研究課題
近年、多種多様なデバイスが開発され実用化に向けて研究がなされている。デバイスの物性解明には電子状態の測定が必要不可欠であるが、電子状態測定は無バイアス下で行われており、デバイスの物性を詳細に理解するにはデバイス動作下での電子状態測定が必要不可欠である。本研究では申請者のグループが開発したバイアス電圧印加硬X線光電子分光法を用いてデバイス動作下での電子状態の直接観測を行う。この手法は作製した素子をそのままの状態でかつバイアス電圧印加状態で電子状態が測定可能な手法である。当該年度は金属/高誘電体膜/SiO2/半導体における局所ポテンシャル分布、異種界面電子状態の電圧依存性の直接観測に関する実験を遂行した。加えて、本系は次世代のICに採用される系であるのみにも関わらず未だフェルミレベルピンニングが問題となっている系であり、かつその起源は未だ不明である。そこで当該年度は本手法を用いて金属/高誘電体膜/SiO2/半導体デバイスのフェルミレベルピンニングの起源も明らかにすることを試みた。白金を金属として用いた際、白金/高誘電体膜間で急激なポテンシャルの変化が観測された。このポテンシャルの変化はバイアスに関して一次の関数であった。また、その界面の化学種を調べたところSiO2が生成している事がわかった。一方、パラジウムを金属として用いた際、金属/高誘電体界面で白金に比べて膜厚の薄いSiO2様式の化学種が存在したが、パラジウム/高誘電体膜間でバイアスによるポテンシャルの変化は観測されなっかった。以上の事から金属/高誘電体膜/SiO2/半導体デバイスでは金属/高誘電体膜間に生成する化学種およびその膜厚がフェルミレベルピンニングと関係する事がわかった。以上の結果から金属/高誘電体膜間に生成する化学種を制御することが特性の良いデバイス作製に必要不可欠であることがわかった。
2: おおむね順調に進展している
デバイス動作下においてhigh-kゲートスタック内のポテンシャル分布を直接的に観測する事に成功した。また、high-kゲートスタック中のFermiレベルピンニングに起源を示唆する結果を得た。加えて、酸化物メモリーデバイスが動作中元素の移動により抵抗変化している現象的結果を得た。以上のことから研究は概ね順調に進行している。
地震の影響による物品調達がバイアス印可ステージに温調変化を加える事を困難と判断し次年度に確実なものを作製することとした。これを補うため酸化物抵抗変化メモリーの実験を前倒し、抵抗変化の起源に関する現象論的結果を得た。
温調変化バイアス印可ステージを作製し、加えて酸化物抵抗変化メモリーのメカニズム解明を明らかにする実験を試みる
すべて 2012 2011
すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (2件)
Applied Physics Express
巻: 5 ページ: 031002 (3pages)
10.1143/APEX.5.031002
表面科学
巻: 32 ページ: 320-324
10.1380/jsssj.32.320
ECS Transactions
巻: 41 ページ: 331-336
10.1149/1.3633313
APPLIED PHYSICS LETTERS
巻: 99 ページ: 223517(3pages)
10.1063/1.3664781
巻: 98 ページ: 232107(3pages)
10.1063/1.3596449
SPring-8 Research Frontiers
巻: 2011 ページ: 70-71
NATURE MATERIALS
巻: 10 ページ: 759-764
10.1038/NMAT3089
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
巻: 13 ページ: 6280-6285
10.1039/C0CP02663H
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,
巻: 110 ページ: 064103(5pages)
10.1063/1.3638133
