【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】17K14662 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

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

【研究成果の概要】

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。

【研究の社会的意義】

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。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】15H06204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化単分子膜 / 二硫化モリブデン / 電界効果トランジスタ / 界面特性 / 自己組織化 / ナノデバイス / 2次元材料 / マイクロ・ナノデバイス / 先端機能デバイス / 電子デバイス・機器

【研究成果の概要】

自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer:SAM)をゲート絶縁膜に用いたゲート絶縁膜技術を確立し、新機能を有する電子デバイス開拓に向けた異種材料の界面設計に関する研究を行った。ゲート絶縁膜は酸素プラズマによって形成したアルミニウム酸化膜とホスホン酸SAMの2層構造からなる。極薄膜厚かつ高い絶縁性を有する自己組織化単分子膜をゲート絶縁膜に用いることで、2V駆動のMoS2 FETsの作製に成功した。またId-Vg特性にヒステリシスは認められず、サブスレッショルドスロープも69 mV/decであることから、良好な界面特性をMoS2/SAM構造によって実現した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2015-08-28 - 2017-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】設計工学・機械機能要素・トライボロジー

【研究領域課題番号】26630035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / 交流電気浸透 / ドラッグデリバリ―システム / 医療・福祉 / MEMS / 電鋳 / マイクロポンプ / ドラッグデリバリーシステム

【研究成果の概要】

小形で高機能な外部刺激応答形ドラッグデリバリ―システムを実現する主要な構成要素として、交流電気浸透を応用し薬剤を送出する平板－円筒電極集積形マイクロポンプの提案、開発を行った。平板－円筒電極形マイクロポンプの提案と特性の有限要素法シミュレーション解析、平板－円筒電極集積形マイクロポンプの提案、マイクロ電鋳加工手法を用いた試作および特性実験、円筒形電極マイクロ化の電界集中効果による高出力化の実験的検討、および追加電極の電界集中効果による高出力化のシミュレーションおよび実験による検討を行い、基盤技術の確立を図った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】設計工学・機械機能要素・トライボロジー

【研究領域課題番号】23360073 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / アクチュエータ / 電気浸透 / MEMS / 機械力学・制御 / マイクロポンプ / 流体 / マイクロ流動源

【研究成果の概要】

交流電気浸透は、単純な構造の固定電極による比較的低い交流電圧の印加により水などの液体の対流を発生することができる優れた特性を有し、その対流を一方向の流れに変換できれば、高機能なマイクロアクチュエーションシステムを実現することができる。そこで本研究課題では、偏流板、四角柱－スリット電極、および平板－細管電極を用いた、交流電気浸透により一方向の流れを生じる3種類のマイクロポンプを提案し、有限要素法により特性解析を行うとともに、MEMSプロセスを開発して各ポンプを試作し、それらの特性を実験的に評価し、有効性を確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】生産工学・加工学

【研究領域課題番号】23360065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロナノデバイス / 機械工作・生産工学 / 先端機能デバイス / ナノ材料 / 精密部品加工 / 自己組織化 / 光学特性 / マイクロ・ナノデバイス / 機械加工 / 超精密加工 / 光学機能 / マイクロアレイ / ナノインプリント / 薄膜モールド / ナノ・マイクロ加工 / ナノドット / 塑性加工 / ナノデバイス / 局在表面プラズモン共鳴 / インプリンティング / 薄膜

【研究成果の概要】

本研究は、数10nmレベルの金ナノドットアレイを製造するための低コストで効率的なプロセスを開発することを目的としている。本研究では以下の３つの成果を得た。本研究により、①超微細塑性加工法によるパターニングと焼鈍による自己組織化により直径10nmレベルの金ナノドットアレイを創出できることを示した。②パターニングにナノインプリント法を用いることにより効率的にナノドットアレイを作製できることを示した。③ナノドットアレイの光学的特性を評価し、工業的応用の可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17340105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物 / 電界効果 / トランジスター / 金属・絶縁体転移 / SrTiO_3 / 移動度 / 超伝導 / ナノワイヤー / 強相関エレクトロニクス / マイクロ・ナノデバイス / MBE、エピタキシャル / 先端機能デバイス / 超薄膜

【研究成果の概要】

平成18年度はアモルファスとエピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3をゲート絶縁層に用いたSrTiO_3電界効果トランジスタの作製に成功した。エピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3はSrTiO_3上にグレイン境界の生成なしに約2nmの厚さまで成長できた。この薄いエピタキシャル層とアモルファス絶縁体を組み合わせることで、10^<13>cm^<-2>オーダーにも達するシートキャリア密度をSrTiO_3基板の表面層に誘起できるトランジスタ動作を達成した。低温において急激な電界効果移動度の増加が確認されており、電界で誘起されたキャリアが化学ドーピングされたキャリアと同等に振る舞っている。SrTiO_3トランジスタにおいて金属・絶縁体転移が観測された。
金属伝導性LaTiO_3ナノワイヤーの成長について研究した。アニールしたSrTiO_3基板表面のステップエッジに沿って金属伝導性(La, Sr)TiO_3ナノワイヤーアレーを形成するステップフロー成長手法を開発した。LaTiO_3ナノワイヤー成長の前にアニールしたSrTiO_3基板表面をSrO薄膜でバッファーする技術を開発した。本ステップはSrTiO_3の表面伝導を低減しナノワイヤー間を絶縁するために欠かせない。こうして得られたナノワイヤーアレーは理想的な1次元伝導を示した。
スイス、ジュネーブ大学のトリスコン教授のグループとの共同研究でNbドープSrTiO_3薄膜の超伝導特性に関する研究をおこなった。超伝導を示すNb : SrTiO_3薄膜の作製に成功すると共に、静電的な電界効果によるキャリア密度変調により超伝導状態をon/offできることを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,500千円 (直接経費: 15,500千円)