2023 Fiscal Year Annual Research Report
高濃度・局所電子ドープによる二次元トンネルトランジスタの高性能化
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22KJ2554
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小倉 宏斗 東北大学, 工学研究科, 助教
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | 遷移金属ダイカルコゲナイド / トンネルトランジスタ / ヘテロ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高濃度ドープを実現しやすい多層TMDCにおいて、異種結晶が同一の面内で接合した構造（面内ヘテロ構造）の作製およびデバイス評価を行った。界面の構造観察用にWSe2/MoS2、電子輸送特性の評価用にNbxMo1-xS2/MoS2多層面内ヘテロ構造を作製し、ラマン散乱分光やフォトルミネッセンス(PL)分光、原子間力顕微鏡、および電子顕微鏡観を用いて構造を評価した。特に、多層WSe2/MoS2の断面の電子顕微鏡観察からは、WSe2の端から同じ結晶方位を持つMoS2が接合している様子が明瞭に確認された。次に、多層NbxMo1-xS2/MoS2ヘテロ構造を利用し、電子輸送特性の評価を行った。ここで、NbxMo1-xS2は高濃度にホールを含むp型半導体である。一方、MoS2はn型半導体として振舞い、シリコン基板表面のSiO2酸化膜を介してゲート電圧を印加することで、電子濃度を増加させた。実際に、50K以下の低温においてゲート電圧を印加したとき、負性微分抵抗の傾向（NDR trend）を持つ電流-電圧特性が得られた。このNDR trendによって、界面においてトンネル電流が流れていることを実証できた。
更に、このヘテロ構造によるトンネルトランジスタの性能向上に向け、結晶歪みに由来する再結合電流の影響を低減するべく、原子レベルに平坦な六方晶窒化ホウ素（hBN）の上に転写することを考えた。その前段階として、転写装置の立ち上げを行い、安定して積層構造を得るための条件最適化を行った。これにより、予備的な実験において、機械的に剥離したhBN結晶同士を、位置制御を伴って積層させることに成功した。これにより、今後は様々なTMDCおよびそのヘテロ構造をhBN上に転写することが可能となり、トンネルトランジスタをはじめとする、TMDCを用いたデバイスの高性能化に向けて極めて重要といえる。
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