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

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04343
• 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
• キーワード: ２次元層状材料 / トランジスタ / 絶縁膜堆積

研究実績の概要

これまでに，一般的な原子層堆積手法では２次元チャネルの特性劣化が大きいという問題に対して，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，安定デバイス動作を達成してきた．今年度は，この堆積手法により作製したデュアルゲート2層MoS2を用いて巨大シュタルク効果の観測を検討した．巨大シュタルク効果とは垂直電界が印加された場合に，バンドアライメントが変化し，ギャップが減少する挙動である．このバンドアライメントの変化のため，ゲートに近い層は絶縁体として働き，移動度の向上が期待できる．
ソースドレインをトップゲートにより被覆しアクセス領域を無くした2層MoS2デュアルゲートトランジスタ (完全被覆構造)を酸素分離型蒸着装置により作製し，巨大シュタルク効果を実証するため，移動度の変化を解析した．1層及び2層 MoS2の電流-電圧特性の結果から，2層は1層に比べバックゲート印可に対する電流増加率が大きいことがわかった．移動度のバックゲート電圧依存性から，2Lにおける傾きが大きいことがわかった．トップゲートフルカバー構造における移動度のバックゲート電圧依存性は，(i)ソースドレイン下におけるチャネルの変調と(ii)巨大シュタルク効果の2つの要因に分けることができる．1層ではソースドレイン下におけるチャネルの変調のみが観測されるため，移動度のバックゲート依存性における傾きの差は2Lにおける巨大シュタルク効果の影響によると考えられる．

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 南京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 南京大学
• [雑誌論文] Self-passivated ultra-thin SnS layers via mechanical exfoliation and post-oxidation (2018)
  • 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 ページ: 22474～22483
  • DOI: 10.1039/C8NR06390G
  • 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 FET (2018)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Koki、Fang Nan、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 133505～133505
  • DOI: doi.org/10.1063/1.5048099
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accumulation-Mode Two-Dimensional Field-Effect Transistor: Operation Mechanism and Thickness Scaling Rule (2018)
  • 著者名/発表者名: Fang Nan、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 32355～32364
  • DOI: 10.1021/acsami.8b10687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically Inert h-BN/Bilayer Graphene Interface in All-Two-Dimensional Heterostructure Field Effect Transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: Uwanno Teerayut、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 28780～28788
  • DOI: 10.1021/acsami.8b08959
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2D Tunnel Field Effect Transistors (FETs) with a Stable Charge-Transfer-Type p+-WSe2 Source (2018)
  • 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 ページ: 1800207～1800207
  • DOI: doi.org/10.1002/aelm.201800207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Type-II HfS₂/MoS₂ Heterojunction Transistors (2018)
  • 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 ページ: 338～342
  • DOI: 10.1587/transele.E101.C.338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and Surface Engineering of Two-Dimensional SnS Toward Piezoelectric Nanogenerator Application (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashitarumizu Naoki、Kawamoto Hayami、Ueno Keiji、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: MRS Advances 巻: 3 ページ: 2809～2814
  • DOI: doi.org/10.1557/adv.2018.404
  • 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 Interface (2018)
  • 著者名/発表者名: Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 11732～11738
  • DOI: 10.1021/acsami.7b18454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band tail interface states and quantum capacitance in a monolayer molybdenum disulfide field-effect-transistor (2018)
  • 著者名/発表者名: Fang Nan、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 51 ページ: 065110～065110
  • DOI: doi.org/10.1088/1361-6463/aaa58c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact ionization and transport properties of hexagonal boron nitride in a constant-voltage measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 1x-2y
  • DOI: doi.org/10.1103/PhysRevB.97.045425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen-Assisted Epitaxial Growth of Monolayer Tungsten Disulfide and Seamless Grain Stitching (2018)
  • 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 ページ: 403～411
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b04149
  • 査読あり / 国際共著
• [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).
  • 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).
  • 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).
  • 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: AWAD2018, (July, 3, 2018, Kitakyusyu, Japan).
  • 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: K. Nagashio
  • 学会等名: UMRS-ICEM2018, (August, 23, 2018, Daejeon, Korea).
  • 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)
  • 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)
  • 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)
  • 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)
  • 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).
  • 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.)
  • 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).
  • 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).
  • 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).
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東大マテリアル・長汐研
  • URL: http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/