産総研ら,二硫化モリブデンの接触界面抵抗を低減

産業技術総合研究所(産総研)と東京都立大学は,三テルル化二アンチモン(Sb2Te3)/二硫化モリブデン(MoS2)のファンデルワールス界面の作製に成功し,n型MoS2トランジスタ性能向上に大きく貢献する接触界面抵抗の低減(低コンタクト抵抗)技術を開発した(ニュースリリース)。

遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)であるMoS2は2次元結晶構造を有し,次世代トランジスタのチャネル用半導体材料として注目される。しかし,一般的な金属電極とMoS2接触面の高いコンタクト抵抗がトランジスタ高性能化を妨げていた。

研究では,MoS2を用いたトランジスタを作製し,そのコンタクト材料としてSb2Te3に着目。Sb2Te3は,多数の原子が層状になっており,層同士はファンデルワールス力で結びついている。

また,BiやSbのように半金属に似た特性(狭バンドギャップ:0.2–0.3eV)を示す。さらに,融点(約620℃)はBi等に比べて高い特徴は,Sb2Te3が同じく層状物質であるMoS2との間にファンデルワールス界面を形成し,フェルミ準位のピンニング現象(FLP)を抑制する可能性がある。

このため,Sb2Te3で,高い耐熱性を維持したまま低コンタクト抵抗を実現できると考えた。今回,スパッタリング法で単層MoS2上にSb2Te3を成膜し,Sb2Te3/MoS2の接触界面にファンデルワールス界面が形成されることを確認した。

Sb2Te3およびMoS2は両方とも良好な結晶性を持つ層状構造になっており,これらの積層膜がファンデルワールス界面を有することも確認した。さらに,Sb2Te3/MoS2積層膜構造は,450℃の熱処理を経ても良好な結晶性とファンデルワールス界面を維持していた。

b2Te3/MoS2ファンデルワールス界面形成がトランジスタ特性に与える影響を調べたところ,n型トランジスタ動作を示しつつ,Sbや,Ni,Wをコンタクト材料として使用した場合と比べ,Sb2Te3電極を有するトランジスタの駆動電流は4〜30倍も向上した。

このような大幅な駆動電流の増大はコンタクト抵抗の低減が原因と考え,実際にMoS2トランジスタのコンタクト抵抗を求めた結果,Sb2Te3電極を有するトランジスタのコンタクト抵抗値は,Sb電極を使用した場合と比べて1桁程度低く,世界最小であるBi電極のコンタクト抵抗値とも遜色なかった。

Sb2Te3電極は400 ℃以上の耐熱性を示しつつ,低いコンタクト抵抗値を実現する。研究グループは今後,n型とp型のTMDCトランジスタを直列につないだCMOSを作製することを目指すとしている。

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