2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of tunnel transistor with molecular superlattice
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15K13819
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
若山 裕 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (00354332)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トンネル現象 / 自己組織化分子膜 / 縦型トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで我々は異種分子が自己組織的に交互配列した分子膜（分子超格子膜）を見いだしてきた。この成果をもとに、本課題では分子超格子膜を使ってトンネル電流を制御した新しい分子素子を開発することを目標にした。具体的には分子超格子膜の上下を絶縁膜で挟み込み、さらにその上下に電極を取り付けたトンネル二重接合を形成する。ここに電圧を印加したとき、異なる分子に異なる電圧でトンネリングを誘起する多段階スイッチングを誘起する。この現象を縦型トランジスタの中で制御した新しい素子開発を目指す。このため以下の研究項目に順次取り組んだ。
１．分子超格子膜を中心に絶縁膜と電極を積層したトンネル二重接合の作製。
２．異なる分子に異なる電圧でトンネル電流を流す多段階トンネリングの実証。
３．縦型トンネルトランジスタで多段階スイッチング動作の実証。
異種分子はp型とn型の半導体分子の組み合わせとして、銅フタロシアニン－フッ素化銅フタロシアニンを対象とした。その結果、それぞれのエネルギー準位に対応した印加電圧で電荷のトンネリングが誘起できることが確認できた。つまり多段階トンネリングの基本動作が実証されたことになる。さらに室温での動作実証を実現するためにトンネル絶縁膜の成膜条件最適化に取り組んだ。その結果、原子層堆積法により3-4nmの膜厚を持つ酸化アルミニウム膜を用いると室温近傍でもトンネル電流を観察することができた。続いて縦型トランジスタの作製にも取り組んだ。分子は最も安定なフラーレンを用いたところ、サイドゲートでトンネル電流を変調している様子を観察している。この電流変調がゲート電圧によってSi基板中に空乏層が形成されていることに起因していることを明らかにした。以上のように3つの研究項目について確実な進捗を得ることができ、縦型トンネルトランジスタ開発の基礎技術が確立できた。
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[Journal Article] Substrate-independent growth of atomically precise chiral graphene nanoribbons2016
Author(s)
Dimas G. de Oteyza, Aran Garcia-Lekue, Manuel Vilas-Varela, Nestor Merino, Eduard Carbonell-Sanroma, Martina Corso, Guillaume Vasseur, Mikel Abadia, Celia Rogero, Dolores Perez, Enrique Guitian, J. Ignacio Pascual, J. Enrique Ortega, Yutaka Wakayama, Diego Pena
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 10
Pages: 9000-9008
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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