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2013 年度 実績報告書

グラフェン/金属電極間の界面制御による短チャネルグラフェン電界効果素子

研究課題

研究課題/領域番号 24651166
研究機関筑波大学

研究代表者

神田 晶申  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30281637)

キーワードナノ材料 / グラフェン / 電界効果トランジスタ / 電極接続
研究概要

グラフェンの電気伝導に対する電極接続の影響を低減し、短チャネル2端子デバイスにおいて高電界効果移動度を実現することを目的とした実験的研究を行い、以下の成果を得た。
1) チャネル長を短くすると電界効果移動度が低下する現象は、調べた電極金属すべてで観測されたが、その程度は、金属種、成膜条件に依存することがわかった。Ti/Au電極の場合には、仕事関数から期待されるのとは逆向きにグラフェンがドープされていることが分かり、「仕事関数差による電荷密度の固定化」という単純なストーリーでは説明できないことが示唆された。また、Cr/AuやCrO/Cr/Auを用いた場合には、電気伝導率のゲート電圧依存性に2つのディラック点が見られた。1次元抵抗モデルにもとづく数値シミュレーションによって、電極直下のグラフェンは電極からの電荷ドープを受けているがキャリア密度は完全にはピン止めされていないことがわかった。
2) 単層グラフェンと化学的性質が最も近い多層グラフェンを金属電極とグラフェンとの界面に挟み込むことによって、電極からの電荷ドープを軽減することを目指して、基板上に多層グラフェンを直接成長する方法を開発した。
3) 多層グラフェンをSi基板上に直接成長する方法を利用して、多層グラフェンを金属電極とグラフェンとの界面に挟みこんだ構造を作製し、電極からのキャリアドープを軽減することを試みた。製膜領域を10ミクロン程度の領域に制限した場合には触媒が微粒子化し、一様な多層グラフェンの製膜には現時点で成功していない。そこで予備実験として、アモルファスカーボン(a-C)を界面に挟み込んだ構造について測定を行った(電極:Cr/Au)。その結果、低ゲート電圧側のディラック点が消失し、電極からの電荷ドープが除去されていることが確認されたが、a-Cによる荷電不純物散乱増大の傾向が見られた。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Surface morphology of multilayer graphene synthesized directly on silicon dioxide2013

    • 著者名/発表者名
      Kenta Katakura, Hikari Tomori, Youiti Ootuka, and Akinobu Kanda
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi C

      巻: Vol.10 ページ: 1628-1631

    • DOI

      10.1002/pssc.201300285

    • 査読あり
  • [学会発表] Reducing Carrier Density Pinning at Graphene/Metal Interfaces Using Interfacial Multilayer Graphene2014

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      APS March Meeting 2014
    • 発表場所
      Colorado Convention Center (Denver, USA)
    • 年月日
      20140303-20140307
  • [学会発表] Reducing Carrier Density Pinning at Graphene/Metal Interfaces Using Multi-layer Graphene2013

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk (Fukuoka)
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [学会発表] グラフェン電界効果トランジスタにおける電界効果移動度のチャンネル長依存性2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤優
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] グラフェン/金属電極界面に多層グラフェンを挿入した グラフェン電界効果トランジスタの電気伝導評価2013

    • 著者名/発表者名
      片倉健太
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Mobility of Top and Bottom Surfaces of Multilayer Graphene Placed on SiO2 Substrate2013

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      2013 JSAP-MRS Joint Symposia
    • 発表場所
      Doshisha Univ. (Kyoto)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Channel length dependence of field effect mobility in short-channel graphene field-effect2013

    • 著者名/発表者名
      Yu Ito
    • 学会等名
      5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2013)
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technology (Japan)
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] Fabrication and transport measurement of graphene field effect devices with multilayer graphene inserted into graphene/metal interfaces2013

    • 著者名/発表者名
      Kenta Katakura
    • 学会等名
      5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2013)
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technology (Japan)
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] Determination of mobility in top and bottom surfaces of multilayer graphene placed on SiO2/Si substrate2013

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • 発表場所
      Wroclaw University of Technology (Poland)
    • 年月日
      20130701-20130705
  • [学会発表] Surface morphology of few-layer graphene synthesized directly on silicon dioxide2013

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      Kobe convention Center (Hyogo)
    • 年月日
      20130519-20130523
  • [学会発表] Temperature dependence of mobility in top and bottom surfaces of multilayer graphene placed on silicon dioxide2013

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Kanda
    • 学会等名
      40th International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      Kobe convention Center (Hyogo)
    • 年月日
      20130519-20130523

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公開日: 2015-05-28  

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