JP2011243632A - ペロブスカイト型の複合酸化物をチャンネル層とする電界効果トランジスタ及びその製造方法と、これを利用したメモリ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ペロブスカイト構造を有し且つ化学式がA1-xBxNiO3(但し、Aは希土類元素から選択された1種類の元素であり、BとしてA以外の少なくとも1種類の希土類元素であって、xは0≦x≦1を満たす実数である)で表される複合酸化物からなる単結晶膜をチャンネル層に用いる。
【選択図】図2
Description
パルスレーザー堆積法を用いて、基板温度600℃〜800℃、酸素圧225mTorrの製膜条件で、(110)面に配向したNdGaO3の単結晶基板1の表面上に、ペロブスカイト型の酸化物であるNd1-xSmxNiO3(0≦x≦1)の単結晶薄膜を約10nmの膜厚になるまで成長させた。
上述の方法で製膜したNd1-xSmxNiO3単結晶薄膜をフォトリソグラフィー法及びアルゴンイオンエッチングを用いてパターニングを行い、縦幅100μm×横幅20μm程度の導電チャンネル2を形成した。このとき、導電チャンネル2以外の薄膜は除去され絶縁性の基板1の表面が露出した状態になるので、この露出した基板1の表面の上に次の工程で電極及び配線等を形成した。
上述の方法で形成した導電チャンネル2及び絶縁性基板1の表面の上に、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、ソース3及びドレイン4、ゲート電極51,52及び金属配線を形成した。
(i) まず、上記のようにして形成された導電チャンネル2及び絶縁性基板1の表面上に、フォトリソグラフィー法を用いて、配線とソース3、ドレイン4、ゲート電極51,52の基となるパターンを形成した。
(ii) 上記の導電チャンネル2及び絶縁性基板1の表面上に厚さ10nmのPt層を蒸着法により形成し、該白金層と上記チャンネル層2との接合と配線及び電極を形成した。
(iii) 次いで、上記Pt層上に厚さ190nmのAu層を蒸着法により形成することによって、Au/Ptソース3及びAu/Ptドレイン4を形成した。また、該ソース3及びドレイン4の表面がイオン液体に接触しないように、ソース3及びドレイン4の表面上をエポキシ樹脂等の合成樹脂製の絶縁性物質からなる保護層31及び41でそれぞれ被覆した。尚、導電チャンネル2を形成するNd1-xSmxNiO3単結晶薄膜のキャリア21はp−typeであり、仕事関数は4.8ev〜5.3ev程度の範囲内であるので、これより仕事関数が深い金属であれば上記Pt層を代替することが可能である。
上述の方法で形成した導電チャンネル2及び金属配線の上にフォトリソグラフィー法を用いて、図2(a)の断面模式図に示されるように、ゲート電極51,52及び導電チャンネル層2間の絶縁性を確保するためのゲート絶縁体の一部を構成する構造のセパレータ層61,62を形成した。該セパレータ層61,62は、図2(b)の断面模式図に示されるように、電気二重層法に用いる電解質及び/或いはイオン液体が不必要な場所でソース電極或いはドレイン電極等の金属配線等に接触して漏れ電流が増大するのを防ぐためのものであり、素子の品質向上のために不可欠のものである。
ゲート絶縁体は、液状の電解質が上記導電チャンネル2及びゲート電極51,52に接触するように該液状の電解質を含有するイオン液体層7からなるゲート絶縁層を形成することによって構成される。すなわち、セパレータ層61,62の外側にゲート電極51,52を形成し、イオン液体層7が上記導電チャンネル2及びゲート電極51,52の表面に直接接触できるように液状の電解質を含有するイオン液体層7を充填した。
実施例1のFET素子は、図1の平面図及び図2(a)、(b)に示される構造を備える。
Nd1-xSmxNiO3単結晶薄膜のサマリウム(Sm)濃度xが0.7以上である場合、その金属絶縁体転移温度(TMI)は室温以上になる。このような単結晶薄膜で形成されたチャンネル層2は室温において絶縁体相になり、ゲート電極51のみに正の電圧を印加したときの状態は、図2(a)の断面模式図に示されるようになる。
実施例2のFET素子は、上記(1)乃至(5)にて説明した本発明のFETの一実施形態の製造方法によって製造されるが、図5に示されるようにゲート電極5がイオン液体層7の上側に設けられる点で、実施例1のFET素子と異なる構造を備えている。
2 導電チャンネル
3 ソース
4 ドレイン
5 ゲート電極
7 イオン液体層
21 導電チャンネル2のキャリア
22 導電チャンネル2に注入されたホール
31 保護層
41 保護層
51,52 ゲート電極
61,62 セパレータ層
71 カチオン(DEME)
72 アニオン(TFSI)
73 アニオン(BF4)
Claims (6)
- ペロブスカイト構造を有し、化学式がA1-xBxNiO3(但し、Aは希土類元素から選択された1種類の元素であり、BとしてA以外の少なくとも1種類の希土類元素であって、xは0≦x≦1を満たす実数である)で表される複合酸化物からなる単結晶膜をチャンネル層に用いる、
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 酸化物の単結晶からなる基板と、液状の電解質を含有するゲート絶縁層とを備え、
前記チャンネル層は、該基板上に直接に形成され、
上記ゲート絶縁層は、前記チャンネル層の露出した表面に接触する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記元素Aがネオジウムであり、前記元素Bがサマリウムである、
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記基板がNdGaO3単結晶からなる、
ことを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。 - 請求項1乃至4に記載の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つを配置することによって構成される、
ことを特徴とするメモリ素子。 - ソース領域及びドレイン領域、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャンネル層、電気絶縁層を介して前記チャンネル層に隣接して設けられたゲート領域が、酸化物単結晶の基板の同一表面上に配置されるプレーナ構造の電界効果トランジスタを製造する方法であって、
ペロブスカイト構造を有し、化学式がA1-xBxNiO3(但し、Aは希土類元素から選択された1種類の元素であり、BとしてA以外の少なくとも1種類の希土類元素であって、xは0≦x≦1を満たす実数である)で表される複合酸化物からなる単結晶膜を前記チャンネル層として、前記基板の同一平面上に直接的に形成する工程と、
フォトリソグラフィー法を用いて、ゲート領域及びチャンネル層間にゲート絶縁体領域の一部を構成する前記電気絶縁層を形成する工程と、
液状の電解質が上記チャンネル層に接触するように、液状の電解質を含有するイオン液体層で満たしたゲート絶縁体領域を上記チャンネル層上に形成する工程と、
を含むことを特徴とする、電界効果トランジスタの製造方法。
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