2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanistic study of interface electronic states in 2D electron devices and improvement of the device performances
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19H02590
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
保井 晃 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主幹研究員 (40455291)
小嗣 真人 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60397990)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | オペランド / 時空間X線分光 / 二次元電子 / デバイス / Society 5.0 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元電子系材料を用いた素子(2D-FET)の特性の実測値は、理論値を下回る。本研究では、o-SXSに時間分解能を賦与した時空間オペランドX線分光(o-STXS)を開発し、二次元電子系を電子輸送層（チャネル）とした電界効果トランジスタ（2D-FET）における電子状態の時空間変化を観測する。2D-FETのどの界面が、どの時間ドメインでキャリア輸送特性に影響するのかを解明し、2D-FETの素子特性を理論限界まで押し上げるための知見を得ることを目指す。
本研究の遂行により、我々はo-STXSの開発に世界にさきがけて成功し、2D-FETのオペランド時空間計測に初めて成功した。GaN/AlGaN界面に形成される二次元電子ガスをチャネルとした高電子移動度トランジスタ（GaN-HEMT）をo-STXSを用いて観測した。その結果、GaN-HEMT表面の電子捕獲の時空間ダイナミクスの直接的な観測に初めて成功している。電子捕獲の時空間ダイナミクスが、GaN-HEMTの高周波特性（遮断周波数：電流増幅の上限周波数など）に大きな影響を及ぼしていることを、デバイス・シミュレーターにより解明することに成功している。また、InGaAsをチャネルとしたInGaAs-HEMTへの研究展開にも着手している。たとえば、表面処理によるバンド湾曲がInGaAs-HEMTの遮断周波数や最大発振周波数（電力増幅の上限周波数）に大きな影響を及ぼしていることを示唆する結果を得ている。さらに、この観測手法が、他の2D-FET、たとえば、次世代高周波アナログ・デバイスであるグラフェン・トランジスタ、次世代論理集積回路の最有力候補である単層硫化モリブデン・トランジスタにも適用できることを明らかにした。
以上、本研究成果は、2030年代に到来するSociety 5.0を支えるキーデバイスの性能を極限まで高めるデバイス物理の解明に資することが分かった。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Graphene-based plasmonic metamaterial for terahertz laser transistors2022
Author(s)
Otsuji Taiichi、Boubanga-Tombet Stephane Albon、Satou Akira、Yadav Deepika、Fukidome Hirokazu、Watanabe Takayuki、Suemitsu Tetsuya、Dubinov Alexander A.、Popov Vyacheslav V.、Knap Wojciech、Kachorovskii Valentin、Narahara Koichi、Ryzhii Maxim、Mitin Vladimir、Shur Michael S.、Ryzhii Victor
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Journal Title
Nanophotonics
Volume: 0
Pages: 1-20
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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