2014 Fiscal Year Annual Research Report
非晶質ゲルマニウム薄膜の結晶化及び単結晶ゲルマニウム中の欠陥回復過程に関する研究
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14J11196
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
株柳 翔一 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / ナノデバイス / 電子物性 / 格子物性 / 縮退半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、三次元集積回路のチャネル材料として有望な多結晶Ge(poly-Ge)という材料に関して、その電子物性およびフォノン物性を理解することにより、多結晶Ge形成時の結晶成長プロセスに対して指針を与えることにある。これまでの研究により多結晶Ge薄膜トランジスタ(poly-Ge TFT)は、不純物濃度が高く薄膜領域でのみトランジスタ動作するという点で、単結晶の高不純物濃度Ge薄膜を用いた接合レストランジスタ（JL-FET）に類似の特性を示すことがわかった。そこで昨年度は、単結晶という比較的単純な系であるJL-FETを試料として用いることで、①高不純物濃度であることの影響（ドーピング効果）および②チャネル部分が薄膜であることの影響（サイズ効果）を体系的に調べることを目的とした。
①に関しては、高不純物濃度化によってバンドギャップの狭化やフォノンのソフト化といった現象が起こることは古くから知られているが、ここでのフリーキャリアの効果と不純物原子自体の効果を実験的に区分けすることが困難であるために、これらの現象のメカニズムは未解明であった。本研究では、JL-FETの構造を活かして、バックゲート電圧を印加しながら表面側から分光測定を行うという独創的な手法をとることにより、フリーキャリア効果と不純物原子効果を実験的に区分けすることにはじめて成功した。②に関しては、Geにおいてはキャリアの有効質量が軽いために量子閉じ込め効果によるバンドギャップの広がりがSiなどに比べてより顕著に観測されることがPL測定によりわかった。さらに、薄膜領域においては絶縁膜/Ge界面の非放射再結合中心の存在や、絶縁膜とGeの熱膨張係数の違いによって生じる歪みといった界面による影響が大きくなることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Geのような半導体の電子物性やフォノン物性を理解する際に光学測定を用いることは古くから行われているが、実際にデバイスが使用される際は半導体には強い電界がかかっており、このように電界がかかった状態で半導体物性がどのように変化しているかといったことについて実験的な報告はこれまでほとんどなかった。昨年度は、このような強電界下での半導体物性を調べる手法を構築することに成功しており、実際にその結果から高不純物濃度Geにおける特異な現象のメカニズム解明に向けて重要な知見を得ることができた。本研究により得られた新たな実験手法や知見は、当初の目的であった多結晶Geの物性理解のみならず、ナノスケール半導体の物性を理解する上で重要な役割を果たすと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までにドーピング効果やサイズ効果によるGeの電子物性およびフォノン物性の変調を観測すると共に、そのメカニズム解明に向けた有用な知見を得ることができた。そこで今年度は、ドーピング効果とサイズ効果の相関、および電子-フォノン相互作用に着目して、ナノスケールGeの物性を体系的に理解することを目指す。
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Research Products
(7 results)
