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2015 年度 実績報告書

金属/半導体界面におけるフェルミレベルピンニングとその緩和機構に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 25420320
研究機関東京大学

研究代表者

西村 知紀  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術専門職員 (10396781)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードMOSFET / ゲルマニウム / フェルミレベルピンニング
研究実績の概要

本年度は主に金属的な金属とゲルマニウム(Ge)の化合物(ジャーマナイド)/Ge界面のフェルミレベルピンニング(FLP)に焦点をあてた。ショットキー特性の解析により,従来の元素金属/Ge界面で生じる金属の仕事関数に依存しないGeの価電子帯端近傍への極めて強いFLPと比較して,ジャーマナイド/Ge界面のFLPはあきらかに弱くなることを見い出した.
着手当初は,昨年度までの結果を踏まえた界面反応に着目し,反応が完了して進まない系としてジャーマナイド/Ge界面を選択したが,近年報告されている特殊な金属(シリコン化合物,グラフェン,Sn等)/Geエピ界面等におけるショットキー障壁が従来のFLPの傾向からそれる事も併せて考慮した結果から,従来半導体の特性のみで決まると考えられている半導体ギャップ内への電子の染み出しによるMetal induced gap states(MIGS)において金属の自由電子密度を考慮することによって,矛盾なく統一的に理解できる可能性に至っている.(即ち金属の自由電子密度の低下によりMIGSが弱くなり,FLPが弱くなる)
またジャーマナイド/Ge界面のショットキー障壁高さは,元素金属/Ge界面とは異なりGeの面方位依存性が顕著に現れており,たとえ金属/Geダイレクト界面においても適切な金属と面方位を選択することでGe伝導帯に対してオーミック性が得られることが明らかとなった.このジャーマナイド/Ge界面におけるショットキー障壁高さの面方位依存性についても,半導体のバルク特性で決まるMIGSが緩和した結果として矛盾なく解釈可能である.
以上から金属/Ge界面は金属の自由電子密度が高いとbulkの特性できまる極めて強いFLPを示す系であるが,金属の自由電子密度の低減によりそのFLPが緩和すると共に界面のSBHを大幅に制御可能となるというモデルの構築に至っている.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2016

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] Design of Metals for Fermi-level Pinning Modulation at Ge/Metal Interfaces2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nishimura, T. Yajima, and A. Toriumi
    • 学会等名
      International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016) and 7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-VII)
    • 発表場所
      名古屋大学 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 界面ダイポール密度の制御による金属/Ge界面のフェルミレベルピンニング緩和の試み2016

    • 著者名/発表者名
      西村知紀,矢嶋赳彬,鳥海明
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学 (東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-19

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公開日: 2017-01-06  

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