2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of carbon nanotube bipolar-FET by dielectrophoresis for sensor application
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20H02164
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
末廣 純也 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (70206382)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / カーボンナノチューブ / 両極性CNT-FET / ショットキー障壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究では、誘電泳動集積法で作製した両極性電界効果トランジスタ型CNTガスセンサ(CNT-FET)のNO2暴露によるIDS-VGS特性を取得しその応答メカニズムについて考察した。
絶縁膜200 nmの低抵抗Siをバックゲートとし、ソース/ドレイン電極にはCr (100 nm)を用いた。チャネル長・チャネル幅は、5 μm・36 mmとした。水性二層分離法により高純度化した半導体純度99%の半導体単層CNTを誘電泳動集積することで両極性CNT-FETガスセンサを作製した。CNT-FETガスセンサをN2雰囲気にてUV照射により大気中で表面に吸着した酸素分子を脱離して初期化した。その後、UV照射を止め、N2希釈の1 ppm NO2に常温で暴露した。電流特性の測定時にはVDS = －3 V、VGS＝－20 ~ 20 Vで掃引し、NO2応答としてIDS-VGS特性を5分毎に測定した。電極/CNT間のショットキー障壁のモデルを、Landauer-Buttikerモデルを用いてシミュレーションし、実験で得られたIDS-VGS特性と比較した。
NO2ガス暴露時のセンサ応答特性を取得した結果、NO2暴露によって、両極性CNT-FETガスセンサ固有の応答して、①VGS正方向に推移していく応答、②VGS正の領域で傾きが低下する応答が確認された。この主な原因として、CNTと電極金属のショットキー障壁の変化が挙げられ、①はCNTの仕事関数の電界変調で、②の応答は金属の仕事関数の変化で説明可能であることを理論モデルに基づくシミュレーションで確認した。
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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
当初の目標であった誘電泳動集積法による両極性CNT-FETの作製に成功しただけでなく、両極性CNT-FET固有の特性と考えられるNO2応答を取得することができた。従来もCNT-FETによるNO2応答は報告例があるが、本研究のように両極性CNT-FETに固有の応答を取得した例はない。
更にこの応答は、従来のCNT-FETよりもより高速で高感度なNO2検出の可能性を示唆するものである。
以上の理由により、おおむね順調に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究結果から、両極性CNT-FETのNO2応答は「金属-CNTコンタクト部分における素早いガス吸着によるショットキー障壁変調」と「両極性CNTチャネルへのガス吸着」の2種類の応答が影響を及ぼしていることが示唆された。これを確かめるため、今後は電極金属材料や電極構造等を変化させて更なる実験を行うことを計画している。
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