二次元原子層膜を使った超高感度光センサーの開発

利用二维原子层薄膜开发超灵敏光学传感器

• 批准号: 17F17360
• 负责人: 若山 裕
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-11-10 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17360/
• 关键词: 光トランジスタ; 多値メモリ; 遷移金属カルコゲナイド; 二硫化レニウム; 直接遷移型半導体; 二次元原子層; フォトダイオード; 光センサー; 電界効果トランジスタ

二次元層状物質のひとつ二硫化レニウム(ReS2)を中心材料にした光機能性薄膜トランジスタの開拓に取り組んだ。まず、原子層数の異なる二枚のReS2薄膜を並列に接合して、これを光トランジスタのチャネル層として用いた。その結果、高い量子収率と高速応答の両方を兼ね備えた高機能性光トランジスタの動作を実現できた。これは二枚のReS2薄膜の接合界面で余剰電荷がトラップされることにより、光励起された電荷の再結合を抑制しているためであることを明らかにした。次に3種類の二次元層状物質(グラフェン・六方晶窒化ホウ素・ReS2)を積層したフローティングゲート型メモリ素子において、光照射とゲート電圧を適宜制御することにより、電荷をフローティングメモリに蓄積した光メモリ機能の動作に成功した。ここではグラフェンがフローティングゲート、六方晶窒化ホウ素がゲート絶縁膜、ReS2薄膜がトランジスタチャネルとして機能する。この素子の特長は光照射をパルスレーザー光とすることにより、蓄積する電荷の量を再現性よく制御できることにある。特に蓄積量を多段階に制御した多値メモリを実現できた。以上、光トランジスタと光メモリの二つの光機能性薄膜トランジスタは、いずれも半導体であるReS2薄膜をチャネルとして用いている。このReS2は原子層数に関係なく直接遷移型の半導体として機能するといった特長を持つ。通常の遷移金属カルコゲナイドは単層では直接遷移型だが、多層にすると間接遷移型半導体になってしまう。しかしReS2は複数層でも直接遷移型半導体であるため、上記のような光機能性を発現することができた。このようにして新しい光応答性の機能性トランジスタの開拓に成功した。

Secondary yuan layered material の ひ と つ disulfide レ ニ ウ ム (ReS2) を center materials に し た optical functional thin film ト ラ ン ジ ス タ の pioneering に group take り ん だ. ま ず, atomic layer の different な る two の ReS2 film を parallel に joint し て, こ れ を light ト ラ ン ジ ス タ の チ ャ ネ ル layer と し て in い た. そ の results と high speed, high quantum 収 い rate 応 answer の struck party を and ね prepared え た high functional light ト ラ ン ジ ス タ の action を be presently で き た. こ れ は two の ReS2 film の over で turning joint interface charge が ト ラ ッ プ さ れ る こ と に よ り, light excitation さ れ の た charge recombination を inhibit し て い る た め で あ る こ と を Ming ら か に し た. に 3 kinds の secondary yuan layered material (グ ラ フ ェ ン, hexagonal smothering the ホ ウ element ReS2) を horizon し た フ ロ ー テ ィ ン グ ゲ ー ト type メ モ リ element child に お い て, light と ゲ ー ト electric 圧 を appropriate suppression す る こ と に よ り, charge を フ ロ ー テ ィ ン グ メ モ リ に accumulation し た light メ モ リ function の action に successful し た. こ こ で は グ ラ フ ェ ン が フ ロ ー テ ィ ン グ ゲ ー ト, hexagonal smothering the ホ ウ element が ゲ ー ト never try film, film ReS2 が ト ラ ン ジ ス タ チ ャ ネ ル と し て function す る. こ の element child の specialty は light を パ ル ス レ ー ザ ー light と す る こ と に よ り, accumulation す る charge の quantity を reproducibility よ く suppression で き る こ と に あ る. Special に accumulation amount を multi-stage に control <s:1> た multi-value メモリを actual occurrence で で た た. Above, light ト ラ ン ジ ス タ と light メ モ リ の two つ の optical functional thin film ト ラ ン ジ ス タ は, い ず れ も semiconductor で あ る ReS2 film を チ ャ ネ ル と し て in い て い る. The に number of atomic layers of <s:1> <s:1> ReS2 に is related to なく direct migration type <s:1> semiconductor と <s:1> て function すると った った った specialties を hold を. Usually の migration metal カ ル コ ゲ ナ イ ド は 単 layer で は direct migration type だ が, multi-layer に す る と indirect migration type semiconductor に な っ て し ま う. <s:1> ReS2 <s:1> complex layer で で direct migration type semiconductor であるため, superstructure <s:1> ような optical functional を occurrence する とがで とがで た た た. <s:1> ように て new <s:1> light 応 answerable <s:1> functional トラ ジスタ ジスタ ジスタ に successful development に た た.

项目成果

Enhanced Quantum Efficiency in Mixed-thickness ReS2/p-Si Schottky Photodiode

混合厚度 ReS2/p-Si 肖特基光电二极管的量子效率增强

• 发表时间: 2019
• 作者: MUKHERJEE Bablu;Bin ZULKEFLI Mohd Amir;HAYAKAWA Ryoma;WATANABE Kenji;TANIGUCHI Takashi;WAKAYAMA Yutaka;NAKAHARAI Shu
• 通讯作者: NAKAHARAI Shu

2D Materials and van-der-Waals Heterostructure based Optoelectronic Devices

二维材料和基于范德华异质结构的光电器件

• 发表时间: 2019
• 作者: MUKHERJEE Bablu;Bin ZULKEFLI Mohd Amir;HAYAKAWA Ryoma;WATANABE Kenji;TANIGUCHI Takashi;WAKAYAMA Yutaka;NAKAHARAI Shu
• 通讯作者: NAKAHARAI Shu

2D van-der-Waals Multilayer-ReS2/h-BN/Graphene Heterostructures Based Non-Volatile Memory Device for IoT Era

物联网时代基于二维范德华多层ReS2/h-BN/石墨烯异质结构的非易失性存储器件

• 发表时间: 2019
• 作者: MUKHERJEE Bablu;Bin ZULKEFLI Mohd Amir;HAYAKAWA Ryoma;WATANABE Kenji;TANIGUCHI Takashi;WAKAYAMA Yutaka;NAKAHARAI Shu
• 通讯作者: NAKAHARAI Shu

Few-Layer ReS2 based Vertical p-n van der Waals Junction for Photosensing

用于光传感的基于 ReS2 的几层垂直 p-n 范德华结

• 发表时间: 2018
• 作者: MUKHERJEE Bablu;Bin ZULKEFLI Mohd Amir;Ryoma Hayakawa;WAKAYAMA Yutaka NAKAHARAI Shu
• 通讯作者: WAKAYAMA Yutaka NAKAHARAI Shu

National University of Singapore(シンガポール)

新加坡国立大学