C-V測定法を昨年度に提案した。提案した評価法で強誘電体トランジスタを解析した結果、nチャネルとpチャネルの強誘電体トランジスタに大きさ動作の違いがあることを発見した。nチャネルの場合は界面に巨大なトラップ密度が存在するため分極が効率よく誘起でき、良好なメモリ特性が確認できた。それに対し、pチャネルの場合は界面に巨大なトラップ密度が確認されなかったため、メモリ特性が劣るが半導体(シリコン)側に電荷を効率よく誘起でき、高い電荷密度が確認できた。このように強誘電体トランジスタを設計する際に、目標の用途によりチャネルの種類およびトラップ密度が重要な要素であることが明らかになった。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Improved Ferroelectric/Semiconductor Interface Properties in Hf0.5Zr0.5O2 Ferroelectric FETs by Low-Temperature Annealing2020

    • 著者名/発表者名
      Kasidit Toprasertpong、Kento Tahara、Taichiro Fukui、Zaoyang Lin、Kouhei Watanabe、Mitsuru Takenaka、Shinichi Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Electron Device Letters

      巻: 41 ページ: 1588~1591

    • DOI

      10.1109/LED.2020.3019265

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of polarization characteristics in metal/ferroelectric/semiconductor capacitors and ferroelectric field-effect transistors2020

    • 著者名/発表者名
      Kasidit Toprasertpong、Kento Tahara、Mitsuru Takenaka、Shinichi Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 ページ: 242903~242903

    • DOI

      10.1063/5.0008060

    • 査読あり
  • [学会発表] HfZrO-based ferroelectric devices for lower power AI and memory applications2021

    • 著者名/発表者名
      S. Takagi, K. Toprasertpong, K. Tahara, E. Nako, R. Nakane, Z. Wang, X. Luo, T. E. Lee, and M. Takenaka
    • 学会等名
      240th ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Strategy toward HZO BEOL-FeRAM with low-voltage operation (<=1.2 V), low process temperature, and high endurance by thickness scaling2021

    • 著者名/発表者名
      K. Tahara, K. Toprasertpong, Y. Hikosaka, K. Nakamura, H. Saito, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      2021 Symposia on VLSI Technology and Circuits
    • 国際学会
  • [学会発表] Critical impact of ferroelectric-phase formation annealing on MFIS interface of HfO2-based Si FeFETs2020

    • 著者名/発表者名
      K. Toprasertpong, K. Tahara, T. Fukui, Z.-Y. Lin, K. Watanabe, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymmetric polarization response of electrons and holes in Si FeFETs: Demonstration of absolute polarization hysteresis loop and inversion hole density over 2×1013 cm-22020

    • 著者名/発表者名
      K. Toprasertpong, Z.-Y. Lin, T.-E. Lee, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      2020 Symposia on VLSI Technology and Circuits
    • 国際学会
  • [学会発表] Advanced CMOS technologies for ultra-low power logic and AI applications2020

    • 著者名/発表者名
      S. Takagi, K. Toprasertpong, K. Kato, K. Sumita, E. Nako, R. Nakane, K.-W. Jo, and M. Takenaka
    • 学会等名
      IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing (EDTM) Conference 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] HfO2系FeFETにおける結晶化アニール温度とSi界面特性のトレードオフ2020

    • 著者名/発表者名
      トープラサートポン カシディット,田原建人,福井太一郎,林早ザオヤーン,渡辺耕坪,竹中充,高木信一
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Si強誘電体FETにおける強誘電分極に誘起される反転層電荷の振る舞い2020

    • 著者名/発表者名
      トープラサートポン カシディット,林ザオヤーン,李宗恩,竹中充,高木信一
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Si強誘電体FETにおける強誘電分極・反転層電荷・トラップ電荷のカップリングとメモリ特性への影響2020

    • 著者名/発表者名
      トープラサートポン カシディット,林ザオヤーン,李宗恩,竹中充,高木信一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ICD/SDM/ITE-IST研究会
    • 招待講演
  • [備考] ResearchGate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Kasidit-Toprasertpong

  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/toprasertpong/

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公開日: 2021-12-27  

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