2015 Fiscal Year Annual Research Report
二次元原子薄膜の材料物性とデバイス特性を繋ぐオペランド顕微光電子分光
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15H03560
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末光 眞希 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00134057)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | オペランド / 二次元原子薄膜 / 顕微分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【学術的背景】二次元原子薄膜のFET(2D-FET)のデバイス特性は物性値から予想される値を下回る。申請者は、グラフェンの成長技術とデバイス技術の高度化を図った結果、世界最高のグラフェンFET(G-FET)の高周波特性を得た。しかし、この特性値ですら物性から予想される値を下回る。このような材料物性(例：キャリア移動度)とデバイス特性のギャップは、二次元原子薄膜の極限的薄さの為に、その物性が界面により変調され易い為に生じるということに申請者は気付いた。このギャップの解消には、動作条件下(オペランド）でデバイスの電子状態を狙った箇所で測定することを可能にするオペランド顕微光電子分光が必要であると着想し、世界に先駆けて確立した
【研究実績の概要】申請者が世界に先駆けて確立した動作条件下の(オペランド)顕微光電子分光を用いた二次元原子薄膜の電子状態のナノスケール直接観察により、界面による物性の変調に起因した材料物性とデバイス特性のギャップを埋めることを目的とする。この目的達成の為に下記三課題を解決する；①ゲート酸化膜の表面化学によるグラフェン・トランジスタ(G-FET)の電子状態の制御、②G-FETの高周波特性を決めるアクセス領域の電子状態の制御、③他の二次元原子薄膜（MoS2, WSe2等）へのオペランド顕微光電子分光の展開。以上より、二次元原子薄膜デバイスの高性能化(例: G-FETのテラヘルツ帯動作)を実現する。
本課題においては、使用する顕微光電子分光装置に予測しない雑音が生じたため遅れたが、課題①を遂行することができた。本装置の雑音が収まったお陰で、実際にオペランド顕微分光測定および関連する電気測定を完了することが出来た。得られた結果から、申請者の予想通りに、ゲート酸化膜の表面化学とデバイス特性に強い相関がみられ、その原因を定量的に解明することが出来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請者が世界に先駆けて確立した動作条件下の(オペランド)顕微光電子分光を用いた二次元原子薄膜の電子状態のナノスケール直接観察により、界面による物性の変調に起因した材料物性とデバイス特性のギャップを埋めることを目的とする。この目的達成の為に下記三課題を解決する；①ゲート酸化膜の表面化学によるグラフェン・トランジスタ(G-FET)の電子状態の制御、②G-FETの高周波特性を決めるアクセス領域の電子状態の制御、③他の二次元原子薄膜（MoS2, WSe2等）へのオペランド顕微光電子分光の展開。以上より、二次元原子薄膜デバイスの高性能化(例: G-FETのテラヘルツ帯動作)を実現する。この内、課題①の遂行が本年度で解決すべき課題であった。使用する顕微光電子分光装置に予測しない雑音が生じたため、課題①の遂行が一時困難となった。しかし、本装置の雑音が収まったお陰で、実際にオペランド顕微分光測定および関連する電気測定を完了することが出来た。得られた結果から、申請者の予想通りに、ゲート酸化膜の表面化学とデバイス特性に強い相関がみられ、その原因を定量的に解明することが出来た。この課題①の課題が解決できたということから、上記の判断にいたった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記に述べた三つの課題の内の残りの二つの課題、すなわち、
「G-FETの高周波特性を決めるアクセス領域の電子状態の制御」および「他の二次元原子薄膜（MoS2, WSe2等）へのオペランド顕微光電子分光の展開」を達成する。
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