Observation of the electronic states of adsorbed molecules on MoS2-based FET by monochromatic light

单色光观察 MoS2 基 FET 上吸附分子的电子态

• 批准号: 22H01886
• 负责人: 高岡 毅
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01886/
• 关键词: ナノ構造; 電界効果トランジスター; 電子状態; 光吸収; 二流化モリブデン; 電界効果トランジスタ; 遷移金属ダイカルコゲナイド; ドレイン電流

単層でもバンドギャップを有する遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）は、究極の薄さをもった半導体デバイスとして無限の可能性を秘めている。数ある応用分野の中でもFET（電界効果トランジスタ）のチャンネル部分として利用すると、表面/体積比が非常に大きいために表面への分子の吸着が原子層自体の性質に大きく影響するので、非常に感度の高いセンサーとしての利用が期待され、これまでに窒素酸化物、揮発性有機化合物、イオウ酸化物など、多くの分子に対するセンシングの報告がなされてきた。そして、分子がTMDC表面に吸着することによって電気信号（電流）が変化し、分子検出感度も高いことがわかってきた。そこで、新たに、単色化した光を照射したときに観測される光応答電流を測定することを目指して実験を行なった。分子吸着によってTMDCチャンネルに流れるドレイン電流（Id）が変化することが観測される。しかし、その変化からは、分子吸着によってIdが増加すればそれは分子がTMDCに対してドナーとしての性質を持つ、Idが減少すればアクセプターとしての性質を持つ、ことがわかるのだが、分子種の特定は難しい。そこで、分子を吸着させたTMDC-FET表面に光を照射したときに検出されるドレイン電流の増加（ΔIphoto）を測定することによって分子を特定する。このΔIphotoを検出するためには、照射した光によって励起されて生成した正孔もしくは電子がチャンネルの価電子帯、もしくは伝導帯に流れ込む必要がある。そのため、チャンネルのバンドギャップが狭いことが必要となってくる。現在のところ、TMDCの中でも非常に大気中で安定であることが知られている二流化モリブデン（MoS2）を用いて実験を行なってきたが、さらにバンドギャップが狭いことが知られている二セリウム化タングステン（WSe2）をチャンネル部分として用いた試料を作成を試みた。

単 layer で も バ ン ド ギ ャ ッ プ を have す る migration metal ダ イ カ ル コ ゲ ナ イ ド TMDC は, ultimate の thin さ を も っ た semiconductor デ バ イ ス と し て infinite possibility の を secret め て い る. In several あ る 応 use eset の で も FET (electric industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ) の チ ャ ン ネ ル part と し て using す る と, large surface/volume ratio が very に き い た め に surface へ の molecular の sorption が nature of atomic layer of autologous の に big き く influence す る の で, very に sensitivity high の い セ ン サ ー と し て の using が expect さ れ, こ れ ま で に smothering acid Compound, wield 発 organic compounds, イ オ ウ acidification content な ど, multiple く の molecular に す seaborne る セ ン シ ン グ の report が な さ れ て き た. そ し て, molecular が に TMDC surface sorption す る こ と に よ っ て electric 気 signals (current) が - し, molecular 検 out sensitivity high も い こ と が わ か っ て き た. そ こ で, new た に, 単 color し た を sunlight し た と き に 観 measuring さ れ る light 応 determination of a current を す る こ と を refers し て be 験 を line な っ た. Molecule sorption に よ っ て TMDC チ ャ ン ネ ル に flow れ る ド レ イ ン current (Id) が variations change す る こ と が 観 measuring さ れ る. し か し, そ の variations change か ら は, molecular sorption に よ っ て Id が raised plus す れ ば そ れ は molecular が TMDC に し seaborne て ド ナ ー と し て の nature を hold つ, Id が reduce す れ ば ア ク セ プ タ ー と し て の nature を hold つ, こ と が わ か る の だ が, molecular の specific は difficult し い. そ こ で, molecular を sorption さ せ た TMDC - FET surface に を sunlight し た と き に 検 out さ れ る ド レ イ ン current の raised plus (Δ libraries) determination of を す る こ と に よ っ て molecular を specific す る. こ の Δ am を 検 out す る た め に は, illuminate し た light に よ っ て wound up さ れ て generated し た is hole も し く は electronic が チ ャ ン ネ ル の 価 electronic 帯, も し く は 伝 guide 帯 に flow れ 込 む necessary が あ る. Youdaoplaceholder0 ため ため, チャ ネ ネ ため バ バ バ ドギャップが ドギャップが narrow とが とが とが necessary となってくる. In now の と こ ろ, TMDC の で も で stability in very large に 気 で あ る こ と が know ら れ て い る second-rate change モ リ ブ デ ン (MoS2) を い て be 験 を line な っ て き た が, さ ら に バ ン ド ギ ャ ッ プ が narrow い こ と が know ら れ て い る two セ リ ウ ム change タ ン グ ス テ ン (WSe2) を チ ャ ン ネ ル part と し て in い た try Make を from を and try みた.