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。

我们正在使用石墨烯对高性能薄膜晶体管（TFT）进行研究，以实现替代Si的高速晶体管。作为用石墨烯TFT代替Sitft的条件，需要使用高通用气体来创建异质界面，并获得高/OFF比率，同时保持高迁移率。这项研究成功的关键是更改了多少参数以优化合成条件。今年是第二年，是一个研究项目，旨在优化将碳引入NI的时间。在第一年确定的合成温度下，乙炔气体的引入时间（即碳源）从1分钟变为10分钟，并通过电气特性，拉曼光谱测量和通过X射线衍射后通过电气特性，拉曼光谱测量和Ni化合物的膜质量评估石墨烯的膜质量。此外，氧气浓度也从85％更改为100％，并进行了相同的评估。到目前为止，需要乙炔气体在800°C的合成温度下引入石墨烯4分钟，但即使在900°C下持续不到4分钟，石墨烯也被合成。当碳诱导量增加时，电气特性显着下降，当碳诱导量减少时，电气特性会提高，并且在1分钟和50秒后电气特性下降。当通过拉曼光谱法评估电性能的这种变化时，石墨烯的膜质量几乎没有变化。但是，当X射线衍射中引入的碳量很小时，NICO3和NIC除了NICO3之外，还会混合NIC，当大量引入碳量时，NI消失了，但是观察到NICO3和NIO的峰。已经揭示了下面的NI化合物对于电性能的变化很重要。关于氧依赖性，即使在100％的氧气浓度下，与常规90％相比，几乎没有变化，并且在XRD中可以看到NIO峰，这清楚地表明，90％的氧浓度是最佳条件。