高速性と低消費電力性を両立するフッ化グラフェンデバイスの創製

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656202
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 波多野 睦子 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00417007)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩崎 孝之 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80454031)
• Keywords: グラフェン / 低消費電力デバイス / 化学修飾グラフェン

Research Abstract

本研究は、省エネルギースイッチングデバイスをターゲットとして、新規な2次元カーボン膜であるフッ化グラフェン膜を創製、その特異なキャリア輸送機構と制御性を解明し、高速性と低消費電力性を両立するデバイスの実現を目的とする。24年度に開発したデバイス化のための要素技術であるフッ化グラフェン作製プロセスを適用し、電界効果トランジスタを試作し、低消費電力デバイスとしての可能性を明らかにした。
(1) 系統的に実験を行った結果、「高い電気陰性度によるp型ドーピング効果」、「伝導度の電子-正孔非対称性」といった、フッ素原子に特有と考えられる特徴を見出した。またフッ化によって抵抗率が大きく上昇し、非対称性が生じることがわかった。
(2) イオン液体EMIM-BF4をゲート絶縁膜に用い、フッ化グラフェンＦＥＴを試作することにより、電圧1.5Vでトランジスタを駆動することができ、オン/オフ比は　室温では11に、78Ｋでは100 と向上することを検証した。
(3）低温、磁場印加環境下において、フッ化グラフェンの位相コヒーレント時間の温度依存性を測定した。この結果位相コヒーレンス時間は低温部分で一定の値に収束するという、グラフェンにはない特徴を示すことがわかった。さらに、この位相コヒーレンス時間の一定値は、キャリア密度（ゲート電圧）に依存することを見出した。すなわち、ゲート電圧によってスピン情報を制御できる可能性があると考えられ、スピントロニクスへの応用が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Fluorination of Graphene by Reactive Ion Etching System Using Ar/F2 Plasma (2013)
  • Author(s): Akihiro Matsutani, Kosuke Tahara, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 52 Pages: 06GD11-1, 3
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.06GD11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric transport property of fluorinated graphene (2013)
  • Author(s): K. Tahara, T. Iwasaki, S. Furuyama, A. Matsutani, M. Hatano
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett Volume: 103 Pages: 143106-1,4
  • DOI: doi.org/10.1063/1.4823798
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 横型フッ化グラフェン‐グラフェンヘテロ構造の作製 (2014)
  • Author(s): 成木航, 田原康佐, 岩崎孝之, 古山聡子, 松谷晃宏, 波多野睦子
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] フッ化グラフェンの磁気抵抗効果 (2013)
  • Author(s): 田原康佐,岩崎孝之,松谷晃宏,山口智弘,石橋幸治,波多野睦子
  • Organizer: 第74回応用物理学会周期学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府）
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] Low Temperature Transport Properties of Fluorinated Graphene FET Controlled by Ionic Liquid Gating (2013)
  • Author(s): Satoko Furuyama, Kosuke Tahara, Takayuki Iwasaki, Akihiro Matsutani, Mutsuko Hatano
  • Organizer: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府)
  • Year and Date: 20130916-20
• [Presentation] Asymmetric transport properties in fluorinated grapheme (2013)
  • Author(s): Kosuke Tahara, Takayuki Iwasaki, Satoko Furuyama, Akihiro Matsutani, Mutsuko Hatano
  • Organizer: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府)
  • Year and Date: 20130916-20
• [Presentation] Magnetotransport properties of fluorinated graphene (2013)
  • Author(s): K.Tahara, T.Iwasaki, A.Matsutani, T.Yamaguchi, K.Ishibashi, M.Hatano
  • Organizer: RPGR2013
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 20130909-20130913
• [Presentation] Monolayer diamond FETs consist of fluorinated graphene channel (2013)
  • Author(s): Mutsuko Hatano
  • Organizer: International Conference on Semiconductor technology for ultra large scale integrated circuits and thin film transistors
  • Place of Presentation: Villard-de-Lans(フランス（グルノーブル)）
  • Year and Date: 20130707-20130712
  • Invited
• [Presentation] Crystal and Twisted Graphene Layers on Metal Films (2013)
  • Author(s): Takayuki Iwasaki
  • Organizer: Collaborative Conference on Materials Research
  • Place of Presentation: Ramanda Plaza (韓国)
  • Year and Date: 20130624-28
  • Invited
• [Presentation] Characteristics of Fluorinated Graphene Field Effect Transistors (2013)
  • Author(s): Kosuke Tahara, Takayuki Iwasaki, Satoko Furuyama, Akihiro matsutani, Mutsuko Hatano.
  • Organizer: Compound Semiconductor Week 2013
  • Place of Presentation: Kobe Convention Center（兵庫県
  • Year and Date: 20130519-20130523