炭素材料の機能化と融合による革新的電子/光デバイスの開発

グラフェンはグラファイトの単層膜である．そのエネルギー-波数分散曲線は，フェルミレベル(K点)付近で直線形状となるため，通常の半導体とは異なり，静止質量「ゼロ」のワイル方程式でその特性が記述される．結果的にそのキャリア移動度は200,000 cm2/V sという途方もなく大きい値となり，現行の電子デバイスの微細化限界を打破する新たなチャネル材料として有望視されている．グラフェンを電界効果トランジスタ(FET)のチャネル材料に応用した場合，テラヘルツ級の動作周波数が期待されている．しかしながら，ソース/ドレイン電極とグラフェンチャネルとの低抵抗かつ高密着なオーミック接合，p/n-チャネルドーピング技術，およびゲートスタック/チャネル界面制御など，様々な課題が山積している．代表者は，特にゲートスタック/チャネル界面制御に注目し，同じ炭素材料であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜をグラフェンFET(GFET)のトップゲート絶縁膜に適用することを試みた．DLCはsp2炭素・sp3炭素・水素の三成分から成るアモルファス炭素材料である．DLCはグラフェンと同じ炭素質であることから，グラフェンとの高い化学的親和性が期待できる．さらにアモルファス性かつ平坦な膜であることから，均質な膜質が得られる．しかしながら，その化学構造は未だ不明確であり，化学構造の解明と適切な物性制御法の確立が望まれている．そこで本年度は，独自開発した光電子制御プラズマCVD(PA-PECVD)法を用いてDLC成膜を行い，その成膜条件と得られた薄膜の電気・光学特性から，DLCの化学構造の解明を行った．さらに同CVD法の特徴を活かして，DLC膜中へのナノレベルのドーピング制御を行った．

グラフェンはグラファイトの単層膜である．そのエネルギー-波数分散曲線は，フェルミレベル(K点)付近で直線形状となるため，通常の半導体とは異なり，静止質量「ゼロ」のワイル方程式でその特性が記述される．結果的にそのキャリア移動度は200,000 cm2/V sという途方もなく大きい値となり，現行の電子デバイスの微細化限界を打破する新たなチャネル材料として有望視されている．グラフェンを電界効果トランジスタ(FET)のチャネル材料に応用した場合，テラヘルツ級の動作周波数が期待されている．しかしながら，ソース/ドレイン電極とグラフェンチャネルとの低抵抗かつ高密着なオーミック接合，p/n-チャネルドーピング技術，およびゲートスタック/チャネル界面制御など，様々な課題が山積している．代表者は，特にゲートスタック/チャネル界面制御に注目し，同じ炭素材料であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜をグラフェンFET(GFET)のトップゲート絶縁膜に適用することを試みた．DLCはsp2炭素・sp3炭素・水素の三成分から成るアモルファス炭素材料である．DLCはグラフェンと同じ炭素質であることから，グラフェンとの高い化学的親和性が期待できる．さらにアモルファス性かつ平坦な膜であることから，均質な膜質が得られる．しかしながら，その化学構造は未だ不明確であり，化学構造の解明と適切な物性制御法の確立が望まれている．そこで本年度は，独自開発した光電子制御プラズマCVD(PA-PECVD)法を用いてDLC成膜を行い，その成膜条件と得られた薄膜の電気・光学特性から，DLCの化学構造の解明を行った．さらに同CVD法の特徴を活かして，DLC膜中へのナノレベルのドーピング制御を行った．