Observation of the electronic states of adsorbed molecules on MoS2-based FET by monochromatic light

单色光观察 MoS2 基 FET 上吸附分子的电子态

基本信息

批准号：
22H01886
负责人：
高岡毅
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

単層でもバンドギャップを有する遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）は、究極の薄さをもった半導体デバイスとして無限の可能性を秘めている。数ある応用分野の中でもFET（電界効果トランジスタ）のチャンネル部分として利用すると、表面/体積比が非常に大きいために表面への分子の吸着が原子層自体の性質に大きく影響するので、非常に感度の高いセンサーとしての利用が期待され、これまでに窒素酸化物、揮発性有機化合物、イオウ酸化物など、多くの分子に対するセンシングの報告がなされてきた。そして、分子がTMDC表面に吸着することによって電気信号（電流）が変化し、分子検出感度も高いことがわかってきた。そこで、新たに、単色化した光を照射したときに観測される光応答電流を測定することを目指して実験を行なった。分子吸着によってTMDCチャンネルに流れるドレイン電流（Id）が変化することが観測される。しかし、その変化からは、分子吸着によってIdが増加すればそれは分子がTMDCに対してドナーとしての性質を持つ、Idが減少すればアクセプターとしての性質を持つ、ことがわかるのだが、分子種の特定は難しい。そこで、分子を吸着させたTMDC-FET表面に光を照射したときに検出されるドレイン電流の増加（ΔIphoto）を測定することによって分子を特定する。このΔIphotoを検出するためには、照射した光によって励起されて生成した正孔もしくは電子がチャンネルの価電子帯、もしくは伝導帯に流れ込む必要がある。そのため、チャンネルのバンドギャップが狭いことが必要となってくる。現在のところ、TMDCの中でも非常に大気中で安定であることが知られている二流化モリブデン（MoS2）を用いて実験を行なってきたが、さらにバンドギャップが狭いことが知られている二セリウム化タングステン（WSe2）をチャンネル部分として用いた試料を作成を試みた。

带有带镜的过渡金属二分法（TMDC）即使在单层中也具有无限的可能性，作为具有最终厚度的半导体装置。在许多应用中，当用作FET的一部分（现场效应晶体管）时，表面/体积比非常大，因此分子与表面的吸附极大地影响了原子层本身的性能，并且预计它将用作高度敏感的传感器，并将许多分子的传感用作固定牛的固定牛群，并且持续均匀的有机牛奶循环均匀的糖尿基环境，循环循环循环循环。还发现分子吸附到TMDC表面的吸附剂会改变电信号（电流），并且分子检测的灵敏度也很高。因此，我们进行了一项实验，目的是测量用单色光照射时观察到的光反应电流。据观察，由于分子吸附而导致的TMDC通道变化的漏极电流（ID）。但是，从这种变化来看，可以看出，如果ID由于分子吸附而增加，则该分子具有供体对TMDC的特性，并且如果ID降低，则具有受体的特性，但是很难识别分子物种。因此，通过测量当光照射到已吸附的TMDC-FET表面上时检测到的漏极电流的增加（ΔIPHOTO）来鉴定分子。为了检测这种Δiphoto，被照射光激发产生的孔或电子必须流入通道的价带或传导带。因此，有必要具有狭窄的通道带隙。目前，已经使用甲甲丁基二甲虫（MOS2）进行了实验，该实验在TMDC之间的大气中非常稳定，我们还试图使用已知具有狭窄带隙的通道部分来使用Tungsten diceride（WSE2）创建样品。