A study on current modulation mechanism of surface-chemical-reaction associated thin film transistor under UV exposure

紫外照射下表面化学反应相关薄膜晶体管电流调制机制研究

基本信息

批准号：
22K18787
负责人：
廣瀬文彦
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

従来、トランジスタや電界効果トランジスタなどの電子デバイスは、半導体チャネルに外因性の物理的な作用でそこの導電率を変調させることにより電気信号を増幅することを原理としてきた。本研究では、新しい概念として、半導体チャネル表面での光触媒化学反応を連動させた新概念のデバイスを提案し、そこで薄膜トランジスタ型ＵＶセンサーを実現し、その機構解明を狙う。具体的には、ナノメートルまで薄くした酸化チタンをチャネルにもつ薄膜トランジスタに、ＵＶ光を照射し、チャネル表面で連動的に起きる光触媒反応による強い伝導変調効果を活用した薄膜トランジスタを扱う。ＵＶセンサーとしての動作機構解明と、１００００　Ａ／Ｗの世界最高感度の紫外線センサーを実現を狙う。本年度では、薄膜トランジスタを試作し、ＵＶ光に対する電気伝導性の応答メカニズムを調べるために、あらかじめ真空容器内で、乾燥空気、真空、窒素と雰囲気ガスを変えて、電気伝導性を評価し、応答メカニズムを考察した。試作した酸化チタンチャネルは酸素の接触に対して著しく導電率が変化することが分かり、UV照射によって酸化チタン表面で光触媒反応がおき、吸着している酸素分子濃度が変化し、高い光応答につながっていると考えられた。さらに、表面反応の詳細を明らかにするため、炭化水素をはじめとする吸着物のその場評価のための、赤外吸収分光システムの構築を行った。すでにＵＶ光（２７８　ｎｍ）に対して、１０００Ａ／Ｗ台の光感度を確認しているが、上記実験を通して、光感度特性と大気吸着吸着物の化学反応とＵＶ光の連動を定性的ではあるものの、モデルを立てるに至っている。

通常，电子设备（例如晶体管和场效应晶体管）是基于通过对半导体通道的外源物理效应调节电导率来扩增电信号的。在这项研究中，我们提出了一种新的概念装置，该设备将光催化化学反应在半导体通道表面连接起来，我们的目的是阐明薄膜晶体管型UV传感器的机制。具体而言，用紫外线将薄膜晶体管用氧化钛稀释剂制成的通道用紫外线处理，并利用与通道表面结合发生的光催化反应引起的强传导调制效应。目的是阐明紫外传感器的工作机制，并实现世界上最高灵敏度为10,000 A/W的紫外传感器。在今年，我们制作了一个薄膜晶体管，并检查了电导率对紫外线的响应机制，以确定电导率对紫外光的响应机制，我们已经改变了真空容器中的大气气体，以评估电导率并考虑响应机制。发现在接触氧气时，原型氧化钛通道的电导率显着变化，紫外线照射会在氧化钛表面引起光催化反应，从而改变了吸附的氧分子的浓度，从而导致高光响应。此外，为了阐明表面反应的细节，构建了红外吸收光谱系统，用于原位评估ADSORB，包括碳氢化合物。已经确认了1000 A/W对紫外光（278 nm）的光灵敏度，并且通过上述实验，已经建立了模型，尽管从质量上讲，光敏特性，大气吸附剂的化学反应之间的连接，大气吸附剂的化学反应和UV光。