2022 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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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 / NO2ガス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である本年度は、誘電泳動集積法によって両極性カーボンナノチューブ（CNT-FET）ガスセンサを作製し、そのNO2検出特性と検出メカニズムについて考察を行った。
(1) 低抵抗n型のSi基板上にドレイン/ソース電極としてクロム薄膜櫛歯電極をフォトリソグラフィにより作製した。チャネル長（ドレイン/ソース電極間隙）は5μmである。水性二層抽出法を用いて半導体純度を99%までに高めたCNTを誘電泳動集積法によりドレイン/ソース電極間に集積した。作製したデバイスをガスチャンバー内に設置し、2時間N2雰囲気で初期化した後、N2希釈濃度100 ppbのNO2ガスに暴露した。ドレイン/ソース間電圧VDSは-3 V一定とし、ゲート電圧VGSを -20 V ~ +20 V の範囲で変化させて、NO2曝露後5分ごとに ドレイン/ソース電流IDS-VGS 特性を取得した。
(2) NO2曝露前のCNT-FETのドレイン/ソース電流IDSは、ゲート電圧VGSが正負の何れの場合にもVGSに依存性を示し、電子伝導領域と正孔伝導領域の両方を持つ両極性FETとして動作した。
N2希釈 100-ppb-NO2ガスに対するCNT-FETの応答は、電子伝導領域と正孔伝導領域において異なる応答を示した。すなわち、正孔伝導領域では時定数数十分程度でドレイン/ソース電流IDS曲線がゲート電圧正方向にシフトするのに対し、電子伝導領域では数分程度でIDSの傾きが減少する応答が見られた。
(3) 上記のNO2応答特性を理論的に説明することを目的に、電極とCNT界面のショットキー障壁を考慮した伝導モデルを作製し、伝導特性のシミュレーションを行った。その結果、電子伝導領域のIDSの傾きの減少はNO2吸着によるショットキー障壁高さの変化で、しきい値の変化はフェルミ準位の変化で説明可能であることがわかった。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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