研究課題
グラフェンNEMS(GNEMS)技術により上部アクチュエーション電極を備えたグラフェン振動子(長さ900 nm, 幅500 nm、共振周波数92 MHz)を作製し、共振周波数の変化から質量変化を検出する高感度質量検出センサを開発した。これを用いて、水素分子の物理吸着に伴う約400ゼプトグラムの質量変化を室温で安定に検出することに成功した。また、前年度に開発した抵抗変化検出型GNEMSセンサを用いて、低濃度アセトンガス分子の検出も実施した。これにより、同じグラフェンNEMS構造による抵抗変化・質量変化複合検出型高性能気相センサの基盤技術を確立した。グラフェン‐グラフェン・ファンデルワールス(vdW)コンタクト型GNEMスイッチ開発においては、グラフェン(制御ゲート)/六方晶窒化ホウ素(hBN; ゲート絶縁膜)/グラフェン(ドレイン)/エアギャップ/グラフェン(ソース)ヘテロ集積構造素子を開発し、室温でS値10.4 mV/decの急峻スイッチングを実現した。また、グラフェンーhBN vdWスイッチ構造において、サブ1Vの低電圧動作と3万回を超える繰り返しスイッチング動作の観測に成功した。第一原理解析では、アセトン、ベンゼン、アンモニア等の環境ガス分子がグラフェン上に吸着したvdW複合体に対して、外部電界印加時における電荷移動機構を定量的に明らかにした。また原子分解能走査透過型電子顕微鏡によるグラフェンナノリボンエッジと欠陥状態の動的変化を行い、Stone-Wales欠陥に起因する炭素原子鎖の形成現象の観測に初めて成功した。さらに、上記の超高感度GNEMSセンサ素子とパワーマネジメント用GNEMSスイッチ素子を同一グラフェン膜上に集積化するプロセス技術を開発した。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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