スパッタ法による高品質ScAlN薄膜作製とその可能性

スパッタ法による高品質なScAlN薄膜の作製

東京理科大学の先進工学部マテリアル創成工学科に所属する小林篤准教授と太田隼輔氏の研究グループが、処理温度の調整を通じて、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)薄膜をスパッタ法で高品質に作製することに成功しました。この結果、高性能な電子デバイスへの応用が期待されています。

研究の概要

研究チームは、AlGaN/AlN/GaN/SiC基板上にScAlN膜を成長させ、その膜質と電気特性に与える成長温度の影響を調査しました。その結果、750℃で成長させた薄膜が最も優れた性能を発揮することが確認されました。具体的には、この条件下で得られた膜は、表面が平坦かつ高い電子移動度を持ち、シートキャリア密度は前の三倍に増加しました。

ScAlNの特性と応用可能性

ScAlNは、圧電係数や自発分極が高く、GaNベースの高電子移動度トランジスタ(HEMT)のバリア材料として非常に有望です。また、その強誘電性から不揮発性メモリや多機能デバイスへの可能性も秘めています。しかし、従来の製法では結晶性が高いものの高コストや複雑さが課題でした。これを克服した新たなスパッタ法の導入により、業界で広く使われる技術がもたらされそうです。

成長温度の影響

研究グループは、成長温度を250から750℃の範囲で変化させました。結果、温度が上昇するにつれて薄膜の表面平坦性は向上し、750℃での成長により高い品質が実現しました。电気特性でも顕著な改善が見られ、750℃で作られた薄膜はシートキャリア密度が約3倍増加し、750℃以外の条件下の薄膜に比べて優れた性能を示しました。