遷移金属酸化物を用いた電界効果型スイッチの動作実証と輸送機構の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24656200
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鳥海 明 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50323530)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 遷移金属酸化物 / TiO2 / HFO2 / FET / VO2 / 金属・絶縁体転移 / 移動度

研究概要

TiO2 TFTに関しては、まず電界効果移動度が10cm2/Vsecを超え、電流を完全にカットオフできるTFTを実現できた。さらにTiO2のバンドギャップ以下の光において特徴的に電気伝導の増大が観測され、酸素処理で欠陥が大きく減少することが示された。VO2は単結晶TiO2上に成長したエピタキシャル成長させ、10nm以下ではクラックの無いきわめて均質なVO2膜が得られ、きわめてシャープな転移が得られた。またHfO2に関してはスパッタ時のArに焦点をあて、昇温脱離実験において二カ所のピークが現れ高温側のピークがcubic相からmonoclinic相への変化に対応していることがわかってきた。

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative Characterization of Band-Edge Energy Positions in High-k Dielectrics by X-ray Photoelectron Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Chikata, et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.52 ページ: 021101-1～021101-6
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.021101.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Counter Dipole Layer Formation in Multi-layer High-k Gate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hibino, et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 ページ: 081303-1～081303-5
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.081303.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface Dipole Cancellation in SiO2/High--‐k/SiO2/Si Gate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hibino, et al.
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: Vol.50, No.4 ページ: 159-163
  • DOI: 10.1149/05004.0159ecst.
  • 査読あり
• [学会発表] Mobility Enhancement in TiO2 Channel TFTs by Decreasing In-Gap States in The Film and Mitigating Grain Boundary Adsorption (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢嶋赳彬, 小池豪, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2014年第74回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2014-03-20
• [学会発表] TiO2チャネルTFTの電界効果移動度に対する表面・粒界吸着効果の重要性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢嶋赳彬, 小池豪, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2014年第74回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2014-03-20
• [学会発表] 界面制御に依るVO2極薄膜の相転移温度変調 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢嶋赳彬, 二宮裕磨, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2014年第74回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] エピタキシャルVO2薄膜中の転移応力に起因する不均質な電子相ドメイン構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 二宮裕磨, 矢嶋赳彬, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2014年第74回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] High Electron Mobility (>16 cm2/Vsec) FETs with High On/Off Ratio (>106) and Highly Conductive Films (σ>102 S cm) by Chemical Doping in Very Thin (~20 nm) TiO2 Films on Thermally Grown SiO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Oike, T. Yajima, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: IEDM 2013
  • 発表場所: Washington DC, USA.
  • 年月日: 2013-12-10
• [学会発表] Significant Conductivity Enhancement of TiO2 Films by Both Field Effect and Chemical Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Oike, T. Yajima, T. Nishimura, K. Nagashio and A. Toriumi
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(Fukuoka)
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] High-Mobility TiO2-Channel TFTs with Optimized Anatase Microstructures (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yajima, G. Oike, T. Nishimura, K. Nagashio and A. Toriumi
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(Fukuoka)
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] High Mobility Polycrystalline TiO2-Channel Field Effect Transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yajima, G. Oike, T. Nishimura, K. Nagashio and A. Toriumi
  • 学会等名: Workshop on Oxide Electronics20
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2013-09-24
• [学会発表] 相選択エッチングによる100nm幅VO2ナノワイヤの作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢嶋赳彬, 二宮裕磨, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府)
  • 年月日: 2013-09-16
• [学会発表] アナターゼ結晶相の微細構造制御によるTiO2チャネルTFTの高移動度化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢嶋赳彬, 小池豪, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 酸素雰囲気熱処理によるTiO2チャネルTFT閾値電圧の大幅減少 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小池豪, 矢嶋赳彬, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] cubic相HfO2薄膜の室温における安定化機構の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩井貴雅, 矢嶋赳彬, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Arスパッタによって形成されたHfO2薄膜中のArが結晶化相変態に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩井貴雅, 矢嶋赳彬, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-(第18回研究会)
  • 発表場所: ニューウェルシティ湯河原(神奈川県)
  • 年月日: 2013-01-25
• [学会発表] TiO2チャネルTFT特性に及ぼす酸素雰囲気熱処理の特異な効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小池豪, 矢嶋赳彬, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-(第18回研究会)
  • 発表場所: ニューウェルシティ湯河原(神奈川県)
  • 年月日: 2013-01-25
• [学会発表] Role of Ar on Structual Phase Transformation of Sputtered HfO2 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iwai, Y. Nakajima, T. Nishimura, K. Nagashio, and A. Toriumi
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: 京都国際会館(京都府)
  • 年月日: 2012-09-27
• [学会発表] Counter Dipole Layer Formation in SiO2/High-­k/SiO2/Si Gate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hibino, T. Nishimura, K. Nagashio, K. Kita, and A. Toriumi
  • 学会等名: 2012 IEEE Silicon Nano electronics Workshop
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village ,Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 2012-01-10
• [備考]
  • URL: http://www.adam.t.u-tokyo.ac.jp/top.html