2012 Fiscal Year Annual Research Report
イオン注入による欠陥制御を利用した圧縮歪みシリコンの実現と高正孔移動度素子応用
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24360001
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20262107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有元 圭介 山梨大学, 医学工学総合研究部, 准教授 (30345699)
澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 准教授 (90409376)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 歪みシリコン / ヘテロ構造 / 分子線エピタキシー |
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| Research Abstract |
高移動度チャネル材料である圧縮歪みシリコン/シリコンカーボンヘテロ構造を用いた革新的高移動度デバイスを実現するためには、電気伝導特性の劣化を招く結晶欠陥密度を低減しなければならない。一方、正孔移動度を高めるためには、シリコンカーボン層の格子歪み緩和率を高めることが必要である。格子歪み緩和率を高めるためにはミスフィット転位の導入が不可欠である。したがって、結晶欠陥密度の低減と高歪み緩和率を同時に実現するには、転位の導入は積極的に行い、かつ転位の空間配置を制御する必要がある。
本研究では、イオン注入法などの独自手法を用いてこれを実現することを目指している。まず、シリコンゲルマニウム半導体において転位の導入に必要な膜内応力を低減させる効果が得られている条件で結晶成長前の基板にイオン注入後、結晶成長と急速加熱炉による熱処理を行い、シリコンカーボン層の結晶欠陥の発生状況を調べた。この結果、シリコンゲルマニウムの場合と同じ条件でのイオン注入ではシリコンカーボン層への転位の導入は容易にならないことが分かった。シリコン中に導入できる炭素の組成には上限があり(2%未満)、このために膜内応力は低い。このことが、同じイオン注入条件では歪み緩和への効果が得られない理由であると考えられる。現在、低い膜内応力でも転位が発生・運動するようなイオン注入条件・熱処理条件を調べている。また、上記の結果を受けてシリコンカーボン層での転位の発生・運動の阻害要因を明らかにするための基礎的なデータが必要であると考え、研究を実施してきた。この結果、ダイヤモンド構造の原子サイトに組み込まれていない炭素原子が転位の発生または運動を促進していること等、従来知られていなかった現象が明らかとなった。今後、更に基礎的な研究を進め、高品質ヘテロ構造形成技術の開発を行う。
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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
シリコンカーボンに特有な歪み緩和・結晶欠陥形成メカニズムに関する知見が、イオン注入などの独自手法を用いた系統的な実験により順調に蓄積されており、今後の高品質ヘテロ構造形成技術の開発への見通しが得られたと考えられるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
膜内応力が低い場合でも転位が発生・運動するような条件を探索するなど、基礎的なデータをさらに積み上げ、得られた知見を活用して技術開発を進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の計画を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
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