2020 Fiscal Year Annual Research Report
ゲルマネン電界効果トランジスタの動作実証とプロセスの構築
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17H02788
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
久保 理 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70370301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田畑 博史 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00462705)
中山 知信 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, 副拠点長 (30354343)
片山 光浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70185817)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲルマネン / ゲルマナン / トランジスタ / 層状物質 / 電気伝導 / ショットキー障壁 / 界面伝導 / イオン散乱分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初はゲルマニウム（Ge）のシート構造であるゲルマネンをチャネルとした電界効果トランジスタ（FET）の作製を目指していたが、大気中の安定性などに問題があるため昨年度から大気中で安定に存在できる水素終端されたゲルマネン（ゲルマナン）の作製と評価に重点を置いて研究を進めた。ゲルマナンは結晶Geと異なり直接バンドギャップを持ち、電子移動度も室温で約18000cm^2/Vsと高いことが予測されている。しかし、これまで報告されている移動度は200cm^2/Vs程度で結晶Siにも劣るため移動度の向上が求められている。昨年度の研究で、ゲルマナンをチャネルとしたFETでは電極金属の種類によらずn型の特性を示すが、仕事関数の大きい金属を電極とした方が電界効果移動度が高くなることを見出した。本年度はFET特性の温度依存性を調べて詳細な解析を行った。その結果、オフ状態（電荷中性点付近）では高温ほど抵抗が下がり、オン状態（正ゲート電圧）では、これが逆転することがわかった。実験的に見積もったショットキー障壁は、Al電極で0.12 eV、Ni電極で0.17 eVであり、予想通り仕事関数の低いAlの方が低い値となった。一方、室温における電流のオン/オフ比は、Al電極で約300、Ni電極では約4000と１ケタ以上の違いが見られた。これは、オフ状態では電極界面のキャリア移動が熱電子放出によるため仕事関数の低いAl電極の方が低抵抗となるが、オン状態ではトンネル電流が支配的となり、障壁厚さが薄いNi電極の方が低抵抗となるためと考えられ、ゲルマナンFETの電極としてNiが適していると結論づけた。本内容は投稿論文として投稿中である。また、昨年度見出したAl(111)基板上に 3×3周期で形成されるゲルマネンの構造がGeの六員環ではなく10個のGe原子からなるカゴメ格子に似た構造であることを報告する論文も投稿した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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