徳光 永輔 研究室

徳光 永輔 教授

応用物理学領域
徳光研究室 徳光 永輔 教授

酸化物機能性材料を用いた次世代電子デバイスと 作製プロセスを開発する

本研究室では、酸化物半導体、強誘電体、高誘電率材料などの酸化物材料を用いて、高機能高性能な薄膜トランジスタや不揮発性メモリの開発を行っています。

酸化物半導体は、古くは酸化インジウム、最近ではIGZO(In-Ga-Zn-O)に代表されます。従来の主な半導体材料であるシリコンやガリウム砒素が単結晶であるのに対し、酸化物半導体のIGZOはアモルファスであり、低温プロセスによって薄膜が作製可能でまた様々な基板上へ堆積することができます。 ガラス基板への成膜による透明化、プラスチック基板への成膜によるフレキシブル化も期待できます。また、酸化物半導体は、キャリア移動度がアモルファスシリコン系TFTの約10倍と高く、現在、大画面の高精細液晶ディスプレイへの応用研究が活発に進められています。私は、酸化物材料を論理回路やメモリに応用し、パネルやフィルムに集積化して、丸めたり折り曲げたりできるフレキシブルなシート状のコンピュータや透明なコンピュータができれば面白い、そんなことを考えています。

大電荷量を制御する電界効果型トランジスタ

強誘電体は、分極量と印加電界の関係がヒステリシス曲線を示し、残留分極を有することから不揮発性メモリ機能を持つこと、酸化シリコンなどの常誘電体に比べて低電界においても大きな電荷量を誘起できることがわかります。コンデンサーとして見れば、より多くの電子を制御できる絶縁膜になる可能性を秘めています。この強誘電体の巨大電化制御能を活用することで、導電体に近い材料も半導体のように扱うことができ、デバイスのバリエーションが広がります。本研究室では、こうしたトランジスタの新しいコンセプトを提唱しています。

これまでに、透明導電膜のインジウム・スズ酸化物(ITO)をチャネルに用いた強誘電体のBLT(チタン酸ビスマスランタン)/ITO構造のトランジスタを作製し、良好なトランジスタ特性を得ることに成功しています。また、ゲート電極、ソース/ドレイン電極にもITOを用いて、石英基板上に素子を形成し、不揮発性メモリ機能を有する透明薄膜トランジスタや、有機強誘電体であるP(VDF-TrFE)(ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体)と酸化物半導体IGZOを組み合わせたフレキシブルな不揮発性メモリ素子の作製に成功しています。

グリーンプロセスの確立と酸化物電子デバイスの極微細化への挑戦

酸化物半導体は、塗布によりさまざまなところに堆積でき、また、酸化物は半導体、絶縁体、導電体、すべてが作製可能であることを踏まえ、今後、酸化物電子デバイスを液体プロセスで作製することを考えています。従来の半導体では、大型真空装置で大量の原料とエネルギーを消費し、危険なガスを使用するなど、環境負荷の大きいプロセスを要します。私たちは、低環境負荷なグリーンデバイスを、省エネルギー・省資源による低環境負荷のグリーンプロセスで作製することをめざします。

さらに、大画面高精細ディスプレイへの応用が進められている酸化物半導体はミクロンサイズですが、私は、20nm、10nm以下の極微細化チャネル長デバイスを狙い、集積回路へ応用したいと考えています。

徳光研究室の紹介
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酸化物機能性材料を用いた次世代電子デバイスと作製プロセスを開発する

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