| 研究課題/領域番号 |
23K20960
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01394 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
永瀬 雅夫 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20393762)
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| 研究分担者 |
影島 博之 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (70374072)
大野 恭秀 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (90362623)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | グラフェン / テラヘルツ / SiC基板 / 積層接合 / SiC / 負性微分抵抗 / プラズモン / 遠赤外線 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単結晶グラフェンを用いた高出力テラヘルツLEDの実現を目指す。SiC基板上にエピタキシャル成長した単結晶グラフェン同士を直接接合するこ とにより積層接合を形成する。接合部に一定以上の電圧を印加するこによりホット化されたキャリアをグラフェンに注入することによりプラズ モンを直接誘起することを目指す。誘起したプラズモンとグラフェンのフォノンをカップリングさせることによりテラヘルツ放射を実現する。
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| 研究実績の概要 |
SiC上グラフェン試料二枚を対向直接接合させたグラフェン積層接合の電気特性にて負性微分抵抗を伴う強い非線形特性が発現することを見いだした。この発見はSiC上グラフェンと金属電極との接触抵抗が他のグラフェン系の接触抵抗に比べて格段に小さいことに由来して、接合部に大きな実効電界を印加できることに由来する。各種の検討により負性微分抵抗発現には非常に大きな接合部の電界（5GVm）が大きな役割を担っていることを明らかにした。グラフェン積層系では、接合角により特性が大きく変調されることが知られている。本接合系では、他の接合系に比べて接合角の制御が容易である特徴を活かして、広い接合角範囲に関して電気特性の接合角依存性の取得を行った。その結果、これまで検討したいずれの接合角においても負性微分抵抗特性が発現することが明らかとなった。また、低電界領域の接合抵抗は、これまでに理論的、実験的に示されているような角度依存性が見られず、ほぼ一定の値を取ることが判った。このことはSiC上グラフェンが従来のグラフェン系と大きく異なる物性を有することを示唆する。一方で、高電界領域での角度依存性の挙動は複雑で、今後、さらに詳細な角度依存性のデータ取得を行うと共に、高電界下でのグラフェン積層系物性の新たな理論的枠組みの構築が必要である。これまでの結果は、我々のグラフェン積層接合デバイスがSiC上グラフェン特有の性質を用いていることを示しており、グラフェン積層接合の新たな学術領域を切り開くことが出来た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
グラフェン積層接合特性の接合角依存性の取得に成功した。その結果、実験を行った全ての接合角にて負性微分抵抗特性を確認した。低電界領域の接合抵抗は実験前の予測とは異なりほとんど角度依存性が無かった。実験結果を説明するには、既存の電子物性の範囲を超える理論体系が必要であることが判った。得られた結果の新規性は高いが、これを説明するための理論的な枠組みの構築が課題である。
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| 今後の研究の推進方策 |
デバイス特性の接合角依存性に関しては、より詳細な検討を行い,いわゆるmagic angleの探索を行う。また、高電界印加に伴う負性微分抵抗特性の起源を説明するための理論的な枠組みの構築を行う。さらに整備したテラヘルツ検出系を用いて、デバイスからのテラヘルツ波放射特性の取得を行う。デバイスへの大電力印加、及び、負性微分抵抗の活用に向けた寄生抵抗成分低減対策として、n型SiC基板上グラフェンを用いたデバイス作製にも着手する。
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