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MOSデバイスに関する基礎研究

 MOS電界効果トランジスタ、MOS集積回路、MOS電荷結合素子等、MOSデバイスは小形であり大規模集積に適したデバイスとして、世界各国において研究、実用化が進められている。

 この間にあって、菅野卓雄氏を中心とした鳳絋一郎氏、榊裕之氏らの研究グループは、早くよりMOSデバイスの重要性に着目し、その基礎研究を行って来た。シリコン上に高温酸化で作成された酸化膜の構造は一般的には無定形といわれてきたが、その酸化条件や添加不純物との関連およびナトリウムイオンの移動に基づくMOSデバイスの不安定性との関連は従来全く知られていなかった。

 三氏はこの基礎的な問題の重要さに鑑み、シリコン酸化膜内部の構造を繰り返し電子線回折パターンをとることにより解明し、水酸イオン及び硼素イオンの存在によって局所的結晶化の起り易いこと、及び結晶化の著しい場合、ナトリウムイオンの拡散定数の大きいこと、燐添加によりイオン化したナトリウム原子の減少することを見出し、MOSデバイスの安定化に基礎的な貢献を果たした。

 更に高速度MOSデバイスの必要性に着眼して、シリコン表面反転層中の電子移動度を決定している要因およびこれに関連して電子の量子状態に関し実験的および理論的研究を行い、MOSデバイスのチャネル中の電子の振舞について基本的な性質を明らかにした。

 すなわちシリコン表面の一定電界近似の粗さに留意して、放物ポテンシャルの場合についてホール移動度と数値計算により算出して、実験値をよく説明し得ることと明らかにした。又、表面反転層の磁気抵抗効果を測定することにより、表面反転層中の電子密度の高い状態では室温においても、電子は表面量子化状態にあることを見出し、実用的なMOSデバイスの動作を考える上で、極めて重要な知見を得た。磁気抵抗効果の実験上のチャネル中の電子の散乱の緩和時間のエネルギー依存性を知ることに成功し、表面反転層中の電子の散乱体について重要な情報を得、表面反転層中の電子の移動度を改善するのに役立つ、基礎的な情報を得た。

 以上のように、三氏はMOSデバイスの特性を支配しているシリコン酸化膜の構造、シリコン表面反転層中の電子状態、および電子の散乱機構を明かにし、高性能のMOSデバイスを実現するのに対し、基礎的な学術的観点より貢献をしたものであり、今後のMOSデバイスの特性向上に寄与するものと考えられる。

 この技術に対して、電子通信学会は、1974年、菅野卓雄氏、鳳絋一郎氏、榊裕之氏に業績賞を贈った。

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MOSデバイス、シリコン材料・デバイス
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