JP2016072548A - 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 - Google Patents
機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016072548A JP2016072548A JP2014202909A JP2014202909A JP2016072548A JP 2016072548 A JP2016072548 A JP 2016072548A JP 2014202909 A JP2014202909 A JP 2014202909A JP 2014202909 A JP2014202909 A JP 2014202909A JP 2016072548 A JP2016072548 A JP 2016072548A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- functional
- vanadium dioxide
- buffer
- element substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 150
- 229910021542 Vanadium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N vanadium dioxide Chemical compound O=[V]=O GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 22
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 28
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 4
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 abstract 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000002233 thin-film X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
【課題】半導体基板に二酸化バナジウムの機能性薄膜を形成する。
【解決手段】本発明では、高温で形成した六方晶窒化アルミニウム薄膜をバッファ薄膜１３として用い、その表面に、金属バナジウムターゲットを反応性スパッタリングして、ルチル型正方晶構造の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６をエピタキシャル成長させる。相転移前後での抵抗値変化が大きい機能性薄膜１６が形成されるので、電気的特性が良好な機能性素子２７が得られる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明では、高温で形成した六方晶窒化アルミニウム薄膜をバッファ薄膜１３として用い、その表面に、金属バナジウムターゲットを反応性スパッタリングして、ルチル型正方晶構造の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６をエピタキシャル成長させる。相転移前後での抵抗値変化が大きい機能性薄膜１６が形成されるので、電気的特性が良好な機能性素子２７が得られる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、機能性酸化物薄膜の技術分野に係り、特に、相転移を示す二酸化バナジウム薄膜の製造方法に関する。
バナジウムには、例えば二酸化バナジウム(ＶＯ2)や、五酸化二バナジウム(Ｖ2Ｏ5)とが知られており、(Ｖ2Ｏ5とＶＯ2はそれぞれ約２８０℃と約６５℃を相転移温度にして相転移を発生させる。
相転移が起こると、電気的特性や光学的特性が急激に変化するので、色々な応用が考えられており、特に、相転移温度が常温に近く、半導体−金属転移が発生するＶＯ2が、スイッチング素子や記憶素子の材料として注目されている（特許文献１）。
相転移が起こると、電気的特性や光学的特性が急激に変化するので、色々な応用が考えられており、特に、相転移温度が常温に近く、半導体−金属転移が発生するＶＯ2が、スイッチング素子や記憶素子の材料として注目されている（特許文献１）。
半導体−金属転移については、相転移前後での抵抗値変化が発生し、その変化量が大きいほど、スイッチング素子や記憶素子の性能が向上することから、抵抗値変化が大きい単結晶のＶＯ2薄膜が求められている。
ＳｉＯ2表面上では、ＶＯ2薄膜をエピタキシャル成長させることはできないが、サファイヤ基板の表面上には、結晶性が高いＶＯ2薄膜を形成できることが知られているが、ＶＯ2薄膜を用いた機能性素子を形成するために、電子回路を一体化できる半導体基板上にＶＯ2薄膜を形成する技術が求められている。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、半導体基板上に結晶性が高い二酸化バナジウム薄膜を形成することができる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、半導体単結晶を有する素子基板と、前記素子基板上に形成された六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜と、前記バッファ薄膜の表面に形成された二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜と、を有し、前記機能性薄膜が、金属相と絶縁相との間で相転移される機能性素子である。
本発明は、前記バッファ薄膜は、金属アルミニウムターゲットが、スパッタリングガスと窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中でスパッタリングされ、８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温された前記素子基板の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記機能性薄膜は、金属バナジウムターゲットが、スパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中でスパッタリングされて前記バッファ薄膜の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記素子基板の表面には二酸化ケイ素が露出し、前記バッファ薄膜は、前記二酸化ケイ素と接触された機能性素子である。
本発明は、半導体単結晶を有する素子基板上に六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜をエピタキシャル成長させるバッファ薄膜形成工程と、前記バッファ薄膜が形成された前記素子基板をスパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中に配置し、金属バナジウムターゲットをスパッタリングして、前記バッファ薄膜の表面に、六方晶構造の二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを有する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
本発明は、前記バッファ薄膜形成工程は、金属アルミニウムターゲットを、スパッタリングガスと、窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中で、前記素子基板を８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温させ、スパッタリングし、前記素子基板の表面に前記バッファ薄膜を形成する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
本発明は、前記バッファ薄膜は、金属アルミニウムターゲットが、スパッタリングガスと窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中でスパッタリングされ、８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温された前記素子基板の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記機能性薄膜は、金属バナジウムターゲットが、スパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中でスパッタリングされて前記バッファ薄膜の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記素子基板の表面には二酸化ケイ素が露出し、前記バッファ薄膜は、前記二酸化ケイ素と接触された機能性素子である。
本発明は、半導体単結晶を有する素子基板上に六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜をエピタキシャル成長させるバッファ薄膜形成工程と、前記バッファ薄膜が形成された前記素子基板をスパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中に配置し、金属バナジウムターゲットをスパッタリングして、前記バッファ薄膜の表面に、六方晶構造の二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを有する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
本発明は、前記バッファ薄膜形成工程は、金属アルミニウムターゲットを、スパッタリングガスと、窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中で、前記素子基板を８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温させ、スパッタリングし、前記素子基板の表面に前記バッファ薄膜を形成する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
二酸化バナジウムは、相転移の前後での抵抗値変化が大きく、電気的特性が良好な機能性素子が得られる。本発明では、機能性素子を半導体基板上に形成するので機能性素子と電気回路と組み合わせた機能性集積回路を得ることができる。
本発明の機能素子の製造工程を説明する。
図１を参照し、同図(ａ)の符号２０は、Ｓｉ単結晶基板である。
図１を参照し、同図(ａ)の符号２０は、Ｓｉ単結晶基板である。
＜バッファ薄膜形成工程＞
この素子基板２０を、スパッタリング装置内に搬入する。
スパッタリング装置の内部は真空雰囲気にされており、金属アルミニウムのターゲットが配置されている。第一のスパッタリング装置の内部にスパッタリングガス(希ガス)と窒化ガスとを導入し、金属アルミニウムターゲットをスパッタリングして、素子基板２０の表面に、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)薄膜を接触して形成する。
この素子基板２０を、スパッタリング装置内に搬入する。
スパッタリング装置の内部は真空雰囲気にされており、金属アルミニウムのターゲットが配置されている。第一のスパッタリング装置の内部にスパッタリングガス(希ガス)と窒化ガスとを導入し、金属アルミニウムターゲットをスパッタリングして、素子基板２０の表面に、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)薄膜を接触して形成する。
窒化アルミニウム薄膜が素子基板２０上で成長する際には、素子基板２０を加熱して８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温させており、窒化アルミニウム薄膜はエピタキシャル成長し、図１(ｂ)に示すように、六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜１３が形成される。ここでのスパッタリングガスにはアルゴンガスを用い、窒化ガスにはＮ2ガスを用いた。
＜エピタキシャル成長工程＞
次に、バッファ薄膜１３が形成された素子基板２０を、金属バナジウムのターゲットが配置された第二のスパッタリング装置の内部に搬入し、スパッタリングガスと酸化性ガスとを導入し、素子基板２０を３５０℃以上５００℃未満の温度範囲に昇温させながら、金属バナジウムターゲットをスパッタリングする。
次に、バッファ薄膜１３が形成された素子基板２０を、金属バナジウムのターゲットが配置された第二のスパッタリング装置の内部に搬入し、スパッタリングガスと酸化性ガスとを導入し、素子基板２０を３５０℃以上５００℃未満の温度範囲に昇温させながら、金属バナジウムターゲットをスパッタリングする。
スパッタリングにより、ターゲットの表面から金属バナジウムやバナジウム酸化物がスパッタリング粒子となって飛び出し、素子基板２０のバッファ薄膜１３の表面に到達すると酸素ガスと反応し、バナジウム原子と酸素原子とが１：２の個数割合で規則的に並んで二酸化バナジウム薄膜がエピタキシャル成長し、バッファ薄膜１３の表面に二酸化バナジウム薄膜が形成される。
二酸化バナジウムは、相転移温度である６７℃を境に電気特性や結晶構造が変化する性質があり、相転移温度よりも低温では高抵抗な絶縁相を示し、高温では低抵抗な金属相を示す。相転移温度よりも低温では、二酸化バナジウム薄膜の結晶格子構造は、単斜晶構造であるが、その状態から昇温され、相転移温度を(６７℃)超えるとルチル型の正方晶に変化する。降温して相転移温度よりも低温になると単斜晶になる。
結晶性が高い二酸化バナジウム薄膜を形成するためには、スパッタリングの際には素子基板２０は少なくとも相転移温度よりも高温に加熱する必要がある。
バッファ薄膜上に成長する薄膜は、バッファ薄膜の結晶性が高いほど結晶性が高くなり、逆に、多結晶や非晶質のバッファ薄膜上には、結晶性が高い薄膜は形成されにくい。
バッファ薄膜上に成長する薄膜は、バッファ薄膜の結晶性が高いほど結晶性が高くなり、逆に、多結晶や非晶質のバッファ薄膜上には、結晶性が高い薄膜は形成されにくい。
本発明では、二酸化バナジウム薄膜は、結晶性が高い六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜１３上に成長されており、結晶性の高い二酸化バナジウム薄膜が得られることが分かっている。
同図(ｃ)の符号１５は、二酸化バナジウム薄膜を示している。
スパッタリングガスは、アルゴンガス、酸化性ガスは酸素ガス(Ｏ2ガス)を用いることができる。
スパッタリングガスは、アルゴンガス、酸化性ガスは酸素ガス(Ｏ2ガス)を用いることができる。
＜エッチング工程＞
次に、二酸化バナジウム薄膜１５を部分的にエッチングし、図１(ｄ)に示すように、残った部分から成る機能性薄膜１６を形成する。
次に、二酸化バナジウム薄膜１５を部分的にエッチングし、図１(ｄ)に示すように、残った部分から成る機能性薄膜１６を形成する。
＜電極形成工程＞
次に、同図(ｅ)に示すように、素子基板２０の機能性薄膜１６が形成された側の表面に、機能性薄膜１６と接触する金属薄膜(ここではニッケル薄膜)から成る内部電極膜１８を形成する。
次に、同図(ｅ)に示すように、素子基板２０の機能性薄膜１６が形成された側の表面に、機能性薄膜１６と接触する金属薄膜(ここではニッケル薄膜)から成る内部電極膜１８を形成する。
次に、内部電極膜１８をパターニングし、同図(ｆ)に示すように、互いに分離され、それぞれ底面で機能性薄膜１６の表面と接触した第一、第二の内部電極１９1，１９2を形成する。第一、第二の内部電極１９1，１９2は、機能性薄膜１６によって互いに電気的に接続されている。
次に、第一、第二の内部電極１９1，１９2が位置する表面に、同図(ｇ)に示すように、金属薄膜(ここでは白金薄膜)から成る外部電極膜２１を形成し、外部電極膜２１をパターニングして、同図(ｈ)に示すように、第一、第二の外部電極２２1，２２2を形成され、第一、第二の外部電極２２1、２２2は互いに分離され、第一の外部電極２２1は第一の内部電極１９1に接触され、第二の外部電極２２2は第二の内部電極１９2に接触されている。
素子基板２０の内部には、不純物拡散層やｐｎ接合が形成され、素子基板２０には、トランジスタやダイオード等の電機部品が形成されている。そのトランジスタやダイオードなどの電気部品から電気回路が構成されており、第一、第二の内部電極１９1，１９2は、素子基板２０に設けられた電気回路に接続され(電気部品と電気回路は不図示)、第一、第二の外部電極２２1，２２2の間に電気回路から電圧が印加されると、第一、第二の内部電極１９1，１９2を介して機能性薄膜１６に電圧が印加され、機能性薄膜１６に電流が流れる。
絶縁相の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６に第一のパルス電圧を印加すると金属相に相転移して抵抗値が小さくなり、金属相の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６に、第一の電圧よりも低電圧である第二の電圧のパルス電圧を印加すると絶縁相の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６に相転移して抵抗値が大きくなる。
従って、この特性によって情報を記憶する記憶素子である機能性素子２７が得られる。
従って、この特性によって情報を記憶する記憶素子である機能性素子２７が得られる。
上記の機能性素子２７が有する電気的特性は、第一、第二の外部電極２２1，２２2の間の印加電圧が大きくなると、抵抗値が小さくなって電流を流せるようになることから、サーミスタである機能性素子としても用いることができる。
また、上記製造工程では、Ｓｉ単結晶基板から成る素子基板２０として用いたが、また、半導体基板を素子基板２０として用い、８００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、素子基板２０の半導体単結晶の表面上に窒化アルミニウム薄膜を形成し、その窒化アルミニウム薄膜の表面上に二酸化バナジウム薄膜を形成してもよい。
また、図２に示すように、素子基板２０の表面上に六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜１３を形成し、バッファ薄膜１３の表面にルチル型正方晶構造の二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６を形成し、ソース電極２３1とドレイン電極２３2とを、機能性薄膜１６と接触して配置し、ソース電極２３1上と、ドレイン電極２３2上と、ソース電極２３1とドレイン電極２３2との間に露出する機能性薄膜１６上との間に亘ってゲート絶縁膜２５とゲート電極２６とをこの順序で積層させ、トランジスタである機能性素子２８を構成させてもよい。この機能性素子２８については、ゲート電極２６に印加する電圧によって、機能性薄膜１６に相転移を発生させ、ソース電極２３1とドレイン電極２３2との間の抵抗値を変化させることが期待されている。
なお、二酸化バナジウム薄膜を形成する温度範囲は、５００℃以下の範囲に限定されるものではなく、１０００℃以下の温度範囲であればよい。
なお、二酸化バナジウム薄膜を形成する温度範囲は、５００℃以下の範囲に限定されるものではなく、１０００℃以下の温度範囲であればよい。
図３は、サファイヤ基板上に、スパッタリング法によって二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させて得られたルチル型の二酸化バナジウム薄膜のＸ線回折解析結果であり、図４は、そのルチル型の二酸化バナジウム薄膜の温度−抵抗特性の測定結果である。二酸化バナジウム薄膜のエピタキシャル成長温度５００℃、膜厚７０ｎｍである。
図３，４から、相転移温度は６７℃、ヒステリシス曲線の温度幅は６．７℃であり、相転移による抵抗値変化は５桁である。
図３，４から、相転移温度は６７℃、ヒステリシス曲線の温度幅は６．７℃であり、相転移による抵抗値変化は５桁である。
図５の下側のグラフは、エピタキシャル成長された六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜のＸ線回折解析結果であり、上側のグラフは、その六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜の表面にエピタキシャル成長によって形成された二酸化バナジウム薄膜のＸ線回折解析結果である。
この二酸化バナジウム薄膜のピークは、窒化アルミニウム薄膜のピーク位置に近い位置にあり、窒化アルミニウムと同様に、結晶性が高いことが分かる。
この二酸化バナジウム薄膜のピークは、窒化アルミニウム薄膜のピーク位置に近い位置にあり、窒化アルミニウムと同様に、結晶性が高いことが分かる。
図６は、アナターゼ型正方晶構造の二酸化バナジウム薄膜のＸ線回折解析結果であり、(０１１)面の配向が観察される。
図５のグラフのピーク位置をこの図６のグラフのピーク位置と比較すると、図５のグラフは、図６のグラフと異なっていることから、六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜表面に成長した図５のグラフの二酸化バナジウム薄膜は、ルチル型の正方晶構造であることが分かる。
図５のグラフのピーク位置をこの図６のグラフのピーク位置と比較すると、図５のグラフは、図６のグラフと異なっていることから、六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜表面に成長した図５のグラフの二酸化バナジウム薄膜は、ルチル型の正方晶構造であることが分かる。
次に、上記バッファ薄膜製造工程で形成した六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜の表面に、上記エピタキシャル成長工程の条件によって形成されたルチル型正方晶構造の二酸化バナジウム薄膜のＸ線回折解析結果を図７に示し、温度−抵抗値特性を図９(ａ)に示す。
比較例として、素子基板の温度を５００℃以下の温度(ここでは３５０℃)にして金属アルミニウムターゲットをスパッタリングし、多結晶型の窒化アルミニウム薄膜を形成してバッファ薄膜とし、その表面に上記エピタキシャル成長工程の条件で二酸化バナジウム薄膜を形成した。その表面のＸ線回折解析結果を図８に示し、温度−抵抗特性を図９(ｂ)に示す。
また、比較例として、サファイヤ基板の表面に、その表面に上記エピタキシャル成長工程の条件で二酸化バナジウム薄膜を形成した。その表面のＸ線回折解析結果を図９(ｃ)に示す。
これら図９(ａ)〜(ｃ)の二酸化バナジウム薄膜のスパッタリング条件は、素子基板の温度は５００℃、ＤＣパワー７５０Ｗ、酸素ガス含有量１３．９％、二酸化バナジウム薄膜の膜厚は７０ｎｍである。
本発明の二酸化バナジウム薄膜(図９(ａ))と、サファイヤ基板上の二酸化バナジウム薄膜(図９(ｃ))とが、５桁の抵抗値変化があるが、多結晶窒化アルミニウム薄膜上の二酸化バナジウム薄膜(図９(ｂ))では、抵抗変化は４桁である。
サファイヤ基板上の二酸化バナジウム薄膜は、結晶性が高いことが知られているが、図９(ａ)と(ｃ)のグラフを対比させると、抵抗変化は同程度であり、本発明の二酸化バナジウム薄膜は、同程度の結晶性を有していることが分かる。
なお、図９(ａ)〜(ｃ)の二酸化バナジウム薄膜を形成したエピタキシャル工程の条件は、素子基板の温度は５００℃、スパッタリング電力は、７５０Ｗ(直流)、酸素ガス(Ｏ2ガス）割合は１３．９％、膜厚は７０ｎｍである。
２０……素子基板
１３……バッファ薄膜
１６……機能性薄膜
２７、２８……機能性素子
１３……バッファ薄膜
１６……機能性薄膜
２７、２８……機能性素子
Claims (6)
- 半導体単結晶を有する素子基板と、
前記素子基板上に形成された六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜と、
前記バッファ薄膜の表面に形成された二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜と、
を有し、前記機能性薄膜が、金属相と絶縁相との間で相転移される機能性素子。 - 前記バッファ薄膜は、金属アルミニウムターゲットが、スパッタリングガスと窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中でスパッタリングされ、８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温された前記素子基板の表面に形成された請求項１記載の機能性素子。
- 前記機能性薄膜は、金属バナジウムターゲットが、スパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中でスパッタリングされて前記バッファ薄膜の表面に形成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の機能性素子。
- 前記素子基板の表面には二酸化ケイ素が露出し、前記バッファ薄膜は、前記二酸化ケイ素と接触された請求項３記載の機能性素子。
- 半導体単結晶を有する素子基板上に六方晶構造の窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜をエピタキシャル成長させるバッファ薄膜形成工程と、
前記バッファ薄膜が形成された前記素子基板をスパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中に配置し、金属バナジウムターゲットをスパッタリングして、前記バッファ薄膜の表面に、六方晶構造の二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを有する二酸化バナジウム薄膜製造方法。 - 前記バッファ薄膜形成工程は、金属アルミニウムターゲットを、スパッタリングガスと、窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中で、前記素子基板を８００℃以上１０００℃以下の温度に昇温させ、スパッタリングし、前記素子基板の表面に前記バッファ薄膜を形成する請求項５記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014202909A JP6429184B2 (ja) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014202909A JP6429184B2 (ja) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016072548A true JP2016072548A (ja) | 2016-05-09 |
| JP6429184B2 JP6429184B2 (ja) | 2018-11-28 |
Family
ID=55864986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014202909A Active JP6429184B2 (ja) | 2014-10-01 | 2014-10-01 | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6429184B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112921273A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 电子科技大学 | 一种基于相变材料二氧化钒的动态热辐射制冷器件 |
| CN113764145A (zh) * | 2020-06-05 | 2021-12-07 | 高尔科技股份有限公司 | 热敏电阻及基于该热敏电阻的微辐射热计 |
| WO2024096723A1 (ko) * | 2022-11-05 | 2024-05-10 | 반암 주식회사 | 산화물 박막 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000137251A (ja) * | 1998-08-28 | 2000-05-16 | Itaru Yasui | サ―モクロミック体及びその製造方法 |
| JP2002516813A (ja) * | 1998-06-03 | 2002-06-11 | ブルーノ カー． マイヤー | サーモクロミックコーティング |
| JP2006032898A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Korea Electronics Telecommun | 急激な金属−絶縁体転移半導体物質を利用した２端子半導体素子及びその製造方法 |
| JP2007224390A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Tokai Univ | 二酸化バナジウム薄膜製造装置、二酸化バナジウム薄膜製造方法、スイッチング素子製造方法、およびスイッチング素子 |
| JP2010219207A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Sony Corp | 金属−絶縁体相転移材料を用いた機能要素の形成方法及びこれによって形成された機能要素、並びに機能デバイスの製造方法及びこれによって製造された機能デバイス |
| JP2012154969A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | サーモクロミック体及びその製造方法 |
-
2014
- 2014-10-01 JP JP2014202909A patent/JP6429184B2/ja active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002516813A (ja) * | 1998-06-03 | 2002-06-11 | ブルーノ カー． マイヤー | サーモクロミックコーティング |
| JP2000137251A (ja) * | 1998-08-28 | 2000-05-16 | Itaru Yasui | サ―モクロミック体及びその製造方法 |
| JP2006032898A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Korea Electronics Telecommun | 急激な金属−絶縁体転移半導体物質を利用した２端子半導体素子及びその製造方法 |
| JP2007224390A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Tokai Univ | 二酸化バナジウム薄膜製造装置、二酸化バナジウム薄膜製造方法、スイッチング素子製造方法、およびスイッチング素子 |
| JP2010219207A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Sony Corp | 金属−絶縁体相転移材料を用いた機能要素の形成方法及びこれによって形成された機能要素、並びに機能デバイスの製造方法及びこれによって製造された機能デバイス |
| JP2012154969A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | サーモクロミック体及びその製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113764145A (zh) * | 2020-06-05 | 2021-12-07 | 高尔科技股份有限公司 | 热敏电阻及基于该热敏电阻的微辐射热计 |
| CN112921273A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 电子科技大学 | 一种基于相变材料二氧化钒的动态热辐射制冷器件 |
| CN112921273B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-03-15 | 电子科技大学 | 一种基于相变材料二氧化钒的动态热辐射制冷器件 |
| WO2024096723A1 (ko) * | 2022-11-05 | 2024-05-10 | 반암 주식회사 | 산화물 박막 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6429184B2 (ja) | 2018-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Gate‐coupling‐enabled robust hysteresis for nonvolatile memory and programmable rectifier in van der Waals ferroelectric heterojunctions | |
| Tian et al. | Evolution of ferroelectric HfO2 in ultrathin region down to 3 nm | |
| Lee et al. | Steep slope and near non-hysteresis of FETs with antiferroelectric-like HfZrO for low-power electronics | |
| Lomenzo et al. | Ferroelectric Si-doped HfO 2 device properties on highly doped germanium | |
| KR102624988B1 (ko) | 마그네슘 산화물 터널링 유전체를 사용한 강유전체 터널 접합 메모리 디바이스 및 이를 형성하는 방법 | |
| JP5228188B2 (ja) | 半導体基板上の積層構造 | |
| US8227872B2 (en) | Heterojunction diode, method of manufacturing the same, and electronic device including the heterojunction diode | |
| JP2013531383A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| CN108431963B (zh) | 半导体元件和使用该半导体元件的电气设备 | |
| US8487289B2 (en) | Electrically actuated device | |
| JP6429184B2 (ja) | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 | |
| Jin et al. | Modified electrical properties of chemical solution deposited epitaxial BiFeO3 thin films by Mn substitution | |
| Kınacı et al. | Negative capacitance phenomena in Au/SrTiO3/p-Si heterojunction structure | |
| JP5409626B2 (ja) | Ｇｅ基盤の金属・絶縁体転移薄膜、その金属・絶縁体転移薄膜を含むＭＩＴ素子、及びそのＭＩＴ素子の製造方法 | |
| Wan et al. | Ferroelectricity of Hf 0.5 Zr 0.5 O₂ Thin Films Free From the Influence of Electrodes by Using Al₂O₃ Capping Layers | |
| JP2015216241A (ja) | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 | |
| JP6335743B2 (ja) | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 | |
| JP2015079881A (ja) | Ｃｕ２Ｏ膜をｐ−型の半導体層として具備する半導体素子の構造とその作製方法 | |
| JP2016157874A (ja) | 半導体積層構造体及びその製造方法、並びに半導体素子及びその製造方法 | |
| Reddy et al. | Influence of Ta 2 O 5 interfacial oxide layer thickness on electronic parameters of Al/Ta 2 O 5/p-Si/Al heterostructure | |
| US8377718B2 (en) | Methods of forming a crystalline Pr1-xCaxMnO3 (PCMO) material and methods of forming semiconductor device structures comprising crystalline PCMO | |
| JP2008244006A (ja) | ダイオード及びその製造方法 | |
| TWI484679B (zh) | 非揮發性記憶體 | |
| KR20230156031A (ko) | 강유전성 박막의 형성 방법, 이를 구비하는 반도체 장치 | |
| JP2004281742A (ja) | 半導体素子、半導体センサーおよび半導体記憶素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170815 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181002 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181023 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6429184 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |