2021 Fiscal Year Research-status Report
ゲート絶縁膜転写法を用いた2次元層状材料の界面制御とナノ電子デバイス応用
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20K04616
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
川那子 高暢 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (30726633)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 層状物質 / TMDC / CMOSFET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、初年度に確立した純水支援剥離法を用いたゲート絶縁膜の転写プロセスを、MoS2以外のチャネル材料としてWSe2に適用する事を検討した。MoS2は基本的に硫黄欠陥による電子ドーピングによって、電子が伝導するn型FETとして動作するが、逆に正孔が伝導するp型FETの実現は極めて難しい。一方、WSe2はソース/ドレインの金属材料の仕事関数によってn型とp型の両極性伝導を示す。故に、適切な金属材料をソース/ドレイン電極に用いる事でMoS2では不可能なp型FETを実現できる。界面現象は伝導するキャリアの種類によってその特性が異なると予想されることから、n型とp型の両方のFETを作製し評価する事を目的とした。WSe2を用いたn型とp型の両方のFET動作には、適切な金属材料をソース/ドレイン電極を選択する必要がある。そこでn型にはAu、p型にはPdをソース/ドレイン電極の金属材料に用いた。FETの作製プロセスがWSe2チャネル材料へ及ぼすダメージや影響を最小限に抑えるために、FETのゲート及びソース/ドレインを作製後にWSe2を転写し、ボトムゲート、ボトムコンタクトのFETの作製と評価を行った。その結果、ボトムゲート、ボトムコンタクト構造によるWSe2を用いたn型とp型の両方のFET動作を得るためには、WSe2表面上にスピンコートによる機能性樹脂を塗布する事で電子あるいは正孔を誘起し、良好なn型とp型FET動作を実証する事ができた。2021年度の実験によりWSe2を用いたn型とp型FETの動作を確立する事ができ、WSe2を用いた相補型金属-絶縁膜-半導体電界効果トランジスタ(CMOSFET)へと展開できる下地を確立する事ができた。
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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
2021年度は、当初の計画であったMoS2がn型FETの動作しか得られないため、同じTMDCの中でも両極性動作が報告されているWSe2にチャネル材料を変更、拡張した。2021年度の研究によってWSe2チャネルを用いたn型とp型FETの両方の動作に成功したため、本研究計画の最大の動機であるゲート絶縁膜転写による異種界面制御の対象を電子が伝導するn型FETだけでなく正孔が伝導するp型FETにも拡張できた事は大きな前進であると考えている。これにより2次元半導体を用いたFETの絶縁膜界面の理解と制御に大きく貢献できるだけでなく、n型とp型FETの一対のペアから構成されるCMOSFETへと応用展開ができる可能性が開けたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は純水支援剥離法を用いたゲート絶縁膜の転写プロセスによって、WSe2上にゲート絶縁膜を形成し、トップゲート構造を用いたn型及びp型FETの電気特性を評価する予定である。それにより界面制御の方策を実験的に検討する。現在はAuとPdをn型及びp型FETのソース/ドレイン電極に用いているが、今後は更に良好な電気特性を目指して電極材料の探索を行う予定である。またn型及びp型FETの一対のペアから構成されるCMOSインバータの作製と評価も検討している。これによりFETのゲート絶縁膜界面がCMOSインバータの特性に及ぼす影響を実験的に評価する事も計画している。
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| Causes of Carryover |
世界規模でのコロナウイルス感染によって、参加を予定していた国際学会及び国内学会が中止あるいはオンライン開催に変更されたため、旅費の使用が全く無くなってしまい次年度使用額が生じた。また、コロナウイルスの影響により大学への教員及び学生の出校制限、リモートワーク推奨などにより予定していた実験計画を変更せざるをえない状況になり、物品費も抑える事となり次年度使用額が生じた。
今年度も引き続きコロナウイルスの影響により参加を予定している国際学会及び国内学会はオンライン開催となるために旅費の使用は全く無くなると思われる。今年度は実験に必要な消耗品を新たに購入し、新たな素子を作製できる環境を整える予定である。
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