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，我们一直致力于多层TMDC中不同类型晶体在同一平面上连接（面内异质结构）的结构的制造和器件评估，该结构易于实现高掺杂。在样品制备方面，首先，使用机械剥离方法在硅基板上制备TMDC多层晶体。这里使用了两种类型的多层TMDC：WSe2用于观察界面结构，NbxMo1-xS2用于评估电子传输性能。使用该衬底，通过化学气相沉积生长MoS2晶体来制造多层面内异质结构。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对制备的样品的结构进行了评估。特别是，对多层WSe2/MoS2横截面的电子显微镜观察清楚地证实，具有相同晶体取向的MoS2从WSe2的边缘结合。接下来，我们使用多层 NbxMo1-xS2/MoS2 异质结构评估了电子传输性能。这里，NbxMo1-xS2用作含有高浓度空穴的p型半导体，MoS2用作含有高浓度电子的n型半导体。将电极附着在硅基板上的NbxMo1-xS2/MoS2上，通过硅基板表面的SiO2氧化膜施加栅极电压，从而增加MoS2的电子浓度。事实上，当在50K以下的低温下施加栅极电压时，获得了具有负微分电阻的电流-电压特性（NDR趋势）。该 NDR 趋势表明隧道电流在界面处流动。上述结果为超低功耗隧道晶体管的应用提供了重要指导。