2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of graphene NEMS hybrid functional devices for autonomous and ultrasensitive integrated sensors
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25220904
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
水田 博 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90372458)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / ナノマシン / ナノ材料 / 電子デバイス・機器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンNEMS(GNEMS)技術により上部アクチュエーション電極を備えたグラフェン振動子（長さ900 nm, 幅500 nm、共振周波数92 MHz)を作製し、共振周波数の変化から質量変化を検出する高感度質量検出センサを開発した。これを用いて、水素分子の物理吸着に伴う約400ゼプトグラムの質量変化を室温で安定に検出することに成功した。また、前年度に開発した抵抗変化検出型GNEMSセンサを用いて、低濃度アセトンガス分子の検出も実施した。これにより、同じグラフェンNEMS構造による抵抗変化・質量変化複合検出型高性能気相センサの基盤技術を確立した。
グラフェン‐グラフェン・ファンデルワールス(vdW)コンタクト型GNEMスイッチ開発においては、グラフェン（制御ゲート）／六方晶窒化ホウ素（hBN; ゲート絶縁膜）／グラフェン（ドレイン）／エアギャップ／グラフェン（ソース）ヘテロ集積構造素子を開発し、室温でS値10.4 mV/decの急峻スイッチングを実現した。また、グラフェンーhBN vdWスイッチ構造において、サブ１Vの低電圧動作と３万回を超える繰り返しスイッチング動作の観測に成功した。
第一原理解析では、アセトン、ベンゼン、アンモニア等の環境ガス分子がグラフェン上に吸着したvdW複合体に対して、外部電界印加時における電荷移動機構を定量的に明らかにした。また原子分解能走査透過型電子顕微鏡によるグラフェンナノリボンエッジと欠陥状態の動的変化を行い、Stone-Wales欠陥に起因する炭素原子鎖の形成現象の観測に初めて成功した。
さらに、上記の超高感度GNEMSセンサ素子とパワーマネジメント用GNEMSスイッチ素子を同一グラフェン膜上に集積化するプロセス技術を開発した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(62 results)
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[Presentation] CHARACTERISTIC RESONANCE FEATURES OF SOI-CMOS-COMPATIBLE SILICON NANOELECTROMECHANICAL DOUBLY-CLAMPED BEAMS UP TO 330 MHZ2018
Author(s)
Y Tsuchiya, Y Feng, C Giotis, N Harada, M Shikida, C Dupre, E Ollier, F Arab Hassani and H Mizuta
Organizer
The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2018), Belfast, Northern Ireland, 21-25 January
Int'l Joint Research
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[Presentation] RF characterisation of CMOS-compatible Silicon-on-Insulator Nanoelectromechanical Resonators2017
Author(s)
Y. Tsuchiya, N. Harada, C. Gortis, J. Lamb, F. Arab Hassani, M. Shikida, C. Dupre, E. Ollier, S. T Bartsch, A. M. Ionescu, and H. Mizuta
Organizer
43rd International Conference on Micro and Nanoengineering (MNE 2017), Braga, Portugal, 18-22 September
Int'l Joint Research
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[Book] Ion Beams2018
Author(s)
Nitrogen Ion Microscopy
Total Pages
29
Publisher
InTech
ISBN
978-953-51-6090-8
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