2015 Fiscal Year Research-status Report
原子レベルに急峻な不純物プロファイルを持つMoS2 PN接合の形成と特性解析
| Project/Area Number |
15K13941
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
鳥海 明 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50323530)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 遷移金属カルコゲナイド / MoS2 / 原子層 / ランダムテレグラフィックシグナルズ / 2次元材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
MoS2はテープを用いてSi基板上のSiO2上に固定。単層あるいは数層の数ミクロンサイズのMoS2に対して電極を形成し、バックゲート動作によるFETを作成した。層厚はRamanによって決定した。このFET特性を調べる中で、我々はすでにRandom Telegraphic Signals（RTS）が観測されることを報告してきた。このRTSを詳しく調べていくうちに、RTSに関して今年度はきわめて興味深い現象を見つけることができた。それはいくつかの異なる欠陥に起因したRTSが観測され、それらが独立の場合と複雑に相互作用をしている場合がある点をRTSを通して直接的に観測できた点である。数ミクロンというサイズは、欠陥の相互作用を議論する上では比較的大きいという点が通常の半導体デバイスで観測される場合と大きく異なる部分である。またこれは特に単層の場合に観測されやすい。このことは原子レベルで薄膜化したチャネルを流れる電子にとって、ある欠陥の影響がかなり遠くまで及ぶことを示しており、原子レベル薄膜材料をデバイスに使う際の本質的な問題になる可能性がある。また境界条件の影響も受けやすいことを考えると、RTSの解析から欠陥の位置を同定することが次のステップとして重要になってくると考えている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MoS2 FETの研究は国内に限らずに世界中で広く行われているが、我々の行っているRTSに関する研究は今のところ我々だけであると言って良い。この研究の意味は、遷移金属カルコゲナイドは本質的にSやSeが抜けやすく、欠陥として残りやすいということと関係している。MoS2を実用化していく上で、他のテクニカルな部分はともかくRTSは材料の本質に関わる部分を電気特性として直接的に観測している点できわめて重要な部分に関わっていると考えている。当初のP/N接合の作成という目標に関しては少し遅れているが、それ以上にこの結果はMoS2のデバイス応用という観点からはきわめて重要な部分を含んでいるというところに注目したい。通常の半導体に比べて比較的大きなサイズでこのような現象が観測されるということも原子層厚をもつ材料をデバイスに使ったときの特徴と考えられ、今後も十分注意深く調べていく。これに関してすでに本年度に国際会議への招待講演も受けている。これらの状況を考えると、計画以上に進んでいると思っているが、PN接合作成がやや遅れているという点を差し引いておおむね順調と考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
H27年度大いに進展のあったRTSの観測、解析に関して、さらに次のような観点で研究を進める。RTSを引き起こす欠陥の位置はどこにあるか。これにはFETだけではわからないので、マルチプローブ端子を持ったFETを作成し、チャンネル全体で観測されるRTSがどの部分のポテンシャル変動におもに強く相関しているかを見極めることによって、位置を見極めていく。またバイアスのかけ方（ソース、ドレインの反転など）、温度依存性、時定数、などの変化に着目して欠陥の位置と特徴をもう少し明らかにする。
PN接合に関してはドーピングに着目して行うが、これはソース、ドレイン電極にNbあるいはTaを用いることで、Moの一部をNb等に変化させることで接合特性がどのように変化するかを調べる。現状ではPN接合作成の重要性よりも上記のRTSのより精緻な解明の方が遷移金属カルコゲナイドの応用を考えた時には最終的には圧倒的に重要になると考えられるのでウェイトはこちらにかけていきたいと考えている。
|
| Causes of Carryover |
100万円弱の研究費をH28年度に移した理由については次のようである。
当初、PN接合作成のための炉などの準備を考えていたが、上記のようにRTSの観測に没頭した結果、大変興味深い結果を得たために、その部分はより効率的に使用するためにH28年度に移させていただいた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在、RTSを引き起こす欠陥の位置を決めるためにどのような計測手法があるかを検討している段階であるが、高精度の作動電位差測定装置による電位差測定とチャネル電流測定の同時測定を計画している。これによってRTSのパターンだけではなく異なる場所でのRTSを時間的に同期させて、欠陥場所の同定を進めたい。PN接合の作成に関しては、遷移金属をMoから電子数の異なる遷移金属NbあるいはTaに変えることでMoの一部を置換する試みをしたいと考えており、これをCVDなどではなくメタル蒸着とアニールという手段で試みようと考えている。
|
