2019 Fiscal Year Annual Research Report
Edge engineering of atomic-layer semiconductors
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19H02561
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
野内 亮 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70452406)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永村 直佳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (40708799)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 原子層半導体 / 多層 / 二硫化モリブデン / 膜厚不均一性 / 電界効果トランジスタ / 異常な伝達特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原子層半導体のエッジ状態が半導体デバイス動作に与える影響を詳らかにすると共に、エッジの異種元素や分子による終端化でエッジ状態低減を図る。原子層物質のエッジ終端化研究の難しさは、エッジ終端化効果と表面吸着効果が切り分けられないことにある。それに対し、研究代表者は、分厚い結晶を用いたバックゲート型電界効果トランジスタ（FET）なら、電流が流れる部分（チャネル）が表面から離れて表面吸着効果を無視し得るため、エッジ終端化効果のみが調査可能となることを提唱した。
そこで本年度は、代表的な原子層半導体である二硫化モリブデンの多層薄片を用いてFETを作製し、その特性について調べた。これまでに報告されてきた単層二硫化モリブデンFETとは異なり、多層二硫化モリブデンFETでは伝達特性に異常な構造（2段の階段状にドレイン電流が増大するような構造）が出現することを見出すとともに、原子間力顕微鏡を用いた薄片構造の詳細な観察により、この異常な伝達特性は膜厚の不均一性に起因するものであることを突き止めた。分厚い結晶を用いることによって新たに出現する特性とその原因を確認できたことで、エッジ終端化効果の調査における注意点を理解できたといえる。
また、エッジ終端化処理としては、様々な気体の原子状曝露が可能なプラズマ処理や、種々の溶液処理を駆使する。本年度は、現有装置で対応できないプラズマ処理に関して、反応系の新設を行った。今後は本装置も用いてエッジ終端化効果について調査を行う。
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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
本研究では、分厚い層状半導体結晶を用いたバックゲート型FETにより、エッジ終端化効果と表面吸着効果を切り分けることで、エッジ終端化効果のみを調査する。エッジ終端化処理方法としては、プラズマ処理と溶液処理を行うが、本年度はその内プラズマ処理に必要な装置の整備を行った。また、溶液処理による調査は本年度でも可能であったため、まずはそれを試みていたが、その中で、分厚い二硫化モリブデン結晶を用いたFETでは特異な伝達特性が観測されることを見出した。エッジ終端化効果の調査には、基本的なFET特性について理解しておくことが肝要であるため、新たに見出した特異な伝達特性の原因解明を優先して行った。溶液処理によるエッジ終端化効果の解明には至らなかったが、新たに見出した特性の理解を終えたことで、エッジ終端化処理効果の調査の準備が整ったといえる。以上を総合し、この評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により、多層の原子層半導体FETにおいては、膜厚の不均一性に起因した特異な特性が出現することを見出した。この特異な特性によって見たい現象がマスクされてしまう恐れがあると分かったため、より直接的な確認ができるように、走査型プローブ顕微鏡の電流像による局所プローブを利用する。エッジ終端化処理前後の電流像の変化から、エッジ状態がデバイス特性に与える影響を明らかにすることを目指す。なお、エッジ終端化処理としては、本年度に整備したプラズマ装置によって様々な気体の原子状曝露を行うとともに、種々の溶液処理を駆使する。
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