ゲート絶縁膜転写法を用いた2次元層状材料の界面制御とナノ電子デバイス応用

点击翻译按钮获取中文摘要

2022年度は、MoS2以外のチャネル材料としてWSe2に適用する事を検討した。MoS2は基本的に硫黄欠陥による電子ドーピングによって、電子が伝導するn型FETとして動作するが、逆に正孔が伝導するp型FETの実現は極めて難しい。一方、WSe2はソース/ドレインの金属材料の仕事関数によってn型とp型の両極性伝導を示す。n型とp型の両方のFET動作には、適切な金属材料をソース/ドレイン電極を選択する必要がある。n型WSe2 FETの場合、WSe2の伝導帯下端は多層膜で3.5eVと浅いために、一般的な低い仕事関数金属のアルミニウム(Al)4.1eVよりも更に小さい仕事関数金属が必要である。しかし、4eV以下の金属は化学的に不安定で容易に酸化するためソース/ドレイン電極として使用する事が極めて難しい。本研究ではアルミニウムスカンジウム合金(AlSc)をn型に用いる。AlSc合金は単体のAlやScよりも化学的に安定かつAlよりも低い仕事関数を示す。一方、p型には酸化タングステン(WOx)をソース/ドレイン電極の金属材料に用いた。WOxは5.6eV以上の大きな仕事関数を示すだけでなく、WSe2表面を酸化する事で形成が可能である。WSe2を転写し、バックゲート構造FETの作製と評価を行った。その結果、WSe2を用いたn型とp型の両方のFET動作に成功した。これによりWSe2にドーピングをせずに、良好なn型とp型FET動作を実証する事ができた。さらに作製したWSe2のn型とp型FETを用いて相補型(CMOS)インバータの動作にも成功した。