2018 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration on ultralow power system enabled by CMOS-compatible ferroelectric devices
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18H01489
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小林 正治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40740147)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / メモリ / トランジスタ / HfO2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度の繰越予算を用いて2019年度に行った研究実績について下記の通り報告する。
①強誘電体トランジスタにおいて急峻なサブスレショルド特性が得られる物理メカニズムについて、分極反転のダイナミクスを考慮したモデルを提案し、また実験的に検証することに成功した。このモデルは渡連電流の伝達特性におけるサブスレショルド特性だけでなく、出力特性における負性コンダクタンスも説明ができる包括的な枠組みである。本繰越予算で導入した高速・パルス測定装置により、デバイスの過渡特性やパルス応答を測定することが可能になり、試作した単体トランジスタの測定データとモデルのフィッティングから抽出したパラメータを用いることでモデルの精度を上げることができた。
②強誘電体HfO2をゲート絶縁膜、IGZOをチャネルとする3次元積層型トランジスタを提案し、その設計とプロトタイプによる動作実証に成功した。IGZOをチャネルとすることで強誘電体HfO2との間に低誘電率な界面層が生じず、電荷トラップによる信頼性劣化が抑えられるとともに、界面層での電圧損失を抑えて、低電圧動作が可能になる。またIGZOをHfO2のキャッピング材料として用いることで、効率的に強誘電性を引き出すことができることもわかった。本繰越予算で導入した高速・パルス測定装置により、これまでDCでしか評価できなかったメモリ特性のパルス応答特性、特に書き込み信頼性や保持特性に関する信頼性を評価することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
強誘電体トランジスタのデバイスモデルは分極反転のダイナミクスや電荷トラップを含んでいることが特に重要視されており、そのため従来のモデルを用いた設計による回路の試作は延期し、今回はモデルの見直しを行った。新しく導入した高速・パルス測定装置によるモデルパラメータ抽出とキャリブレーションを行うことができ予定を復帰することができた。
提案当初はなかった強誘電体トランジスタの3次元積層型という新しいアイディアが生まれ、今年度はその重要性を考えて急遽重点的に研究を進めることにした。新しく導入した高速・パルス測定装置によるメモリ特性で重要なパルス応答を評価することができるようになり、予定を復帰することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
強誘電体HfO2に関する研究の進展が世界的に早く、研究提案当初とは重要な技術や応用が変わってきている。当初の計画に固執するのでなく、柔軟に対応することが必要と考える。
強誘電体トランジスタに関しては、高信頼性への注目が高く、電荷トラップの影響をより詳細に調査する必要がある。また実績・進捗状況で述べた3次元積層型強誘電体トランジスタはフラッシュメモリと競合しうることから注目を集めていることからも研究を続けたい。
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