Realization of graphene TFT with high mobility and high on/off ratio using NiCO3/graphene hetero -junction

利用NiCO3/石墨烯异质结实现高迁移率和高开关比的石墨烯TFT

基本信息

批准号：
21K04163
负责人：
市川和典
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Matsue National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04163/
关键词：
グラフェンヘテロ接合薄膜トランジスタ

项目摘要

Siに代わる高速のトランジスタ実現のためグラフェンを用いた高性能な薄膜トランジスタ（TFT）の研究を行っている。SiTFTをグラフェンTFTに置き換えるための条件として、ナノ構造の作製や修飾や転写を行わず、かつ汎用性の高いガスを用いてヘテロ接合を作り、高移動度を維持したまま高いON/OFF比を得る新たな技術が必要である。この研究の成功のカギは、どれだけパラメータを変えて合成条件の最適化を行うかにある。2年目となる今年度はNi中への炭素の導入時間の最適化を行う研究である。1年目に決定した合成温度900℃において炭素供給源となるアセチレンガスの導入時間を1分から10分までの間で変化させ、電気特性評価、ラマン分光測定によるグラフェンの膜質および、X線回折によるグラフェン合成後のNi化合物の膜質評価を行った。更に酸素濃度についても85%から100％と変化させ同様に評価を行った。研究結果についてこれまで800℃の合成温度においてグラフェンの合成にアセチレンガスを4分間の導入が必要であったが、900℃では4分以下でもグラフェンは合成された。炭素導入量を大きくすると電気特性の低下が顕著に表れ、逆に炭素導入量を少なくなると電気特性が向上し1分50秒を境に電気特性が低下するV字型の特性を示した。この電気特性の変化をラマン分光測定により評価すると、グラフェンの膜質はほとんど変化は見られなかった。しかしX線回折において炭素導入量が少ないとNiCO3に加えNiやNiCなどが混在し、炭素導入量が多い場合、Niは無くなるがNiCO3とNiOのピークが見られた。電気特性の変化は下のNi化合物が重要であることが明らかとなった。酸素依存性について酸素濃度100％でも従来の90％に比べほぼ変化は無く、XRDにもNiOのピークが見られることから、90％の酸素濃度が最適条件であることが分かった。

我们正在研究使用石墨烯的高性能薄膜晶体管（TFT），以实现可以替代硅的高速晶体管。用石墨烯TFT取代SiTFT的条件是使用高度通用的气体创建异质结，而不需要制造、改性或转移纳米结构，并在保持高迁移率的同时实现高ON/OFF比，需要新技术来实现这一点。这项研究成功的关键在于改变多少参数来优化合成条件。今年是第二年，研究优化了将碳引入Ni的时间。在第一年确定的900℃合成温度下，将作为碳供给源的乙炔气的引入时间从1分钟变化到10分钟，并对电性能进行评价，结果薄膜质量为通过拉曼光谱测量石墨烯，并通过X射线衍射测定石墨烯的质量，评估石墨烯合成后的Ni化合物的薄膜质量。另外，氧浓度也从85％变化至100％，并以相同的方式进行评价。研究结果显示，在800℃的合成温度下需要通入乙炔气4分钟才能合成石墨烯，但在900℃下不到4分钟就合成了石墨烯。当碳引入量增加时，电性能明显恶化，相反，当碳引入量减少时，电性能改善，1分50秒后电性能下降，呈现V形特性。当通过拉曼光谱评估电性能的变化时，石墨烯膜的质量几乎没有观察到变化。然而，在X射线衍射中，当碳引入量小时，除了NiCO 3 之外还存在Ni和NiC，而当碳引入量大时，Ni消失，但观察到NiCO 3 和NiO的峰。很明显，下面的镍化合物对于电性能的变化很重要。至于氧依赖性，与传统的90%相比，即使在100%的氧浓度下也几乎没有变化，并且在XRD中也看到了NiO的峰，表明氧浓度为90%是最佳条件。