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論文

Formation of high-quality SiO$$_{2}$$/GaN interfaces with suppressed Ga-oxide interlayer via sputter deposition of SiO$$_{2}$$

大西 健太郎*; 小林 拓真*; 溝端 秀聡*; 野崎 幹人*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 62(5), p.050903_1 - 050903_4, 2023/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.71(Physics, Applied)

高品質SiO$$_{2}$$/GaN MOS構造の実現には、GaO$$_{x}$$界面層の形成が有効である。しかしGaO$$_{x}$$層を形成した場合、熱処理条件を注意深く設計しなければ、GaO$$_{x}$$層の還元に伴い正の固定電荷が生成する。そこで本研究では、GaN上にSiO$$_{2}$$をスパッタ成膜することで、不安定なGaO$$_{x}$$層を最小限に抑制することを目指した。実際に放射光X線光電子分光測定により、プラズマ化学気相成長法(PECVD)でSiO$$_{2}$$を成膜した場合と比較して、スパッタ成膜ではGaO$$_{x}$$層が抑制できることを確認した。成膜後に適切な温度で酸素・フォーミングガスアニールを実施することで、良好な界面特性、絶縁性を有するGaN MOSデバイスを実現した。

論文

Electrical properties and energy band alignment of SiO$$_{2}$$/GaN metal-oxide-semiconductor structures fabricated on N-polar GaN(000$$bar{1}$$) substrates

溝端 秀聡*; 冨ヶ原 一樹*; 野崎 幹人*; 小林 拓真*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Letters, 121(6), p.062104_1 - 062104_6, 2022/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.73(Physics, Applied)

N極性GaN(000$$bar{1}$$)基板上に作製したSiO$$_{2}$$/GaN MOS構造の界面特性とエネルギーバンドアライメントを、電気測定と放射光X線光電子分光法を用いて調べた。さらに、得られた結果をGa極性GaN(0001)上のSiO$$_{2}$$/GaN MOS構造の特性と比較した。SiO$$_{2}$$/GaN(000$$bar{1}$$)構造はGaN(0001)基板上に作製した構造よりも熱的に不安定であることがわかった。しかし、絶縁膜堆積後アニールの条件を最適化することにより、SiO$$_{2}$$/GaN(000$$bar{1}$$)構造でも優れた電気特性が得られた。一方で、SiO$$_{2}$$/GaN(000$$bar{1}$$)構造の伝導帯オフセットがSiO$$_{2}$$/GaN(0001)構造よりも小さく、これによるゲートリーク電流の増大が見られた。以上のことから、MOSデバイスの作製においてN極性GaN(000$$bar{1}$$)基板の利用には注意を要することを明らかにした。

論文

Impact of post-nitridation annealing in CO$$_{2}$$ ambient on threshold voltage stability in 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors

細井 卓治*; 大迫 桃恵*; Moges, K.*; 伊藤 滉二*; 木本 恒暢*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 15(6), p.061003_1 - 061003_5, 2022/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:30.40(Physics, Applied)

SiO$$_{2}$$/SiC構造に対するNOアニールとCO$$_{2}$$雰囲気でのポスト窒化アニール(PNA)の組み合わせが、SiCベースの金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高いチャネル移動度と優れた閾値電圧安定性を得るために有効であることを実証した。NOアニールにより取り込まれたSiO$$_{2}$$/SiC界面のSiO$$_{2}$$側のN原子が電荷捕獲サイトの起源と考えられるが、1300$$^{circ}$$CのCO$$_{2}$$-PNAによりSiCを酸化することなくこれらの選択的除去が可能であることがわかった。また、CO$$_{2}$$-PNAにはSiO$$_{2}$$中の酸素空孔を補償する効果もあり、結果として正負の電圧温度ストレスに対する高い耐性が得られた。

論文

Comprehensive physical and electrical characterizations of NO nitrided SiO$$_{2}$$/4H-SiC(11$$overline{2}$$0) interfaces

中沼 貴澄*; 岩片 悠*; 渡部 ありさ*; 細井 卓治*; 小林 拓真*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 61(SC), p.SC1065_1 - SC1065_8, 2022/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:77.74(Physics, Applied)

本研究ではSiC(11$$overline{2}$$0)面のNO窒化過程を詳細に観察し、MOSキャパシタの電気的特性への影響を調べた。具体的には、走査型X線光電子分光法によりサブナノメートルオーダの窒素分布プロファイリングを行った。その結果、窒化は(0001)面よりもはるかに速く進行し、界面の窒素濃度は約2.3倍であった。暗所および紫外線照射下で容量-電圧($$C-V$$)測定を行い、伝導帯端/価電子帯端近傍の欠陥や、$$C-V$$ヒステリシス・シフトを引き起こす欠陥を評価した。これらの欠陥は、窒化の進行とともに失活化されたが、過度の窒化は逆に電気的特性の劣化を招くことが分かった。以上の実験結果をもとに、NO窒化の最適条件を議論した。

論文

Impact of nitridation on the reliability of 4H-SiC(11$$bar{2}$$0) MOS devices

中沼 貴澄*; 小林 拓真*; 細井 卓治*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 15(4), p.041002_1 - 041002_4, 2022/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:69.05(Physics, Applied)

NO窒化SiC(11$$bar{2}$$0)(a面)MOSデバイスのリーク電流およびフラットバンド電圧(VFB)安定性を系統的に調査した。NO窒化は界面特性改善に有効であるが、Fowler-Nordheim(F-N)電流の立ち上がり電界を1MVcm$$^{-1}$$程度低下させ、顕著なリーク電流をもたらした。また、放射光X線光電子分光による測定の結果、窒化処理によってSiO$$_{2}$$/SiC界面の伝導帯オフセットが低減していることがわかり、リーク電流増大の起源が明らかになった。さらに、正および負バイアスストレス試験により、窒化a面MOSデバイスでは、電子および正孔注入に対してVFBが不安定であることが明確に示された。

報告書

Status of study of long-term assessment of transport of radioactive contaminants in the environment of Fukushima (FY2018) (Translated document)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

Evaluation and mitigation of reactive ion etching-induced damage in AlGaN/GaN MOS structures fabricated by low-power inductively coupled plasma

野崎 幹人*; 寺島 大貴*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Japanese Journal of Applied Physics, 59(SM), p.SMMA07_1 - SMMA07_7, 2020/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.82(Physics, Applied)

AlGaN/GaN高移動度トランジスタ(HEMT)はヘテロ界面に誘起される高濃度・高移動度な2次元電子ガス(2DEG)により高周波・高出力動作を実現できるが、トランジスタのノーマリーオフ化のためにはゲート下のAlGaN層を薄層化したリセス構造の形成等が必要となる。AlGaN層は誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチング(ICP-RIE)により比較的容易に薄層化できるが、エッチング時の損傷による特性劣化が懸念される。本研究ではICP-RIE後のAlGaN層に対し放射光光電子分光分析やホール効果測定を行い、AlGaN/GaN構造に対する極低バイアス電力のICP-RIEが加工表面の変質や2DEG特性劣化などの加工損傷を大幅に低減できることを示した。またRIE加工面上でのMOS構造形成では、プロセス中に表面変質層が酸化されるため、界面特性が2DEG特性ほど強くバイアス電力に影響されないことがわかった。

論文

Vertical and horizontal distributions of $$^{137}$$Cs on paved surfaces affected by the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident

吉村 和也; 渡辺 貴善; 操上 広志

Journal of Environmental Radioactivity, 217, p.106213_1 - 106213_6, 2020/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:23.81(Environmental Sciences)

To obtain the important information and parameter for the measurement of $$^{137}$$Cs activity per unit area on paved ground, this study evaluated their vertical and horizontal distributions. This study showed that $$^{137}$$Cs was retained in extremely surface layer with mass depth less than 0.5 cm$$^{-2}$$. This study also demonstrated the horizontal variations of $$^{137}$$Cs activity and the relation of the variation with grid size.

報告書

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

SiO$$_{2}$$/AlON stacked gate dielectrics for AlGaN/GaN MOS heterojunction field-effect transistors

渡邉 健太*; 寺島 大貴*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S3), p.06KA03_1 - 06KA03_6, 2018/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:45.14(Physics, Applied)

AlGaN/GaN MOS-HFETの高性能化・ノーマリオフ化には、高品質なゲート絶縁膜が必要である。これまで我々はAl$$_{2}$$O$$_{3}$$に窒素を添加したAlON膜がAl$$_{2}$$O$$_{3}$$膜よりも電子注入耐性および界面特性に優れることを明らかにしている。本研究では、その良好な界面特性を維持しつつ、更に絶縁性の向上を図るため、薄いAlON界面層上にバンドギャップの広いSiO$$_{2}$$膜を積層したSiO$$_{2}$$/AlON/AlGaN/GaN構造について検討した。その結果、AlON界面層の厚さが約3.3nmと薄い場合でも、SiO$$_{2}$$/AlON積層構造はAlON単層の場合と同等の容量-電圧特性を示し、良好な界面特性を示した。また、絶縁破壊電界はAlON単層と比べて2倍以上の約8MV/cmを示した。以上の結果は、SiO$$_{2}$$/AlON積層構造が優れた界面特性と絶縁特性を両立するGaN MOSデバイス向けゲート絶縁膜として有望であることを意味している。

論文

Physical and electrical characterizations of AlGaN/GaN MOS gate stacks with AlGaN surface oxidation treatment

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; Shih, H.-A.*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S3), p.06KA07_1 - 06KA07_6, 2018/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.42(Physics, Applied)

高性能AlGaN/GaN-HFETの実現に絶縁膜/AlGaN界面制御が重要である。本研究ではAlGaN表面の熱酸化過程を調べるとともに、AlGaN/GaN MOSキャパシタの電気特性に関する表面酸化処理の効果ついて調べた。Si(111)基板上にAlGaN/GaN層をエピ成長した試料を用いた。AlGaN表面の酸化は400度の低温から進行することがわかった。しかしながら、表面形状の目立った変化は800度まで確認されなかったことから、AlGaN表面には極薄の酸化層が形成されていると考えられる。一方、850度以上では酸化物結晶粒の形成が観察され、その成長はAlGaN表面の平坦性を著しく低下させたことから、AlGaN/GaN MOSキャパシタは800度以下で酸化処理したAlGaN表面上に形成された。まず、反応性スパッタによりゲート絶縁膜としてAlON膜(18nm)を成膜した後、膜質改善のため窒素中で800度、3分間の熱処理を施した。そして、Al/TiオーミックコンタクトおよびNiゲート電極を蒸着してMOSキャパシタを作製した。先の研究成果から、我々は熱酸化を施していないAlON直接成膜の試料において、比較的に良好な界面特性が得られることを確認している。その容量-電圧(C-V)カーブと比べて、800度熱酸化した試料では、周波数分散の増加やC-Vカーブの傾きの減少が確認され、界面特性が劣化することがわかった。一方、400度で酸化処理した試料では、界面特性の更なる改善が確認され、ヒステリシスも減少することがわかった。

論文

Implementation of atomic layer deposition-based AlON gate dielectrics in AlGaN/GaN MOS structure and its physical and electrical properties

野崎 幹人*; 渡邉 健太*; 山田 高寛*; Shih, H.-A.*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S3), p.06KA02_1 - 06KA02_7, 2018/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:66.48(Physics, Applied)

MOSゲート構造の採用によるAlGaN/GaN-HFETの高性能化のためにはリーク電流が少なく、かつ界面特性が良好なゲート絶縁膜が必要である。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$膜は比較的高い誘電率と広いバンドギャップを持つことから有望視されているが、界面特性向上技術の開発や電子注入耐性の低さによる閾値電圧変動等の課題を抱えている。本研究ではALD法によるAlON成膜を検討した。MOSキャパシタのC-V特性には界面欠陥応答に起因する周波数分散がほとんど見られておらず、AlON/AlGaN界面が良好であることがわかる。AlON試料は同様にALD法で堆積したAl$$_{2}$$O$$_{3}$$ MOSキャパシタよりもシフト量が少なく、電子注入耐性の向上も確認できた。これらの良好な特性は本研究のALD-AlON膜がGaN MOSデバイス向けのゲート絶縁膜として有望であることを示している。

論文

Control of Ga-oxide interlayer growth and Ga diffusion in SiO$$_{2}$$/GaN stacks for high-quality GaN-based metal-oxide-semiconductor devices with improved gate dielectric reliability

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 永*; 高橋 言緒*; 清水 三聡*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 11(1), p.015701_1 - 015701_4, 2018/01

 被引用回数:39 パーセンタイル:84.39(Physics, Applied)

GaN MOSFETは高耐圧・大電流・低損失の次世代スイッチング素子として期待されている。その実現には絶縁膜/GaN界面の特性改善が課題である。本研究ではプラズマCVDによりSiO$$_{2}$$膜を形成したSiO$$_{2}$$/GaN構造の後酸化処理を行い、極薄GaO$$_{x}$$界面層の形成による界面特性向上の効果について検討した。放射光XPS分析から、SiO$$_{2}$$/GaN界面に極薄GaO$$_{x}$$界面層が形成されることを確認した。その界面欠陥密度は、700-800$$^{circ}$$Cでの最適な後酸化処理を施すことによってコンダクタンスピークが確認されず、10$$^{10}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$台以下の低い値となった。一方、SiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN構造の後酸化処理は、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散を誘発し、絶縁性を著しく劣化させた。そこで、後酸化時間を30分間から30秒間とする急速酸化処理を施した。その結果、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散が制限され、優れた界面特性と高い絶縁性を有する高品質なSiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN MOS構造が実現できることがわかった。

論文

Design and control of interface reaction between Al-based dielectrics and AlGaN Layer in AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Applied Physics Letters, 111(4), p.042102_1 - 042102_5, 2017/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:59.74(Physics, Applied)

GaNは絶縁破壊電界などSiC以上の優れた物性値を有するため、パワーデバイスへの応用が期待されている。また、AlGaN/GaN HFETは優れた高周波特性を示すが、ゲートリーク電流低減のためにMOSゲート構造の実現が望まれている。本研究では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を300度で成膜した場合、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんどない良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。

論文

Comprehensive study on initial thermal oxidation of GaN(0001) surface and subsequent oxide growth in dry oxygen ambient

山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; et al.

Journal of Applied Physics, 121(3), p.035303_1 - 035303_9, 2017/01

 被引用回数:67 パーセンタイル:91.92(Physics, Applied)

GaNは高耐圧、大電流、低損失の次世代パワーデバイス材料として注目されている。GaN表面の酸化処理技術には、表面パッシベーション技術や、アイソレーション技術、ゲート絶縁膜技術などがあり、デバイス特性向上のための重要な要素技術となっている。そのため、GaN表面の熱酸化処理はこれまで詳細な検討が行われてきている。しかし、その酸化物形成過程は十分解明されていない。例えば、これまで厚いGaN酸化物の形成については多くの報告があるが、初期酸化過程については少ない。また、X線光電子分光(XPS)分析は、そのGaN表面の初期酸化過程の評価によく利用されているが、Ga-NやGa-O結合成分の正確な特定には至っていない。さらに、形成されたGaN酸化物の構造特性評価も十分な検討は行われていない。本研究では、GaN表面の熱酸化過程をXPS、分光エリプソメトリ(SE)、原子間力顕微鏡(AFM)、X線回折(XRD)測定を用いて評価した。特に、異なる転位密度を有するエピGaN層の酸化物形成過程について調べた。本実験には、Si基板上および自立GaN基板上にエピ成長した2種類のGaN試料を用いた。GaN/SiとGaN/GaN試料の転位密度は108と105cm-2台になるとそれぞれ見積もられている。両試料は大気圧O$$_{2}$$雰囲気中において700$$sim$$1000$$^{circ}$$Cの温度範囲で30分間熱酸化した。800$$^{circ}$$C以下の熱酸化では、表面近傍に存在する欠陥の酸化によると考えられる厚さ1nm以下の薄い酸化層が形成された。この酸化層の膜厚は酸化温度とは無関係にほとんど変化していなかったことから、酸化が飽和傾向にあると考えられた。また、GaN/Siで観察された転位部では微小な酸化物結晶の形成が確認されており、転位部において優先的に酸化が進行することがわかった。900$$^{circ}$$C以上の更なる酸化温度の増加では、$$alpha$$-と$$beta$$- Ga$$_{2}$$O$$_{3}$$結晶粒が両エピGaN層上にエピタキシャリに成長した。GaN/Siでは、転位部で顕著にGa$$_{2}$$O$$_{3}$$結晶が成長したため、荒れた表面形状が観察された。一方、GaN/GaNでもGa$$_{2}$$O$$_{3}$$微結晶粒が観察領域全面に渡って形成されたが、比較的平坦な表面形状が維持されていることがわかった。

論文

Effect of nitrogen incorporation into Al-based gate insulators in AlON/AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

淺原 亮平*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Applied Physics Express, 9(10), p.101002_1 - 101002_4, 2016/10

 被引用回数:40 パーセンタイル:83.45(Physics, Applied)

熱安定性, 信頼性および界面特性の観点でALGaN/GaN上のAlONゲート絶縁物の優れた物理的および電気的特性が、AlON堆積後のアニールによって得られた。アルミナへの窒素混入によって絶縁物/AlGaN界面におけるインターミキシングを抑えるとともにAl$$_{2}$$O$$_{3}$$膜中の電気的な欠陥の数を減少させることが示された。結果として、電荷注入に対する安定性をもたらすとともに界面欠陥密度を1.2$$times$$10$$^{11}$$cm$$^{-2}$$ eV$$^{-1}$$に抑えた高品質AlON/AlGaN/GaN金属-絶縁物-半導体キャパシターを得ることができた。絶縁物への窒素取り込みの重要性を実験結果から議論した。

論文

Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy of Ti/Al ohmic contacts to n-type GaN; Key role of Al capping layers in interface scavenging reactions

野崎 幹人*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 9(10), p.105801_1 - 105801_4, 2016/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:24.45(Physics, Applied)

n型GaNエピ層とTiベース電極間の界面反応は、放射光X線光電子分光によって調べた。金属的Gaと薄膜TiN合金が、Alキャッピング層を堆積した界面において室温でも形成された。積層Ti/AlとTiのみの電極の比較から、反応性Ti下地層を形成する酸素捕捉元素としてAlキャッピング層が本質的に機能することが示された。アニール中金属的中間層の成長が観測された。低温プロセスを伴うn型GaN低抵抗オーミック接触を達成するための指針を議論する。

論文

Comprehensive study and design of scaled metal/high-$$k$$/Ge gate stacks with ultrathin aluminum oxide interlayers

淺原 亮平*; 秀島 伊織*; 岡 博*; 箕浦 佑也*; 小川 真吾*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Letters, 106(23), p.233503_1 - 233503_4, 2015/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:64.84(Physics, Applied)

サブnmの換算酸化膜厚を有する高性能金属/high-$$k$$/Geゲートスタック構造とその界面特性の改善を酸化アルミニウム中間層を使った界面反応制御によって実現した。物理および電気的な複合評価によってAlOx界面層の諸特性やプラズマ酸化などの詳細な関係を明らかにした。

論文

極限EOT実現に向けた極薄AlO$$_{x}$$層によるHigh-$$k$$/Geゲートスタック界面制御

田中 亮平*; 秀島 伊織*; 箕浦 佑也*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

第19回ゲートスタック研究会予稿集, p.5 - 8, 2014/01

It has recently been demonstrated an excellent Ge-MOSFET operation with an EOT of 0.76 nm using HfO$$_{2}$$/Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/GeO$$_{x}$$/Ge gate stack. However, the role of Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ layer in high-$$k$$/Ge stack is not well understood. In this work, we systematically investigated an effect of AlO$$_{x}$$ interlayer on thermal stability and EOT scaling focusing on the Ge diffusion into an overlying HfO$$_{2}$$ layer by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrical characterization. It was found that ultrathin AlO$$_{x}$$ interlayer effectively suppresses the metal germanate formation in the high-$$k$$/Ge stack, thus obtaining good electrical properties. An EOT of 0.56 nm with significantly reduced gate leakage was successfully obtained for Pt/HfO$$_{2}$$/AlO$$_{x}$$/GeO$$_{x}$$/Ge gate stack.

論文

Ge diffusion and bonding state change in metal/high-$$k$$/Ge gate stacks and its impact on electrical properties

細井 卓治*; 秀島 伊織*; 田中 亮平*; 箕浦 佑也*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

Microelectronic Engineering, 109, p.137 - 141, 2013/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:53.99(Engineering, Electrical & Electronic)

Ge diffusion and chemical bonding states in metal/high-$$k$$/Ge gate stacks were investigated by synchrotron photoemission spectroscopy to understand their impact on electrical properties. Although Hf germanide was found in HfO$$_{2}$$/GeO$$_{x}$$/Ge gate stacks, such germanide could be fully oxidized by using plasma-assisted oxidation. However, Al electrode on HfO$$_{2}$$/GeO$$_{x}$$/Ge stacks reduced interfacial GeO$$_{x}$$ layer, resulting in the formation of Al germanide at the Al/HfO$$_{2}$$ interface. No germanide was formed in the stacks with inert Pt electrode, suggesting the Al layer may promote upward diffusion of GeO molecules through the HfO$$_{2}$$ layer. Hf germanide was formed near the HfO$$_{2}$$/GeO$$_{x}$$ interface probably due to Ge intermixing with the HfO$$_{2}$$ layer in the Pt-gate stacks, in contrast to the enhanced formation of Al germanide in Al-gate stacks. The formation of metal germanide led to severe degradation of insulating properties in metal/high-$$k$$/Ge stacks.

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