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2次元原子層チャネルにユニバーサルなゲートスタック技術の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16H04343
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

長汐 晃輔  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20373441)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2016年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワード2次元層状材料 / トランジスタ / 絶縁膜堆積 / high-kゲート / h-BN / 2次元材料 / ゲート絶縁膜 / 2D材料 / 複合化 / 高誘電率 / 層状物質 / high-k絶縁膜 / ALD / 絶縁破壊 / 移動度 / 2次元層状半導体 / ゲートスタック
研究成果の概要

2次元層状チャネルのゲートスタック形成は,通常バッファー層を利用した原子層堆積装置で行うことが多いが,high-k本来の誘電率は得られておらず電気的信頼性の低さが問題であった.本研究では,酸素分離型蒸着装置を用いた2次元層状チャネル上High-k堆積において極薄膜下での誘電率の維持に成功し,グラフェン及びMoS2の安定なFET動作を達成した.また,2L MoS2 FETにおいて,巨大シュタルク効果による移動度の向上を観測した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

2次元層状材料は,電子デバイス展開が期待されるが,原子層物質であるがゆえ環境に特性が敏感であり,本来の特性を得ることが難しいという問題がある.本研究では,ゲートスタックにおいて最も重要な絶縁膜堆積において酸素分離型蒸着装置を用いた特性劣化の少ない手法を開発した.今後のデバイス作製プロセスにおいて重要な役割を担うことが期待される.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 8件、 査読あり 20件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 24件、 招待講演 20件) 図書 (4件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] 南京大学(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Type-II HfS<sub>2</sub>/MoS<sub>2</sub> Heterojunction Transistors2018

    • 著者名/発表者名
      Netsu Seiko、Kanazawa Toru、Uwanno Teerayut、Amemiya Tomohiro、Nagashio Kosuke、Miyamoto Yasuyuki
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E101.C 号: 5 ページ: 338-342

    • DOI

      10.1587/transele.E101.C.338

    • NAID

      130006729710

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • 年月日
      2018-05-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-passivated ultra-thin SnS layers via mechanical exfoliation and post-oxidation2018

    • 著者名/発表者名
      Higashitarumizu Naoki、Kawamoto Hayami、Nakamura Masaru、Shimamura Kiyoshi、Ohashi Naoki、Ueno Keiji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 10 号: 47 ページ: 22474-22483

    • DOI

      10.1039/c8nr06390g

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of electron capture and emission processes by the time domain charge pumping measurement of MoS2 FET2018

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi Koki、Fang Nan、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 13 ページ: 133505-133505

    • DOI

      10.1063/1.5048099

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accumulation-Mode Two-Dimensional Field-Effect Transistor: Operation Mechanism and Thickness Scaling Rule2018

    • 著者名/発表者名
      Fang Nan、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 10 号: 38 ページ: 32355-32364

    • DOI

      10.1021/acsami.8b10687

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrically Inert h-BN/Bilayer Graphene Interface in All-Two-Dimensional Heterostructure Field Effect Transistors2018

    • 著者名/発表者名
      Uwanno Teerayut、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 10 号: 34 ページ: 28780-28788

    • DOI

      10.1021/acsami.8b08959

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 2D Tunnel Field Effect Transistors (FETs) with a Stable Charge-Transfer-Type p+-WSe2 Source2018

    • 著者名/発表者名
      He Junyang、Fang Nan、Nakamura Keigo、Ueno Keiji、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: 4 号: 7 ページ: 1800207-1800207

    • DOI

      10.1002/aelm.201800207

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication and Surface Engineering of Two-Dimensional SnS Toward Piezoelectric Nanogenerator Application2018

    • 著者名/発表者名
      Higashitarumizu Naoki、Kawamoto Hayami、Ueno Keiji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 3 号: 45-46 ページ: 2809-2814

    • DOI

      10.1557/adv.2018.404

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of Carrier Polarity in Fowler-Nordheim Tunneling and Evidence of Fermi Level Pinning at the Hexagonal Boron Nitride/Metal Interface2018

    • 著者名/発表者名
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 10 号: 14 ページ: 11732-11738

    • DOI

      10.1021/acsami.7b18454

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Band tail interface states and quantum capacitance in a monolayer molybdenum disulfide field-effect-transistor2018

    • 著者名/発表者名
      Fang Nan、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 51 号: 6 ページ: 065110-065119

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aaa58c

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact ionization and transport properties of hexagonal boron nitride in a constant-voltage measurement2018

    • 著者名/発表者名
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.045425

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen-assisted epitaxial growth of monolayer tungsten disulfide and seamless grain stitching2018

    • 著者名/発表者名
      Ji Hyun Goo、Lin Yung-Chang、Nagashio Kosuke、Maruyama Mina、Sol?s-Fern?ndez Pablo、Sukma Aji Adha、Panchal Vishal、Okada Susumu、Suenaga Kazu、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 号: 2 ページ: 403-411

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.7b04149

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Transport properties of the top and bottom surfaces in monolayer MoS2 grown by chemical vapor deposition2017

    • 著者名/発表者名
      S. Kurabayashi, and K. Nagashio
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 9 号: 35 ページ: 13264-13264

    • DOI

      10.1039/c7nr05385a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] (Invited) Electrical Integrity and Anisotropy in Dielectric Breakdown of Layered h -BN Insulator2017

    • 著者名/発表者名
      Nagashio Kosuke、Hattori Yoshiaki、Takahashi Nobuaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Bao Jianfeng、Norimatsu Wataru、Kusunoki Michiko
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 79 号: 1 ページ: 91-97

    • DOI

      10.1149/07901.0091ecst

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecularly-thin Anatase field-effect transistors fabricated through the solid state transformation of titania nanosheets2017

    • 著者名/発表者名
      S. Sekizaki, M. Osada, K. Nagashio
    • 雑誌名

      Nanoscale, 9, 6471

      巻: 9 号: 19 ページ: 6471-6471

    • DOI

      10.1039/c7nr01305a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystalline Graphdiyne Nanosheets Produced at a Gas/Liquid or Liquid/Liquid Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Matsuoka, *Ryota Sakamoto, Ken Hoshiko, Sono Sasaki, Hiroyasu Masunaga, Kosuke Nagashio, *Hiroshi Nishihara
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 139 号: 8 ページ: 3145-3152

    • DOI

      10.1021/jacs.6b12776

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] "Experimental detection of active defects in few layers MoS2 through random telegraphic signals analysis observed in its FET characteristics"2017

    • 著者名/発表者名
      N. Fang, K. Nagashio, and A. Toriumi
    • 雑誌名

      2D Materials

      巻: 4 号: 1 ページ: 015035-015035

    • DOI

      10.1088/2053-1583/aa50c4

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Graphene field-effect transistor application-electric band structure of graphene in transistor structure extracted from quantum capacitance2017

    • 著者名/発表者名
      Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      J. Mater. Res

      巻: 32 号: 1 ページ: 64-72

    • DOI

      10.1557/jmr.2016.366

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anisotropic breakdown strength of single crystal hexagonal Boron Nitride2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe, and K. Nagashio
    • 雑誌名

      ACS appl. mater. interfaces

      巻: 8 号: 41 ページ: 27877-27877

    • DOI

      10.1021/acsami.6b06425

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Buffer Layer Engineering on Graphene via Various Oxidation Methods for Atomic Layer Deposition2016

    • 著者名/発表者名
      N. Takahashi and K. Nagashio
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 9 号: 12 ページ: 125101-125101

    • DOI

      10.7567/apex.9.125101

    • NAID

      210000138125

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Comparison of device structures for the dielectric breakdown measurement of hexagonal boron nitride2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe and K. Nagashio
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 109 号: 25 ページ: 253111-253111

    • DOI

      10.1063/1.4972555

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] "Understanding of layered heterointerfaces in 2D semiconductors"2018

    • 著者名/発表者名
      [Invited] K. Nagashio
    • 学会等名
      10th anniversary international symposium on advanced Plasma science (ISPlamsa2018)、 (March, 5, 2018, Meijyo univ., Nagoya).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Fabrication and Surface Engineering of Two-dimensional SnS toward Piezoelectric Nanogenerator Application"2018

    • 著者名/発表者名
      N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, K. Ueno, K. Nagashio,
    • 学会等名
      2018 MRS Spring Meeting, (April, 4, 2018, Phoenix Convention Center, Phoenix, USA).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Interface engineerign for 2D electronics",2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      Core to core program, (April, 16-17, 2018, Cambridge university, UK).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrically inert interface in 2D heterostructure FETs2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      AWAD2018, (July, 3, 2018, Kitakyusyu, Japan).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interface engineering for 2D layered semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      UMRS-ICEM2018, (August, 23, 2018, Daejeon, Korea).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "High-k Er2O3 top gate deposition on 2D channel at room temperature by PO2 controlled thermal evaporation",2018

    • 著者名/発表者名
      K. Maruyama, K. Nagashio.
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 13, 2018, Univ. of Tokyo, Tokyo)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Study on origin for Dit through SS in monolayer MoS2/h-BN/graphite FET"2018

    • 著者名/発表者名
      S. Toyoda, T. Taniguchi, K.Watanabe, K. Nagashio.
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 13, 2018, Univ. of Tokyo, Tokyo)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Strongp-type SnS FETs: From Bulk to Monolayer",2018

    • 著者名/発表者名
      N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, K. Maruyama, M. Nakamura, K. Shimamura, N. Ohashi, K. Ueno, K. Nagashio,
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 13, 2018, Univ. of Tokyo, Tokyo)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Interface Traps“Extrinsically” Deliver MIT in Monolayer MoS2 FET",2018

    • 著者名/発表者名
      N. Fang, K. Nagashio
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 12, 2018, Univ. of Tokyo, Tokyo)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Pinpoint pick up and bubble free transfer in 2D heterostructure fabrication"2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      JSPS/EPSRC C2C meeting, (Oct. 30, 2018, Tohoku univ., Sendai).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Electrically inert interface in 2D heterostructure FETs"2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      3rd Japan-EU flagship workshop on graphene and related 2D materials, (2018, Nov. 19, Sendai, Japan.)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Electrically Inert Interface in 2D Heterostructure FETs"2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      Workshop on innovative nanoscale devices and systems (WINDS2018), (Nov. 28, 2018, The Westin Hapuna Beach Resort, Kohala, Hawaii, USA).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Interface engineering for 2D layered semiconductors"2018

    • 著者名/発表者名
      N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, K. Nagashio,
    • 学会等名
      UTokyo-NTU joint conference at NUT 2018, (Dec. 12-13, 2018, NTU, Taiwan).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "Interface engineering for 2D layered semiconductors"2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      UTokyo-NTU joint conference at NUT 2018, (Dec. 12-13, 2018, NTU, Taiwan).
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Interface engineering for 2D electonics"2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      2017 NEA Symposium of Emerging Materials Innovation, Lotte hotel, Soul, Korea
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Interface engineering for 2D layered semiconductors"2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      2017 PKU-UTokyo nano-carbon summer camp, Hongo, UTokyo
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Gap engineering and reliability study for 2Delectronics"2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      6th Int. Conf. on Semiconductor Technology for ULSI & TFT, Schloss Hernstein, Hernstein, Austria
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2次元原子層半導体における層状ヘテロ界面の理解と制御2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 学会等名
      第36回電子材料シンポジウム,長浜ロイヤルホテル
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] "2次元層状チャネルFETの電子輸送特性及び界面特性"2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 学会等名
      応用電子物性分科会研究例会, 東工大,目黒区
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] "2次元原子膜応用のためのゲートスタック形成"2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 学会等名
      2017真空・表面科学合同講演会, 横浜市立大,横浜市
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interface engineering for 2D electonics2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      Nippon-Taiwan Workshop
    • 発表場所
      Kwansei Gakuin Univ. Sanda, Hyogo
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] グラフェンの伝導特性2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会「特別企画」二次元物質の科学
    • 発表場所
      慶応大学, 神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Graphene transistor application2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      Core to core program
    • 発表場所
      Tohoku university, Sendai
    • 年月日
      2016-11-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reliability study on layered 2D insulator2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      230th Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gap state analysis and reliability study on 2D electronics2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      Core to core program
    • 発表場所
      Cambridge university,UK
    • 年月日
      2016-07-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gap engineering & reliability study for 2D electronics2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      Graphene week
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dielectric breakdown of hexagonal Boron Nitride2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      International conference on graphene and related materials: properties and applications
    • 発表場所
      Paestum, Italy
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dielectric breakdown of hexiagonal boronitride2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio
    • 学会等名
      UTokyo-NTU joint conference at NUT 2016
    • 発表場所
      NTU, Taiwan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] "グラフェンの伝導特性とエネルギーギャップ形成", 二次元物質の科学, CSJカレントレビュー, 第26号, 日本化学会編2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] "2次元層状チャネルFETの電子輸送特性"2017

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      応用電子物性分科会誌
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] , "電界効果トランジスタにおけるゲートスタック形成と評価", カーボンナノチューブ・グラフェンの応用研究最前線2016

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] 2D materials for nanoelectronics2016

    • 著者名/発表者名
      A. Toriumi, K. Nagashio
    • 出版者
      CRC Press
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東大マテリアル・長汐研

    • URL

      http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] 東京大学 マテリアル工学専攻 長汐研究室

    • URL

      http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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