電界誘起バンドギャップによるグラフェン原子薄膜高速トランジスタ

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21241038
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 塚越 一仁 National Institute for Materials Science, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (50322665)
• Keywords: グラフェン / 電気伝導 / 電界効果 / 基礎物性 / 自己形成

Research Abstract

H21年度中に100個を超える二層グラフェントランジスタを試作し、グラフェンに強電界を印加して、2層グラフェンにだけ形成可能なバンドギャップの特性を調べた。グラフェンにソース・ドレイン電極を形成した後に、グラフェン上に直接アルミニウムを蒸着して1時間程度空気中に放置すると、グラフェンとアルミニウム界面に絶縁膜が形成される。このため、このグラフェン上のアルミニウムはゲート電極として使える。ゲート電極の電流リーク特性を詳細に調べ、ソース・ドレイン間電流よりも充分にリーク電流を抑制することが出来ることが分かった。(本法の再現性の高さと簡便さが評価され、複数のグループから情報提供を求められている。)さらに、高ドープ基板に電圧を印加して、グラフェンに電界を印加することも可能なため、アルミニウムゲート電極を併用して、グラフェンに強電界を印加出来るようになった。電界が1.5V/nm程度の時に、バンドギャップが形成されていることが温度変化から明確になった。この温度変化による実験から、グラフェンのバンドギャップが有効な電気伝導は、バンドギャップ中に存在する局在順位を介した電気伝導との大小関係によって顕著になるか、もしくは検出不可能となるかが実験で分かった。つまり、このバンドギャップ中の局在順位の密度は、グラフェンの電界効果移動度と相関していることもわかり、グラフェンの結晶性を向上させなければならないことが明確になった。今後、この点に注目した特性解明と特性向上の技術開発を進める。

Research Products

• [Journal Article] Resistance modulation of graphite/graphene film contrlled by gate electric field (2010)
  • Author(s): H.Miyazaki, S.Li, A.Kanda, K.Tsukagoshi
  • Journal Title: Semiconductor Science and Technology 25 Pages: 34008/1-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic transport in epitaxial graphene on SiC substrate with periodic nanofacets (2010)
  • Author(s): S.Odaka, H.Miyazaki, S, -L Li, A.Kanda, K.Morita, S.Tanaka, Y.Miyata, H.Kataura, K.Tsukagoshi, Y.Aoyagi
  • Journal Title: Applied Physics Letters 96 Pages: 062111/1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gate-voltage modulation of conductance in bilayer graphene (2010)
  • Author(s): H.Miyazaki, A.Kanda, K.Tsukagoshi
  • Journal Title: Proceedings of Atomic Level Characterization Pages: 10P35/1-2
• [Journal Article] 簡単な?グラフェンの作り方 (2009)
  • Author(s): 日浦英文, 宮崎久生, 神田晶申, 塚越一仁
  • Journal Title: 応用物理学会 薄膜・表面物理分科会News Letter 136 Pages: 19-24
• [Journal Article] (2009)
  • Author(s): 宮崎久生, 日浦英文, 塚越一仁
  • Journal Title: グラフェンの物性,評価,第5章「グラフェンの作製、膜厚の評価、観察」(シーエムシー出版) Pages: 79-89
• [Presentation] Temperature dependence of conductance in bilayer graphene with electric-field-induced band gap (2010)
  • Author(s): H.Miyazaki, S.Li, A.Kanda, K.Tsukagoshi
  • Organizer: American Physical Society March meeting 2010
  • Place of Presentation: Oregon Convention Center, Portland, OR, USA
  • Year and Date: 20100315-20100319
• [Presentation] Gate-tunable band gap in bilayer graphene (2010)
  • Author(s): K.Tsukagoshi, H.Miyazaki, S.Li, A.Kanda
  • Organizer: 2010 International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (IWEPNM 2010)
  • Place of Presentation: Hotel Sonnalp, Kirchberg, Austria
  • Year and Date: 20100306-20100313
• [Presentation] Gate-voltage modulation of conductance in bilayer graphene (2009)
  • Author(s): H.Miyazaki, A.Kanda, K.Tsukagoshi
  • Organizer: Atomic Level Characterization (ASC'09)
  • Place of Presentation: Westin Maui Resort & Spa, Maui, Hawaii
  • Year and Date: 20091206-20091211
• [Presentation] Electric transport in epitaxial graphene on vicinal SiC substrate with periodic atomic-scale facets (2009)
  • Author(s): S.Odaka, H.Miyazaki, A.Kanda, K.Morita, S.Tanaka, Y.Miyata, H.Kataura, K.Tsukagoshi, Y.Aoyagi
  • Organizer: Material Research Society (MRS) 2009 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, Boston, USA
  • Year and Date: 20091130-20091204
• [Presentation] Graphene conduction controlled by gate-voltage (2009)
  • Author(s): K.Tsukagosh
  • Organizer: Indo-Japan workshop on graphene(日印セミナー)
  • Place of Presentation: Conference Hall, JNCASR, Bangarol, India
  • Year and Date: 20091117-20091119
• [Presentation] Anisotropic transport in epitaxial graphene transistor on vicinal SiC substrate (2009)
  • Author(s): S.Odaka, H.Miyazaki, A.Kanda, K.Morita, S.Tanaka, Y.Miyata, H.Kataura, K.Tsukagoshi, Y.Aoyagi
  • Organizer: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2009)
  • Place of Presentation: Sendai Kokusai Hotel, Sendai, Japan
  • Year and Date: 20091007-20091009
• [Presentation] Band-gap moduration in gated bilayer graphene (2009)
  • Author(s): K.Tsukagoshi, H.Miyazaki, A.Kanda
  • Organizer: Trends In Nanotechnology 2009 (TNT2009)
  • Place of Presentation: Auditorio de la ONCE, Barcelona, Spain
  • Year and Date: 20090907-20090911
• [Presentation] Band gap moduration in bilayer graphene (2009)
  • Author(s): K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • Organizer: The physics and new phenomena of pai-electronic interfaces(界面パイ電子系における新現象と物理)
  • Place of Presentation: Kashiwa, University of Tokyo
  • Year and Date: 20090810-12
• [Presentation] Electric field moduration of bilayer graphene (2009)
  • Author(s): K.Tsukagoshi, H.Miyazaki, A.Kanda
  • Organizer: Graphene Tokyo 2009
  • Place of Presentation: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20090725-20090726
• [Presentation] Tunable semiconducting state in bilayer graphene (2009)
  • Author(s): H.Miyazaki, K.Tsukagoshi, A.Kanda
  • Organizer: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-18)
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
  • Year and Date: 20090719-20090724
• [Presentation] Gate induced band gap for graphene device (2009)
  • Author(s): K.Tsukagoshi, H.Miyazaki, A.Kanda
  • Organizer: 9th Biennial Workshop in Russia, Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC2009)
  • Place of Presentation: Ioffe Physico-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, St Petersburg, Russia
  • Year and Date: 20090706-20090710
• [Presentation] Electric field modulation of graphene channel (2009)
  • Author(s): H.Miyazaki, K.Tsukagoshi, A.Kanda
  • Organizer: International conference on materials for advanced technologies (ICMAT2009)
  • Place of Presentation: Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre, Singapole
  • Year and Date: 20090628-20090703