高濃度・局所電子ドープによる二次元トンネルトランジスタの高性能化

高浓度局域电子掺杂提高二维隧道晶体管性能

• 批准号: 22KJ2554
• 负责人: 小倉 宏斗
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University (2023)Tokyo Metropolitan University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2554/
• 关键词: トンネルトランジスタ; 遷移金属ダイカルコゲナイド; ヘテロ構造

本年度は、高濃度ドープを実現しやすい多層TMDCにおいて、異種結晶が同一の面内で接合した構造（面内ヘテロ構造）の作製およびデバイス評価を進めてきた。試料作製に関しては、まず機械的剥離法でTMDCの多層結晶をシリコン基板上に作製した。ここで採用した多層TMDCとして、界面の構造観察用にWSe2、そして電子輸送特性の評価用にNbxMo1-xS2の二種類を用いた。この基板を利用し、化学気相成長でMoS2結晶を成長させることで、多層の面内ヘテロ構造を作製した。作製した試料は、ラマン散乱分光やフォトルミネッセンス分光、原子間力顕微鏡、および電子顕微鏡観を用いて構造を評価した。特に、多層WSe2/MoS2の断面の電子顕微鏡観察からは、WSe2の端から同じ結晶方位を持つMoS2が接合している様子が明瞭に確認された。次に、多層NbxMo1-xS2/MoS2ヘテロ構造を利用し、電子輸送特性の評価を行った。ここで、NbxMo1-xS2は高濃度にホールを含むp型半導体、MoS2は高濃度に電子を含むn型半導体としての役割を持つ。シリコン基板上のNbxMo1-xS2/MoS2に電極を付け、MoS2については、シリコン基板表面のSiO2酸化膜を介してゲート電圧を印加することで、電子濃度を増加させた。実際に、50K以下の低温においてゲート電圧を印加したとき、負性微分抵抗の傾向（NDR trend）を持つ電流-電圧特性が得られた。このNDR trendによって、界面においてトンネル電流が流れていることを実証できた。以上の結果は、超低消費電力トンネルトランジスタの応用に向けた重要な指針となる。

今年，我们一直在准备和评估多层TMDC的装置，这些设备可以通过实现高浓度掺杂来轻松实现，并制造在同一平面（平面异质结构）中键入异源晶体的结构。关于样品制备，首先通过机械剥离在硅底物上制造多层TMDC晶体。这里使用的两种类型的多层TMDC是WSE2，用于观察界面结构，NBXMO1-XS2用于评估电子传输性能。使用该底物，通过化学蒸气沉积生长MOS2晶体，以产生多层内部异质结构。使用拉曼散射光谱，光致发光光谱，原子力显微镜和电子显微镜评估制备样品的结构。特别是，对多层WSE2/MOS2的横截面的电子显微镜观察清楚地证实，具有相同晶体方向的MOS2从WSE2的边缘连接在一起。接下来，使用多层NBXMO1-XS2/MOS2异质结构评估电子传输性能。在这里，NBXMO1-XS2充当含有高浓度孔的P型半导体，MOS2充当含有高浓度的电子的N型半导体。将电极连接到硅底物上的NBXMO1-XS2/MOS2上，对于MOS2，通过在硅底物表面上的SiO2氧化物膜施加栅极电压，从而增加了电子浓度。实际上，当在50k或更低的低温下施加栅极电压时，获得具有负差分电阻趋势（NDR趋势）的电流 - 电压特性。这种NDR趋势表明，隧道电流在界面处流动。以上结果为应用超低功率隧道晶体管的应用提供了重要的指南。