Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

TMDC / FET / 自己組織化 / 先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / 表面・界面物性 / ナノ材料

本研究の目的は2次元有機/無機材料界面の制御による二硫化モリブデン（MoS2）電界効果トランジスタ（FET）の閾値電圧(Vth)調整と正のVth動作を実証する事である。ゲート電極に白金（Pt）金属を用い、酸化アルミニウム（AlOx）表面への自己組織化有機単分子膜（SAM）形成によって界面トラップを抑制し正のVth(0.15V)を実証した。Ptゲート電極はアルミニウム（Al）ゲート電極と比較して正の方向へ約1VのVthシフトを示し、PtとAlの仕事関数差を反映している。

2次元半導体材料の二硫化モリブデン（MoS2）は移動度が高く、未結合手が無いため化学的、電気的に安定な材料である事から次世代低消費電力エレクトロニクスに向けたFETのチャネル材料として期待されている。本研究によって素子特性で最も重要な閾値電圧制御をMoS2 FETで確立し、正の閾値電圧を実証できた事は次世代低消費電力エレクトロニクスに向けた大きな一歩となり2次元半導体材料の可能性を示す事ができた考えている。

自己組織化 / 単分子膜 / 負性微分コンダクタンス / コンダクタンススイッチング / 分子ナノデバイス / 走査型プローブ / SAM / シャドウマスク / 電界効果トランジスタ / 変位電流 / トンネル電流 / FET

本研究では、自己組織化単分子層(Self-assembled monolayer,SAM)を用いた横型電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor, FET)の作製プロセスを確立することを第一の目的とする。さらに、再現性のあるSAM-FETのトランジスタ特性を測定することにより、単一分子層をチャンネルとして有するFETの基本動作原理とトランジスタ性能を実験的に明らかにすることを第二の目的とする。電子線露光装置(現有設備)を用いて作製したエアブリッジ構造を作製し、これをシャドウマスクとして利用した斜め蒸着手法および自己組織化膜(Self Assembled Monolayer,SAM)形成技術を用い自己組織化単分子層トランジスタを作製した。SAMとしてニトロオリゴフェニレンエチニレン(ニトロOPE)を使用した金/ニトロOPE SAM/金構造を有する素子を作製し、素子の電気的特性を半導体パラメータアナライザを用いて測定したところ、電流-電圧特性から負性微分コンダクタンス(Negative Differential Conductance,NDC)特性、電流の時間依存性からコンダクタンススイッチング現象といったニトロOPE分子に起因した機能を観察した。また、電流の時間依存性を解析することによりNDC特性とコンダクタンススイッチング現象が同時に起こることを発見し、加えてコンダクタンススイッチングが時間に依存し、NDCが印加電圧に依存していることからもそれぞれのスイッチングメカニズムが異なる機構によって起こっていることを見出した。さらに、ニトロOPE分子とアルカンチオールの混合自己組織化単分子膜におけるニトロOPE分子のスイッチング現象を走査型トンネル顕微鏡により観察したところ、素子におけるスイッチング現象が配向変化に起因している可能性が高いことを明らかにした。

【研究分担者】
宮本恭幸	東京工業大学	大学院・理工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)