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単一分子の物性とデバイス特性のギャップを埋める時空間オペランドX線分光の開拓

公募研究

研究領域分子アーキテクトニクス:単一分子の組織化と新機能創成
研究課題/領域番号 16H00953
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

吹留 博一  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードオペランド / 時空間 / X線分光 / グラフェン / GaN-HEMT / 時空間観察 / 二次元電子系 / 時空間オペランド分光
研究実績の概要

本年度は、時空間オペランドX線分光の更なる高度化、および、それをもちいたグラフェンFETの界面制御による高性能化のメカニズム解明の研究を行った。時空間オペランドX線分光の更なる高度化として、硬X線を用いた時空間オペランドX線分光の開拓に取り組んだ。この硬X線を用いた理由は、通常の(軟)X線に比して、より深い領域(~20 nm)まで調べることが出来る、すなわち、埋もれ界面が可能になると考えたからである。実際に、実験を行った結果、水平分光能100 nmで深さ方向:20 nmまでの領域を原子一層レベルの高い分解能を有し、かつ、100 nsオーダーの時間分解能でデバイスの界面電子状態を調べることに世界に先駆けて成功した。これにより、高周波電圧印加に対する電子状態の時空間変化が解明され、IoTのキーデバイスとなっているGaN-HEMTの更なる高性能化に貢献した。さらに、以上のようなX線分光を用いて、グラフェン・トランジスタの高性能化を試みた。グラフェン・トランジスタの最大の欠点は、バンドギャップが0であるため、ドレイン電流が飽和しないという点だった。このドレイン電流が飽和しないという欠点を克服するために、Dual-gate構造を採用し、ドレイン電流の飽和を達成した。さらには、マイクロ波を用いたグラフェンー基板の界面化学構造の制御に関する研究を行った。その結果、グラフェンのデバイス特性を劣化させるBuffer層を、グラフェンにダメージを与えることなく、除去することに成功した。これにより、グラフェン中でのキャリア移動度の向上に成功した。この界面構造制御に関しては、東北大学の米田教授と東京大学の長谷川教授と共同で研究を行った。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (16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 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (2件) 産業財産権 (4件)

  • [国際共同研究] Basque Foundation for Science(スペイン)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] A table-top formation of bilayer quasi-free-standing epitaxialgraphene on SiC(0001) by microwave annealing in air2018

    • 著者名/発表者名
      Kwan-Soo Kim, Goon-Ho Park, Hirokazu Fukidome, Someya Takashi, Iimori Takushi, Komori Fumio, Matsuda Iwao, Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 130 ページ: 792-798

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2018.01.074

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atomic-scale characterization of the interfacial phonon in graphene/SiC2017

    • 著者名/発表者名
      E. Minamitani, R. Arafune, T. Frederiksen, T. Suzuki, S. M. F. Shahed, T. Kobayashi, N. Endo, H. Fukidome, S. Watanabe, T. Komeda,
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 96 号: 15 ページ: 155431-155431

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.155431

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] GaN-HEMTの表面準位の挙動の顕微分光を用いた定量的解明2018

    • 著者名/発表者名
      大美賀圭一、舘野泰範、永村直佳、河内剛志、八重樫誠司、駒谷務、今野隼、高橋良暢、小嗣真人、堀場弘司、尾嶋正治、末光眞希、吹留博一
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 -材料・プロセス・デバイス特性の物理 -(第23回)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Formation of Quasi-Free-standing Epitaxial Graphene on SiC(0001) by Microwave Annealing2017

    • 著者名/発表者名
      Kwan-Soo Kim, Goon-Ho Park, Hirokazu Fukidome, Maki Suemitsu
    • 学会等名
      Carbon 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ハイブリッドSiC基板を用いたグラフェンデバイス応用2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤典史、秋山昌次、田島圭一郎、末光眞希、小西繁、茂木弘、川合信、久保田芳宏、堀場弘司、組頭広志、吹留博一
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 単一分子の物性とデバイス特性のギャップを埋める時空間オペランドX線分光の開拓2017

    • 著者名/発表者名
      吹留博一
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス:単一分子の組織化と新機能創成 第9回領域会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] オペランド顕微分光を用いた高速グラフェン・トランジスタの開発2017

    • 著者名/発表者名
      吹留博一
    • 学会等名
      SPring-8 先端デバイス研究会
    • 発表場所
      品川APセンター、東京
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Operando spectromicroscopy on graphene transistors2016

    • 著者名/発表者名
      H. Fukidome
    • 学会等名
      Global Graphene Forum
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 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] オペランド顕微分光を用いた二次元電子系デバイスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      吹留博一
    • 学会等名
      第36回表面科学会講演大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場、名古屋
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.suemitsu.riec.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 末光・吹留研究室ホームページ

    • URL

      http://www.suemitsu.riec.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体装置2016

    • 発明者名
      末光真希、吹留博一、舘野泰範、岡田政也
    • 権利者名
      国立大学法人東北大学、住友電気工業株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-242417
    • 出願年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 積層体および電子素子2016

    • 発明者名
      末光真希、吹留博一、舘野泰範、岡田政也
    • 権利者名
      国立大学法人東北大学、住友電気工業株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-234445
    • 出願年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] グラフェントランジスタおよびその製造方法2016

    • 発明者名
      末光真希、吹留博一、舘野泰範、岡田政也
    • 権利者名
      国立大学法人東北大学、住友電気工業株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-234207
    • 出願年月日
      2016-11-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体装置2016

    • 発明者名
      末光真希、吹留博一、舘野泰範、岡田政也
    • 権利者名
      国立大学法人東北大学、住友電気工業株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-217291
    • 出願年月日
      2016-11-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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