Realization of graphene TFT with high mobility and high on/off ratio using NiCO3/graphene hetero -junction
| Project/Area Number |
21K04163
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
市川 和典 松江工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (90509936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大島 多美子 佐世保工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (00370049)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | グラフェン / ヘテロ接合 / 薄膜トランジスタ |
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| Outline of Research at the Start |
我々はグラフェン合成前のNiを酸化することで、グラフェンのデバイス化に必須である転写やナノ構造を用いずとも、グラフェンのトランジスタが高性能化することを明らかにしてきた。本研究ではより高い性能のグラフェントランジスタの実現のために、3年の研究期間によりグラフェンの合成条件、高純度で蒸着されたNi薄膜の酸化条件、アセチレンガスの導入条件を変化させ、最適条件の探索を行う。その評価にトランジスタ構造による電気特性評価だけではなく、研究分担者の協力によりX線による構造解析やNi内部の結晶構造をについて分析を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
オンオフ比と移動度が高いグラフェン薄膜トランジスタの作製を目指し研究期間3年間で①ニッケルの純度の影響②グラフェン合成温度、アセチレン導入条件の最適化③酸素およびキャリアガスの影響④ニッケルの膜厚の影響⑤ゲート絶縁膜の薄膜化について研究を行ってきた。
その結果、ニッケルの純度および合成温度が高くなるにつれて欠陥が少ないグラフェンが合成され900℃まではグラフェンの欠陥が低減するが、1000℃以上では炭素の析出量が多く、逆に欠陥が増大することが分かった。また最も高品質なグラフェンが合成できる炭素導入時間は、800℃の4分から900℃では1分50秒と大幅に短縮し、更にニッケルの膜厚を半分にすると50秒で合成可能となることも明らかとなった。酸素濃度、昇温時の還元時間、水素濃度によるグラフェンの膜質に変化は無く、X線回折にも酸化ニッケルのピークが見られることから、90％の酸素濃度が最適条件であることが分かった。
アルゴンに比べ窒素ガスをキャリアガスに用いることでグラフェンの結晶は5倍以上となり、欠陥は半分以下と大幅に低減したことから、キャリアガスがグラフェンの膜質に大きく影響を与えることが今回の研究で新たに分かった。今後様々な不活性ガスをキャリアガスとして用いることにより、更なる高品質なグラフェンを合成できる可能性がある。一方ゲート絶縁膜の薄膜化はゲートリーク電流の制御が難しく100nm以下の研究が思ったよりも進まなかった。
以上のことより最もオンオフ比と移動度が高い薄膜トランジスタの作製条件は、ニッケルの膜厚200nm、合成温度900℃、アセチレンの導入時間50秒、キャリアガスに窒素ガスを用いた場合であることが明らかとなった。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
