2013 Fiscal Year Annual Research Report
グラフェンチャネルトランジスタのオン／オフ比向上と論理素子応用に関する研究
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12J09115
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
永久 雄一 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | トランジスタ / 論理素子 / グラフェン / SiC / オン/オフ比 / ショットキー障壁高さ |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、炭素原子層数層からなるグラフェンをチャネルに用いたトランジスタを作製し、その特性を論理素子応用に向けて向上させることである。グラフェンは優れたキャリア輸送特性を有するため、Siに代わるトランジスタのチャネル材料としての期待が高い。しかし、グラフェンのバンドギャップがゼロであるため、トランジスタのチャネルに用いるとドレイン電流のオン/オフ比が低くなり、これが論理素子応用に向けての大きな課題となっている。本研究においては、オン/オフ比に注目し、炭化ケイ素(SiC)基板を高温真空下でアニールすることにより基板表面に形成される「エピタキシャルグラフェン」をチャネルに、n型ドープしたSiC(n-SiC)をソース/ドレインとしたトップゲート型のトランジスタ構造により高いオン/オフ比の実現を目指し、高いオン/オフ比(103程度)を得た(平成24年度)。
平成25年度は、トランジスタ特性の更なる向上の為, デバイスの動作メカニズムに関して分析を行った。本研究におけるデバイス構造においては、グラフェン/n-SiC接合のコンタクト特性の分析が非常に重要であり、グラフェン/n-SiCダイオードにトップゲート構造を追加した3端子デバイスを評価することにより、コンタクト特性を評価した。電気特性評価の結果、電流(1)一電圧(V)特性において通常の金属/半導体ショットキーダイオードと同様の整流性が見られたが、ゲート電圧によって整流性の度合いが変化することが確認された。I-V特性からグラフェン中の電子に対するSiCのショットキー障壁高さを見積もると0.5～0.7eV程度ゲート電圧によって障壁高さが変調されていることを確認した。この値はトランジスタのオン/オフ比の値を説明するのに十分な値であり、このようなメカニズムにより高オン/オフ比が実現されていると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
トランジスタの動作メカニズムについて分析を行い、グラフェンチャネル中の電子に対するSiCのショットキー障壁高さがゲート電圧により変調されるというメカニズムにより高いオン/オフ比が実現されていることを確認した。また、このようなメカニズムの理解により更なる特性向上への指針も得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度におけるデバイスの動作メカニズムの分析結果を踏まえ、次世代論理素子としてコンペティティブな特性を有するトランジスタの実現のためには、グラフェンノn-SiC接合におけるコンタクト特性の更なる向上が必要であると考える。現在得られているグラフェンノn-SiC接合のコンタクト抵抗は1×10^<-4>Ωcm^2と高く、原因の一つとして、オン状態におけるショットキー障壁高さが0.5eV程度と高い点が挙げられる。従って、より低抵抗なコンタクト特性の実現のためにより低い障壁高さが期待されるSiCポリタイプ(6H-SiC)について検討を行う予定である。
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