2020 Fiscal Year Annual Research Report
2Dヘテロ界面特性の理解に基づく2DトンネルFETの構築
| Project/Area Number |
19H00755
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
長汐 晃輔 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20373441)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吾郷 浩樹 九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (10356355)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | トンネルFET / 低消費電力 / 2Dヘテロ界面 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
低消費電力化だけでなくトンネル距離をvan der Waals距離にまで低減し高い駆動電流の実現が可能な二次元トンネルFET(2D-TFET)が研究されている．我々は既にp+MoS2 をソースとしたN型-MoS2-TFETでSS < 60mV/decを報告している．相補型動作のためにはP型2D-TFETが必要となるが，N型と異なりほとんど報告がない．これはP型TFETのソースに必要な高濃度n型2D結晶の候補が少ないことに起因している．これまでの断片的な輸送特性に関する先行研究において，10nm程度の膜厚でオフが取れないことから最大空乏層幅が10nm程度と予想され，これは高濃度結晶であることを示唆している．そこで，高濃度n型と予想されるPtS2とSnSe2について，磁場を印加してホール測定を行うことで，キャリア密度を直接計測しTFETに適した高濃度n型結晶の探索を行った．
その結果，nの温度依存性はPtS2とSnSe2に明確な違いが表れた．PtS2のnは300 Kで~3.6×10^17 cm-3と求められ，これはMoS2とほぼ同じ値であり先行研究からの予想に反し低ドープ濃度であることが明らかになった．温度依存性から活性化エネルギーEAは98.8 meVと求められ，これはドナー準位の価電子帯からの深さを表していると考えられる．nとEAからドナー密度NDは~7.3×10^17 cm-3と計算された．これらPtS2のnやその温度依存性，ドナー準位は本研究によって初めて明らかになった．一方のSnSe2ではnに温度依存性が無く，300 KでnとNDは等しく，~ 4.7×10^18 cm-3であり，EAは0.4 meVとドナー準位がかなり浅い所にあることが分かった．この結果から，SnS2がTFETに対する高濃度n型結晶として適していることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高濃度n型結晶の候補としてSnS2が適していることを詳細なホール計測より示すことが出来た．これによりTFETの相補型動作が期待でき，おおむね順調に進展していると考えている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
2D-2D界面では，3次元界面と異なりvan der Waalsの上述した面外ヘテロと化学結合の面内ヘテロの2種類が存在する．この2つの界面は理論的に取り扱われており(図9)，面外ヘテロではフェルミレベルでバンドが揃い，面内ヘテロでは電気的中性点(CNL)で揃うと予想されている．CNLで揃う場合，電界効果によるバンドアライメントの変調は困難と考えられ，トンネルFETとして不適であるが，実験的には検証されていない．本年度は，面内ヘテロのTFETについて検討する．
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] "Experimental Demonstration of In-Plane Ferroelectricity in SnS Down to Monolayer",2020
Author(s)
N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, C.-J. Lee, B.-H. Lin, F.-H. Chu, I. Yonemori, T. Nishimura, K. Wakabayashi, W.-H. Chang, K. Nagashio,t.
Organizer
2020 Virtual MRS Spring/Fall meeting, (Nov./Dec. 2020, online, USA).
-
[Presentation] "The demonstration of SS below 60 mV/dec at RT in all 2D heterostructure TFET",2020
Author(s)
K. Nakamura, N. Nagamura, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, Kosuke Nagashio,
Organizer
International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 30, 2020, All-VIRTUAL conference).
-
[Presentation] "Understanding the Tunneling Behavior in 2D Based Floating Gate Type Memory Device by Measuring Floating Gate Voltage",2020
Author(s)
Taro Sasaki, Keiji Ueno, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Tomonori Nishimura, Kosuke Nagashio,
Organizer
International Conference on Solid State Devices and ypMaterials (SSDM), (September. 30, 2020, All-VIRTUAL conference).
-
-
[Presentation] "Screw dislocation driven spiral growth in SnS initiated by atomic graphene steps",2020
Author(s)
Yih-Ren Chang, Naoki Higashitarumizu, Hayami Kawamoto, Fu-Hsien Chu, Chien-Ju Lee, Tomonori Nishimura, Wen-Hao Chang, Kosuke Nagashio,
Organizer
International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 28, 2020, All-VIRTUAL conference).
-
[Presentation] "Understanding the device operation of ambipolar channel based 2D memory devices by trajectory of floating gate voltage",2020
Author(s)
T. Sasaki, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Nishimura, and K. Nagashio,
Organizer
78th Device Research Conference, (June 23, 2020, Online).
-
-
-
-
-
[Presentation] CVD-2層グラフェンのh-BNヘテロFET動作解析による結晶性評価,2020
Author(s)
西山 航, Solis-Fernandez Pablo, 寺尾 友里, 河原 憲治, 吾郷 浩樹, 西村 知紀, 長汐 晃輔,
Organizer
2020年第81回応用物理学会秋季学術講演会, (2020年9月9日, オンライン開催).
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
