絶縁膜界面バンドアライメント変調のための界面電荷エンジニアリングとその効果の実証

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04550
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 喜多 浩之 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00343145)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2024-03-31
• キーワード: 電子・電気材料 / 表面・界面物性 / 誘電体 / 電子デバイス・機器 / 界面双極子 / 応力印加

研究成果の概要

次世代パワーMOFETのゲートスタック構造で重要となるSiC/SiO2界面やGa2O3/SiO2界面では，界面形成プロセスによって界面ダイポールの形成や界面固定電荷の発生・消滅があるのだがその実態は把握されていなかった。本研究ではバンドアライメントやフラットバンド電圧の変化について，それらに影響する各因子を初めて明確に区別しながら定量化したほか，これらの変化が僅かな歪みの印加に敏感に応答して変化する場合があることを発見した。またペロブスカイト酸化物のエピタキシャル積層膜の界面ダイポール効果の解析においては，ダイポールが局所的に生成しており，その強度が面内で分布するという理解の妥当性を証明した。

自由記述の分野

電子デバイス材料工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

ワイドギャップ半導体のMOSFETでは閾値の制御性や，ゲートリーク電流の抑制が重要な課題となっている。これらの特性はMOS界面のバンドアライメントを決定する界面ダイポール効果や，フラットバンド電圧を左右する固定電荷によって決定されており，本研究ではそれらを明確に区別する手順を示すとともに，実際に各因子を定量化し，それらの制御のための指針を提案した。さらに応力がこれらに影響を与える理由も明らかにした。これらの情報は，デバイス構造の設計やデバイス形成プロセスの設計において重要な知見となる。