グラフェンチャネルトランジスタのオン／オフ比向上と論理素子応用に関する研究

提高石墨烯沟道晶体管开关比及其在逻辑器件中的应用研究

基本信息

批准号：
12J09115
负责人：
永久雄一
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、炭素原子層数層からなるグラフェンをチャネルに用いたトランジスタを作製し、オン/オフ比を中心にその性能を論理素子応用に向けて向上させることである。本研究では、炭化ケイ素(SiC)基板を高温真空下でアニールすることにより基板表面に形成される「エピタキシャルグラフェン」をチャネルに、n型ドープしたSiC(n-SiC)をソース/ドレインとしたトップゲート型のトランジスタ構造により高いオン/オフ比の実現を目指した。すでに、4H-SiC(0001)面上に成長した0-2MLグラフェンを水素アニール処理による界面処理により、界面に存在するバッファ層をグラフェン化し、良好なグラフェン/n-SiC界面特性を実現することにより、高いオン/オフ比(3ケタ程度)を実現し(平成24年度)、さらにトップゲート付ダイオード構造によりグラフェン/n-SiC界面のショットキー障壁高さが0.5eV-0.7eV程度ゲート変調することにより高いオン/オフ比が実現されていることを確認した(平成25年度)。平成26年度においては、本研究にて提案するトランジスタ構造において存在する、オン/オフ比とグラフェン/n-SiCコンタクト抵抗率のトレードオフという問題を改善するため、より低いショットキー障壁高さが期待される6H-SiC(0001)を使用し、デバイスの作製および評価を行った。結果、水素アニール処理を施していない素子においては4H-SiC(0001)基板の素子と比較して2ケタ程度低いグラフェン/n-SiC間のコンタクト抵抗が得られた一方で、水素アニール処理を施した素子においては0.5-0.8eVと4H-SiC(0001)同程度の障壁高さが観測され、当初期待した低いショットキー障壁高さの実現とはならなかった。この原因はグラフェン/n-SiC界面の障壁高さの不均一性に起因すると考えられる。

这项研究的目的是使用石墨烯制造晶体管，该石墨烯由几个碳原子作为通道组成，并提高其逻辑设备的性能，重点关注ON/OFF比率。在这项研究中，我们旨在使用在基板表面上使用高温真空通道下的硅碳化硅（SIC）底物在基板表面形成的“外延石墨烯”和N型SIC（N-SIC）在基板表面上形成的“外延的石墨烯”，以实现较高的ON/OFF比率。已经证实，在4H-SIC（0001）表面上生长的0-2ML石墨烯是石墨烯是石墨烯，通过退火来将界面上存在的缓冲层升级，达到了良好的石墨烯/N-SIC界面特性，实现了较高的/离线/离线的高度（约三位数），并达到了较高的距离（2012年），而该距离的高度是NED的<aptier/after gatch after/after gation/after after after after after after schotty schotty schotty schotty schotty schotty schott in after after after after after after的范围是sch的高度。由于顶部的二极管结构，界面约为0.5EV-0.7EV，导致较高/OFF比率（2013）。在2014年，为了改善本研究提出的晶体管结构中存在的ON/OFF率和石墨烯/N-SIC接触电阻率之间的权衡，使用6H-SIC（0001）制造并评估了该设备，预计该设备的schottky屏障高度将较低。结果，在没有进行氢退火的设备中，获得了石墨烯/N-SIC之间的接触电阻，这大约要比4H-SIC（0001）底物的设备低约两个数字，而在氢气中进行了氢化高度，屏障高度为0.5-0.8ev和4H-SIC（4H-SIC（0001）的设备。这被认为是由石墨烯/N-SIC界面处的屏障高度的不均匀性引起的。