高濃度・局所電子ドープによる二次元トンネルトランジスタの高性能化

高浓度局域电子掺杂提高二维隧道晶体管性能

• 批准号: 22KJ2554
• 负责人: 小倉 宏斗
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University (2023)Tokyo Metropolitan University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2554/
• 关键词: トンネルトランジスタ; 遷移金属ダイカルコゲナイド; ヘテロ構造

本年度は、高濃度ドープを実現しやすい多層TMDCにおいて、異種結晶が同一の面内で接合した構造（面内ヘテロ構造）の作製およびデバイス評価を進めてきた。試料作製に関しては、まず機械的剥離法でTMDCの多層結晶をシリコン基板上に作製した。ここで採用した多層TMDCとして、界面の構造観察用にWSe2、そして電子輸送特性の評価用にNbxMo1-xS2の二種類を用いた。この基板を利用し、化学気相成長でMoS2結晶を成長させることで、多層の面内ヘテロ構造を作製した。作製した試料は、ラマン散乱分光やフォトルミネッセンス分光、原子間力顕微鏡、および電子顕微鏡観を用いて構造を評価した。特に、多層WSe2/MoS2の断面の電子顕微鏡観察からは、WSe2の端から同じ結晶方位を持つMoS2が接合している様子が明瞭に確認された。次に、多層NbxMo1-xS2/MoS2ヘテロ構造を利用し、電子輸送特性の評価を行った。ここで、NbxMo1-xS2は高濃度にホールを含むp型半導体、MoS2は高濃度に電子を含むn型半導体としての役割を持つ。シリコン基板上のNbxMo1-xS2/MoS2に電極を付け、MoS2については、シリコン基板表面のSiO2酸化膜を介してゲート電圧を印加することで、電子濃度を増加させた。実際に、50K以下の低温においてゲート電圧を印加したとき、負性微分抵抗の傾向（NDR trend）を持つ電流-電圧特性が得られた。このNDR trendによって、界面においてトンネル電流が流れていることを実証できた。以上の結果は、超低消費電力トンネルトランジスタの応用に向けた重要な指針となる。

This year, high-concentration TMDC has been realized, and heterogeneous crystals have been produced in the same in-plane junction structure. Sample preparation is related to the mechanical lift-off method, and TMDC is prepared on a multilayer substrate. This paper uses two kinds of materials: WSe2 and NbxMo1-xS2 for structural observation and evaluation of electron transport characteristics of multilayer TMDC. The substrate is grown by chemical phase, MoS2 crystals are grown by chemical phase, and multilayer in-plane structures are fabricated. The structure of the sample is evaluated by scattering spectroscopy, atomic force microscopy, and electron microscopy. In particular, electron microscopy of the cross section of multilayer WSe2/MoS2 was performed to determine the crystal orientation of WSe2 and MoS2. Evaluation of electron transport properties of NbxMo1-xS2/MoS2 multilayer structures NbxMo1-xS2 is a p-type semiconductor with high concentration of electrons, MoS2 is a n-type semiconductor with high concentration of electrons, and MoS2 is a semiconductor with high concentration of electrons. NbxMo1-xS2/MoS2 electrodes on the substrate, MoS2 coatings, SiO2 coatings on the surface of the substrate increase the voltage and electron concentration. In fact, the current and voltage characteristics of low temperature and below 50K are improved due to the negative differential resistance tendency (NDR trend). The NDR trend, the interface, the current flow, and the evidence. The above results are important indicators for the development of ultra-low power consumption.