2022 Fiscal Year Research-status Report
Realization of graphene TFT with high mobility and high on/off ratio using NiCO3/graphene hetero -junction
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21K04163
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
市川 和典 松江工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (90509936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大島 多美子 佐世保工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (00370049)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | グラフェン / ヘテロ接合 / 薄膜トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Siに代わる高速のトランジスタ実現のためグラフェンを用いた高性能な薄膜トランジスタ（TFT）の研究を行っている。SiTFTをグラフェンTFTに置き換えるための条件として、ナノ構造の作製や修飾や転写を行わず、かつ汎用性の高いガスを用いてヘテロ接合を作り、高移動度を維持したまま高いON/OFF比を得る新たな技術が必要である。この研究の成功のカギは、どれだけパラメータを変えて合成条件の最適化を行うかにある。
2年目となる今年度はNi中への炭素の導入時間の最適化を行う研究である。1年目に決定した合成温度900℃において炭素供給源となるアセチレンガスの導入時間を1分から10分までの間で変化させ、電気特性評価、ラマン分光測定によるグラフェンの膜質および、X線回折によるグラフェン合成後のNi化合物の膜質評価を行った。更に酸素濃度についても85%から100％と変化させ同様に評価を行った。
研究結果について
これまで800℃の合成温度においてグラフェンの合成にアセチレンガスを4分間の導入が必要であったが、900℃では4分以下でもグラフェンは合成された。炭素導入量を大きくすると電気特性の低下が顕著に表れ、逆に炭素導入量を少なくなると電気特性が向上し1分50秒を境に電気特性が低下するV字型の特性を示した。この電気特性の変化をラマン分光測定により評価すると、グラフェンの膜質はほとんど変化は見られなかった。しかしX線回折において炭素導入量が少ないとNiCO3に加えNiやNiCなどが混在し、炭素導入量が多い場合、Niは無くなるがNiCO3とNiOのピークが見られた。電気特性の変化は下のNi化合物が重要であることが明らかとなった。
酸素依存性について酸素濃度100％でも従来の90％に比べほぼ変化は無く、XRDにもNiOのピークが見られることから、90％の酸素濃度が最適条件であることが分かった。
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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
1年目の合成温度を決定し、2年目に炭素導入量と酸素濃度の関係を明らかにすることができ、予定通り研究が進められているため概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度はNiの厚さを変えると層数が変化し、TFTの性能が向上すると考えられる。Niの蒸着時間を変えて200～500nmまで100nmずつ抵抗線Niを蒸着し、これまでの条件でグラフェンの合成とTFTを作製し同様に評価を行う。最適値から±50nm変化させTFTを作製し最適値とする。その後現在のSiO2絶縁膜をアルミナに変え、その基板上に最適化された条件でグラフェンを作製し、この研究期間で最も性能の高いTFTを目指す。
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| Causes of Carryover |
研究に必要な紫外線をカットできるデシケーターを購入し年度内発注したが、在庫が無く納品に時間がかかり次年度の納品となった。5月現在では納品されているため実質予算は予定通り使用できている。
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