グラフェンへの制御された金属電極接合系の創成

创建石墨烯受控金属电极粘合系统

基本信息

批准号：
09F09065
负责人：
谷垣勝己
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

グラフェンは非常に高い電荷キャリア移動度を示すことから、将来の高速トランジスタ材料として大きな期待を寄せられている。しかしながら、トランジスタの主要な機能であるスイッチング素子の材料としてグラフェンを見た場合、バンドギャップが存在しないために高い電流オン・オフ比が取れないという致命的な欠点を有する。そのためバンドギャップ導入が望まれるが、その手法の一つとしてグラフェン表面の化学修飾が挙げられる。グラフェンはsp^2軌道のネットワークで形成されているが、表面への化学結合によりsp^2からsp^3への再混成が生じる。その結果としてグラフェンへバンドギャップが導入されると理解されている。昨年度はアリールジアゾニウム塩を用いてグラフェン表面に溶液による簡便な化学修飾を施し、化学修飾のトランジスタ特性への影響を調査した。本年度はこの手法による修飾度に影響を与える諸因子についてRaman散乱分光測定により調査し、リップルが多い場合と電荷パドルのキャリア密度が高い場合に修飾度が上がることを見出した。リップルが多いとグラフェン面へより応力がかかることになるため、sp^2結合の破断に要するエネルギーが小さくなると考えられる。電荷パドルのキャリア密度が多いとFermi準位のシフト量が大きいことを意味するため、電荷移動反応によるアリール基の結合の反応効率が上昇すると考えられる。本年度は更に、電子素子を作製する上で避けて通れないものの一つである電極との接合効果について、化学修飾後のグラフェン上に電極形成を行った場合のトランジスタ特性を評価した。化学修飾を施さないグラフェンを用いた場合とは異なり、電極下のグラフェンの電荷密度もゲート電圧で変調されるという、電荷密度のピン止めの外れという現象が起こっていることを見出した。

石墨烯表现出极高的电荷载体迁移率，因此将来作为高速晶体管材料具有很高的期望。但是，当将石墨烯视为切换元件的材料时，这是晶体管的主要功能时，由于缺乏带隙，因此无法实现高电流开/关比的致命缺点。因此，尽管需要带隙引入，但其中一种技术是使用石墨烯表面的化学修饰。石墨烯是在SP^2轨道网络中形成的，但是与表面的化学键从SP^2重新杂交到SP^3。可以理解的是，结果是引入石墨烯的带隙。去年，使用溶液对石墨烯表面进行简单的化学修饰，并研究了化学修饰对晶体管特性的影响。今年，我们研究了使用这种方法使用拉曼散射光谱法影响修饰程度的因素，并发现当有较高的波纹和电荷桨的载体密度较高时，修饰程度会增加。大涟漪会导致更大的压力适用于石墨烯表面，这被认为可以减少断裂SP^2键所需的能量。电荷桨的大型载体密度意味着费米水平的移动量很大，因此认为通过电荷转移反应的芳基键的反应效率将增加。今年，我们进一步评估了化学修饰后在石墨烯上形成电极时晶体管的特征，这是电子设备制造中必然的事物之一。与使用不经过化学修饰的石墨烯的情况不同，发现电极下石墨烯的电荷密度也通过栅极电压调节，从而导致了一种现象，在该现象中，电荷密度是未封印的。