【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.20】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NM0220

利用課題名 / Title

酸化物半導体薄膜ヘテロ界面の断面構造観察

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

清野 隆介

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

簔原　誠人

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

根本善弘,西宮 ゆき

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NM-517：FIB/SEM精密微細加工装置（Helios 650）
NM-503：200kV電界放出形透過電子顕微鏡（JEM-2100F1）
NM-516：TEM試料作製装置群
NM-504：200kV電界放出形透過電子顕微鏡（JEM-2100F2）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ディスプレイの低消費電力化に向けて、液晶の駆動素子として実用化されているアモルファスIn-Ga-Zn-O（a-IGZO）を用いた電界効果トランジスタ（FET）の高性能化が求められている。
本研究では、従来型FETを凌駕する電圧応答性能を有するデバイスとして、集積半導体の分野で研究が行われているトンネルFETに着目した。a-IGZOを用いたトンネルFETの実現には、pnヘテロ接合界面が幾何学的・化学的急峻である事が重要となる。しかし、酸化物半導体であるa-IGZOに対して、シリコンやゲルマニウムなどの共有結合性の材料を接合してしまうと接合界面に反応層が生成されてしまう。そこで、本研究ではs軌道系p型酸化物半導体であるSnOとNb-Bi2WO6（BWO）に着目し、a-IGZO/SnOヘテロ構造およびa-IGZO/BWOヘテロ構造をパルスレーザー堆積法で作製した。
本課題では、YSZ(001)単結晶基板上に作製したSnO薄膜（膜厚60 nm程度）の上にa-IGZOを1 nm堆積したヘテロ構造とSTO(001)単結晶基板上に作製したBWO薄膜（膜厚100 nm程度）の上にa-IGZOを3 nm堆積したヘテロ構造に関して、断面TEM観察を行った。

実験 / Experimental

作製した2種類のヘテロ接合に関して、基板とSnO（もしくはNb:BWO）、さらにはpnヘテロ接合界面の断面TEM像の測定を行った。さらにEDSによる組成分析から他の層への原子の拡散有無なども確認した。Nb:BWOに関しては単層薄膜の成長の情報が少ないので、基板とNb:BWO界面の回折像も測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

試料のa-IGZO層は膜厚が極めて、薄かったがカーボンコーティングを施すことでFIB加工によるTEM観察用試料の作製ができた。
作製したいずれの試料においてもヘテロ接合界面における反応層の生成は確認されなかった。また、SnO、Nb:BWOいずれも膜表面の形状が滑らかであったため、急峻なpnヘテロ接合界面が確認できた。
Nb:BWO薄膜に関しては基板との間で回折像を確認したことで、単相の成長と若干の格子の歪みが確認できた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

 a-IGZO/SnOヘテロ界面およびa-IGZO/Nb:Bi2WO6ヘテロ界面のhigh-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy image

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本測定で得られたデータを用いて、JOURNAL OF APPLIED PHYSICSへ誌上発表を予定しております。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件