走査型プローブ顕微鏡によるカーボンナノチューブトランジスタの電気特性の評価・解析

使用扫描探针显微镜评估和分析碳纳米管晶体管的电性能

基本信息

批准号：
09J07642
负责人：
沖川侑揮
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J07642/
关键词：
カーボンナノチューブ電界効果型トランジスタ走査型プローブ顕微鏡欠陥局所ゲート顕微鏡ケルビンプローブフォース顕微鏡障壁の高さ薄膜トランジスタモンテカルロシミュレーションリングオシレータ中集積規模回路トランジスタ磁気力顕微鏡電気伝導のばらつき評価

项目摘要

これまでの研究では、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いてカーボンナノチューブ電界効果型トランジスタ(CNT-FET)やカーボンナノチューブ薄膜トランジスタ(CNT-TFT)の動作機構や伝導機構について明らかにしてきた。その中で、局所ゲート顕微鏡(SGM測定)によりCNTチャネルの局所電気伝導特性を解析したところ、障壁を含む金属CNTを示唆する結果が得られている。一方、プラズマCVD法で成長したCNTをCNT-TFTのチャネルに適用すると、高いON電流かつ小さいOFF電流が得られると報告されている。例えばチャネル長が10μmと短い時でさえ、ON/OFF比は10^5程度の値が得られている。プラズマCVD法で成長したCNTをチャネルに用いたCNT-TFTにおいて、パーコレーション閾値を超す高いCNT密度であってもOFF電流の抑制が可能なのは、CNTの長さが比較的短いことに加えて、金属CNT中に形成される障壁によるものと推測される。このような背景から、金属CNTに形成される障壁が電気伝導特性に与える影響について理解することは重要である。本年度は、金属CNTチャネル中に存在する欠陥による障壁の高さを、ドレイン電流の温度依存性を評価した。まずサブスレッショルド領域におけるSGM測定により金属CNT中に存在する欠陥を確認したCNTについて、I_D-V_<GS>特性の温度依存性を測定し、電子とホール双方に対して300meV程度の障壁が存在していることを示した。またチャネルに沿った電位プロファイルをケルビンプローブフォース顕微鏡(KFM)により測定し、金属CNT中に存在している障壁がCNT-FETの電気伝導特性の支配的要因となっていることを明らかにした。最後に金属CNT中に局所的にバンドギャップが形成される原因について考察し、プラズマCVDで成長したCNTは複数の炭素原子空孔により局所的にバンドギャップが開くと推測された。

在我们之前的研究中，我们使用扫描探针显微镜（SPM）来阐明碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）和碳纳米管薄膜晶体管（CNT-TFT）的工作和传导机制。其中，当我们使用局域栅极显微镜（SGM 测量）分析 CNT 通道的局部电导率特性时，我们获得的结果表明金属 CNT 含有势垒。另一方面，据报道，当通过等离子体CVD生长的CNT应用于CNT-TFT的沟道时，可以获得高导通电流和小截止电流。例如，即使沟道长度短至10μm，也可以获得约10^5的ON/OFF比。在使用通过等离子体CVD生长的CNT作为沟道的CNT-TFT中，除了CNT的长度相对较短之外，即使在超过渗透阈值的高CNT密度下也可以抑制截止电流。 CNT中形成势垒。在此背景下，了解金属碳纳米管中形成的势垒对导电性能的影响非常重要。今年，我们评估了漏极电流的温度依赖性以及由金属碳纳米管沟道中存在的缺陷引起的势垒高度。首先，我们测量了 CNT 的 I_D-V_<GS> 特性的温度依赖性，通过亚阈值区域的 SGM 测量确认了金属 CNT 中存在的缺陷，发现电子和电子都存在约 300 meV 的势垒。结果表明。此外，使用开尔文探针力显微镜（KFM）测量了沿通道的电位分布，结果表明金属CNT中存在的势垒是CNT-FET导电性能的主导因素。最后，我们考虑了金属碳纳米管局部带隙形成的原因，并推测通过等离子体CVD生长的碳纳米管由于多个碳空位而具有局部宽带隙。