堀田研究室 堀田 將 准教授

Photo: 堀田 將 准教授

〈専門分野〉電子デバイス、固体電子物性、薄膜結晶成長
〈キーワード〉グリーンイノベーション、デバイス物理、半導体物性、電子デバイス

環境負荷の無い電子材料と電子デバイスの作製

研究内容

 コンピュータ内のICや薄型テレビの画素駆動用などに、600~1000℃程度の温度でトランジスタが作製されています。この様な温度は、我々の日常生活のものと比べると極めて高いものです。そこで、本研究室では、環境負担の少ない200℃以下での電子材料と新電子デバイス作製の実現を、以下の2つの研究テーマにより具現化し、最終的には社会への省エネ、省資源化、温暖化防止に貢献したいと考えています。

1.結晶化誘発層を用いた結晶化Si薄膜の低温作製

 ガラスなどの安価な基板上にトランジスタの主材料である半導体(主にSi)薄膜を低温作製すると、その薄膜は非晶質、あるいは高欠陥密度の多結晶となり、高品質のものが出来ません。その理由の一つに、Si薄膜を形成する基板に結晶情報が無いことが挙げられます。そこで、図1のように低温形成できる結晶性絶縁物YSZ(イットリア安定化ジルコニア:Yttria-StabilizedZirconia)層を基板(主にガラス)表面にあらかじめ形成し、そのYSZの結晶情報によりSi薄膜の結晶化をより低温で誘発させる方法を検討しています。この手法は、太陽電池用Si薄膜にも適用できます。図1から、YSZ層界面からSi結晶が成長していることが分かり、YSZ層がSiの低温結晶化を促進しています。現在は、より低温結晶化のためにパルスレーザーを用いた室温作製を検討しています。これは、レーザー照射時間が十ns程度と極めて短いため、瞬時には1000℃程度にはなりますが、実効的には室温作製だからです。

2.シリコーンオイルとオゾンガスとによるSiO2膜の低温作製

 電子デバイスには、半導体ばかりでなく絶縁体、特に酸化Si(SiO2)薄膜がよく使われています。本研究室は、このSiO2薄膜を化粧水にも使われるシリコーンオイルと自然環境に必要なオゾンという環境に配慮した材料を用いて、低温作製しています。図2のように窒素ガスのバブリングによりガス化したシリコーンオイル蒸気とオゾン発生装置により得たオゾンとを200℃程度の低温で混合・反応させて作製します。プラズマを用いないため、プラズマダメージが無く、装置コストが低く抑えることができます。図2に、Si基板上に200℃で作製した酸化Si薄膜断面の走査型電子顕微鏡写真を示します。厚さ約100nmの平坦な酸化Si薄膜が形成されています。現在、絶縁性を悪くする水分が膜中に多量に含まれるという低温作製の本質的な問題の解決を検討しています。

使用装置

超高真空蒸着装置、スパッタ装置、Nd:YAGレーザー、リソグラフィ装置、リアクティブイオンエッチング装置、イオン注入装置、管状アニール炉、X線回折装置、走査型電子顕微鏡、X線光電子分光装置、ラザフォード後方散乱装置、ラマン分光装置、原子間力顕微鏡、電気的特性測定装置など

過去5年間の主な研究業績

  1. M. T. K. Lien and S. Horita, Raman Spectra Analysis of Si Films Solid-Phase-Crystallized on Glass Substrates by Pulse Laser with Crystallization-Induction Layers of Yttria-Stabilized Zirconia, Jpn. J. Appl. Phys., 53, pp.03CB01 1-7 (2014).
  2. S. Horita and H. Sukreen, Low-Temperature Crystallization of Silicon Films Directly Deposited on Glass Substrates Covered with Yttria-Stabilized Zirconia Layers, Jpn. J. Appl. Phys., 49, 105801 1-11 (2010).
  3. S. Horita and B. N. Q. Trinh, Disturb-Free Writing Operation for Ferroelectric Gate Field-Effect Transistor Memories with Intermediate Electrodes, IEEE Trans. Electron Devices, 56, 3090-3096 (2009).
  4. S. Horita and H. Sukreen, Low Temperature Deposition and Crystallization of Silicon Film on an HF-etched Polycrystalline Yttria-Stabilized Zirconia Layer Rinsed with Ethanol Solution, Appl. Phys. Express, 2, 04120 1-3 (2009).
  5. S. Horita, K. Toriyabe, and K. Nishioka, Low-Temperature Deposition of Silicon Oxide Film from the Reaction of Silicone Oil Vapor and Ozone Gas, Jpn. J. Appl. Phys., 48, 035501 1-7 (2009).
連絡先

堀田 將/E-mail:horita@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1561 FAX:0761-51-1149
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/handoutai/horita-lab/horita.html

誰もが感動する開発・研究には、長く考えることができる賢くも強い頭と地道に努力できる強い心が必要です。本研究室は、それらのことが会得できるように上記の研究に対し、教官と学生が一丸となって踏ん張り、その結果として、研究を楽しむことを目指しています。