2018 Fiscal Year Annual Research Report
Device physics of low-voltage transistors using gate-induced phase transitions
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17H04812
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
矢嶋 赳彬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10644346)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化バナジウム / シングルドメイン / 不均質性 / 微細化 / スケーリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、相転移材料VO2をチャネルとするトランジスタを用いることで、相転移を取り入れた低電圧動作トランジスタの理解を構築しようとしている。その中で今年度は特に、トランジスタのVO2チャネルを微細化し、相転移の不均質性に起因するスイッチングの緩慢化を防ぎ、急峻なスイッチングを実現することを目指した。
電子線リソグラフィを用いて、VO2チャネル上のソース電極とドレイン電極の間隔を250umまで縮めた。その結果、それまでゲート電圧に対して連続的にチャネル電流が変化していたのが、完全に不連続にジャンプすることが分かった。またジャンプの前後の電流値は、VO2チャネルが完全絶縁状態の値と完全金属状態の値にほぼ一致しており、ゲート電圧によって絶縁相から金属相へ切り替わる２値を実現した。これはVO2相転移の長さスケール未満にチャネルが微細化したことによって、相転移の不均質性をほぼ完全に抑制することに成功したことを意味している。
またドレイン電圧を変化させても、スイッチングの閾値ゲート電圧が変化しなかったことから、ドレイン電圧によるジュール熱は殆ど影響していないことも明らかにした。本結果は、250um程度の微細化によってVO2チャネルが相転移に対してシングルドメイン化することを意味しており、VO2を用いたトランジスタの研究を、相転移の不均質性の影響を受けずに研究できる実験プラットフォームとなると期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
微細化の効果が予想以上に強く表れ、トランジスタの完全に不連続な２値動作を得ることができたため。予想では、さらに微細化しないと効果が表れないか、効果が表れるとしても限定的なものになると考えていた。
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| Strategy for Future Research Activity |
微細化した短チャネルデバイスの特性は、単純な２値動作として理解できることが分かった。一方でより基本的な長チャネルデバイスの特性は、基本的なドレイン電圧の効果に関してすらまだ系統的に調べられていない。短チャネルデバイスを使ってより踏み込んだ研究へと展開する前に、今後はまず長チャネルデバイスの理解を確立したい。
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