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公開番号2025089993
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2024100275
出願日2024-06-21
発明の名称ヘテロ接合構造素子及びその製造方法、これを適用した電界効果トランジスタ、これを適用した人工視覚システム、これを適用した太陽電池、これを適用したガスセンサ、及びこれを適用した圧電素子
出願人リサーチアンドビジネスファウンデーションソンギュングァンユニバーシティ
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H10F 30/28 20250101AFI20250609BHJP()
要約【課題】ヘテロ接合構造素子を提供する。
【解決手段】前記ヘテロ接合構造素子は、基板上に配置されるゲート電極と、前記ゲート電極上に配置され、強誘電性特性を有する物質を含む強誘電層と、前記強誘電層上に配置され、強誘電性及び半導体特性を有する物質を含むチャンネル層と、前記チャンネル層上に互いに離隔して配置されるソース電極とドレイン電極とを含む。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に配置されるゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置され、ハフニウムジルコニウム酸化物(HZO)を含む強誘電層と、
前記強誘電層上に配置され、アルファ－インジウムセレナイド(α－In
2
Se
3
)を含むチャンネル層と、
前記チャンネル層上に互いに離隔して配置されるソース電極とドレイン電極とを含むことを特徴とするヘテロ接合構造素子。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
更に、前記強誘電層及び前記チャンネル層の間に配置される絶縁層を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項３】
前記絶縁層は、アルミニウム酸化物(Al
2
O
3
)を含むことを特徴とする請求項２に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項４】
前記チャンネル層に照射される光により、前記チャンネル層の分極が制御されることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項５】
前記ゲート電極に印加される電圧により、前記強誘電層の分極が制御されることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項６】
基板上に配置されるゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置され、強誘電性を有する物質を含む強誘電層と、
前記強誘電層上に配置され、強誘電性及び半導体特性を有する物質を含むチャンネル層と、
前記チャンネル層上に互いに離隔して配置されるソース電極とドレイン電極とを含むことを特徴とするヘテロ接合構造素子。
【請求項７】
前記強誘電層は、垂直方向(Out－of－plane、OOP)分極特性を有する物質を含むことを特徴とする請求項６に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項８】
前記チャンネル層は、垂直方向(Out－of－plane、OOP)分極特性と水平方向(In－plane、IP)分極特性とを有する物質を含むことを特徴とする請求項６に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項９】
前記強誘電層は、ハフニウムジルコニウム酸化物(HZO)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、テルル(Te)、d1T－MoS
2
、t－MoS
2
、WS
2
、WSe
2
、WTe
2
、BiN、SbN、BiP、GaN、GaSe、SiC、BN、AIN、ZnO、GeS、GeSe、SnS、SnSe、SiTE、GeTe、SnTE、PbTe、CrN、CrB
2
、CrBr
3
、Crl
3
、GaTeCl、AgBiP
2
Se
6
、CuCrP
2
S
6
、CuCrP
2
Se
6
、CuVP
2
S
6
、CuVP
2
Se
6
、CuInP
2
Se
6
、CuInP
2
S
6
(CIPS)、Sc
2
CO
2
、Bi
2
O
2
Se、Bi
2
O
2
Te、Bi
2
O
2
s、Ba
2
PbCl
4
、グラファノール(graphanol)、ヒドロキシル－官能化グラフェン(hydroxyl－functionalized graphene)、ハロゲン－デコレートフォスフォレン(halogen－decorated phosphorene)、g－C
6
N
8
H及びBi－CH
2
OHのうち、いずれか１つを含むことを特徴とする請求項６に記載のヘテロ接合構造素子。
【請求項１０】
前記チャンネル層は、アルファ－インジウムセレナイド(α－In
2
Se
3
)、1T－MoS
2
、MoSSe、MoTe、SnS、SnSe、SnTe、GeS、GeSe、及びGeTeのうち、いずれか１つを含むことを特徴とする請求項６に記載のヘテロ接合構造素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合構造素子及びその製造方法に関し、より具体的には、互いに異なる強誘電性物質が接合された構造を有するヘテロ接合構造素子及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【０００２】
本発明によるヘテロ接合構造素子及びその製造方法は、電界効果トランジスタ、人工視覚システム、太陽電池、ガスセンサ、及び圧電素子に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
最も複雑な生物学的器官は、人間の脳である。そこで、人間の能力を倣うシステムを構築するためには、脳から着想を受けた生物学的神経回路(Biological Neural Networks、BNN)を研究することが必須的である。外部感覚の８０％以上が光学刺激を通じて網膜に伝達され、このような感覚は、ＢＮＮを通じて脳の内部で感知、処理、記憶される。人工ニューラルネットワーク(Artificial Neural Networks、ANN)は、低い電力消費、自己学習、及び論理推論作業が、ＢＮＮの構造的及び機能的特徴を倣うため、最近、アルゴリズム基盤のデジタル論理コンピューティングよりも多い注目を受けている。
【０００４】
光信号を感知し、処理することができる既存のＣＭＯＳ(Complemental Metal－Oxide－Semiconductor)イメージセンサと、ＣＣＤ(Charge－Coupled Device)カメラは、広く使用されるデジタル撮像装置である。しかし、モノリシック(monolithic)ＣＭＯＳイメージセンサは、広い(Vis－NIR)波長範囲を感知することができない。また、既存のデジタルイメージセンサは、ＣＭＯＳフォトセンサ、信号処理装置、電子メモリスタの３つのモジュールで構成され、ＣＭＯＳ論理演算を基に構造化された問題を解決し、データセットを処理する。しかし、このような装置は、相当な電力を消費し、実際に適用するには、大型であり、費用が多くかかるという問題点がある。更に、未来のモノのインターネット(Internet of Things、IoT)は、さらに大きい性能要求の事項を有することになるので、人工知能は、分離したメモリと処理装置間の低い電力消費と高い対応というニーズを満たすことができない。これとは異なり、ＢＮＮから着想を受けたニューロモルフィック視覚システム(neuromorphic vision system)は、自己学習と自己適応を通じて、広範囲な画像感知、学習、推論、記憶作業を単一装置に統合することができるので、既存のデジタルコンピューティングシステムの不都合を克服することができる。
【０００５】
最近、数十年の間、様々な光学感知及びシナプス素子が統合されて、ダイオード、抵抗性メモリ、電界効果トランジスタ(FET)のような様々な素子構造を有した人工視覚システムが開発されている。このような人工視覚システムの開発のために、遷移金属ジカルコゲナイド(dichalcogenide)、窒化炭素(carbon nitride)、ペロブスカイト(perovskite)、有機物質などのような多くの材料が試みられた。
【０００６】
このようなシステムの光学的反応は、殆ど、バンド間転移又は励起された電子のトラッピングが担当するので、装置は、主に、単一波長に反応するか、狭い帯域幅と複雑な装置構成で作動することになる不都合を有する。
【０００７】
前述した問題を克服し、単一装置でフィルタリングのない多色光を感知するためには、別の戦略が必要である。また、装置構造の複雑性を減らし、入射光がゲート電圧に及ぶ影響を制御するために、最小限のトランジスタを基にする３端子構造が必要であり、これにより、単一装置内で様々な処理作業が行われる。
【０００８】
強誘電体は、外部電場、機械的変形、又は、光線照射下で自発的な電気双極子分極(polarization)とドメイン壁の動きにより、相当な注目を受けている。ＡＢＯ３構造に基づく酸化物強誘電体は、中心のずれたＢイオンの歪みで発生する自発的な分極のために、一般的に研究される。このような酸化物強誘電体の他にも、ファンデルワールス(vdW)層状強誘電体(CIPS、α－In
2
Se
3
、SnS、InSe、1T WTe
2
)は、小サイズ(原子単位の薄い層)、脱分極場(depolarization field)を克服することができる個別双極子(individual dipoles)、双極子間の強い強磁性結合(ferroic coupling)により、基礎研究及び技術分野のパラダイム変化を主導している。
【０００９】
このような２Ｄ強誘電体のうち、α－In
2
Se
3
は、中間層Se原子が結晶内部で左右に容易に変位する５重層構造により、平面内(In－plane、IP)偏光と平面外(Out－of－plane、OOP)偏光が共存する特性を持っている。そこで、α－In
2
Se
3
に対する様々な研究がなされている。
【００１０】
例えば、Dutta, D.; Mukherjee, S.; Uzhansky, M.; Koren, E., “Cross－field optoelectronic modulation via inter－coupled ferroelectricity in 2D In2Se3”, npj 2D Materials and Applications, 2021年は、垂直ゲート電圧で制御されるα－In
2
Se
3
内部でこのような双極子が両方向にロックすることを実験的に証明した。
（【００１１】以降は省略されています）

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