グラフェンNEMS複合機能素子によるオートノマス・超高感度センサー技術の創製

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複合集積NEMSセンサー・パワーマネジメント素子技術と、グラフェンナノデバイス技術を融合させて、①少数吸着分子によるダルトンレベル質量変化検出と電荷移動検出を可能とする振動チャネル型グラフェンナノリボン（GNR）トランジスタの設計・作製と評価（タスク【T1】）、②GNR－基板間の短距離力を設計・制御して、エネルギー可逆型NEMSスイッチを可能とする不揮発性グラフェン・パワーマネジメント素子の設計・作製と評価（タスク【T2】）、③アトムスケールから等価回路解析レベルまでをカバーする集積モノレイヤーセンサーシステム設計・解析用マルチスケール・シミュレーション技術の構築と、原子分解能走査透過型電子顕微鏡を駆使したGNR上分子吸着状態の微視的解明（タスク【T3】）、を推進した。タスク【T1】では、サスペンデッドGNRをOut-of-plane型振動チャネルとして用いる共鳴チャネル型GNRトランジスタ構造（RCGFET)を採用し、３次元有限要素解析と第一原理計算を併用したシミュレーションを用いて、RCGFETの質量感度SのGNRの寸法・形状依存性を明らかにした。タスク【T2】では、対局する片持ちグラフェンカンチレバーを可動チャネルとする新奇な不揮発型３端子グラフェンNEMSスイッチを考案し、３次元有限要素解析を用いて、そのプル・イン電圧、プル・アウト電圧の基本設計を行った。タスク【T3】では、機械的剥離法とCVD法により作成したグラフェン薄膜をTEMグリッド上に転写したサンプルに対して、ヘリウムイオンビーム照射量を変化させた際の原子構造変化を、高解像度TEMで直接観察することに成功した。