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NIMS一般公開2024

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研究内容

Keywords

走査型マルチプローブ顕微鏡、ナノロッド、増強ラマン

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

所属学会

応用物理学会, 日本化学会, 日本物理学会

ナノアーキテクトニクス材料研究センター
タイトル

二次元材料機能性デバイスの開発とナノ材料評価技術の開発

キーワード

二次元材料,アンチアンバイポーラトランジスタ,マルチプローブ原子間力顕微鏡,ラマン散乱増強効果

概要

さらなる高速性、高集積化が要求される次世代電子デバイスの実現に向けて、二次元薄膜半導体材料を組み合わせた機能性デバイスの開発を行っている。遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)のヘテロジャンクションを用いたアンチアンバイポーラトランジスタ(AAT)を作製し、再構成可能な論理演算回路を実現した。また、ナノ材料の電気特性を評価するためにマルチプローブ原子間力顕微鏡(MP-AFM)の開発を行っている。4本のAFMプローブをナノ材料に直接接触させることができ、新規ナノ材料の電気特性を直接計測することができる。単分子を識別するナノプローブの開発も行っている。酸化タングステン(WOx)ナノロッドのラマン散乱増強効果を用いて極微量分子の識別検出を行うことができる。

新規性・独創性

二次元材料のヘテロジャンクションを用いたAAT
デュアルゲートAATによる再構成可能論理演算回路
独立駆動可能な4本のプローブを備えたMP-AFM
真空中・大気中・溶液中で動作可能なMP-AFM
WOxナノロッドのラマン散乱増強効果を用いた単分子識別ナノプローブ

内容

image

遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)を中心とした二次元薄膜材料を用いて機能性デバイスを作製した。図はn型半導体としてReS2をp型半導体としてWSe2を用いて、これらをドライ転写法により積層させてチャネル中心にヘテロジャンクションを形成したデバイスである。このデバイスはゲート電圧操作によってドレイン電流が急激に増減するアンチアンバイポーラ特性を示す。ゲート電極を上下に配置しデュアルゲート型AATとした。上下のゲート電極を入力とし、ドレイン電流を出力とすることによって、論理演算回路として動作させることに成功した。図は入力電力を最適化することによって、単一素子でありながらAND, OR, NAND, NOR, XOR, XNORの6種類の論理演算動作を行うことができることを表している。この結果は論理演算回路設計の大幅な簡素化に寄与する。4本の原子間力顕微鏡プローブを独立に駆動してナノスケールの精度で任意位置に配置できるマルチプローブ原子間力顕微鏡(MP-AFM)を構築した。蒸着による金属電極の取り付けを行わずに新規ナノ材料の電気伝導特性を直接計測することが可能である。このMP-AFMは真空中・大気中・溶液中で動作させることができ、様々な環境下でのナノ材料の電気特性を評価できる。図は真空中における単一単層カーボンナノチューブの4探針計測を表している。酸素欠損面を有する導電性の酸化タングステン(WOx)ナノロッドに非常に大きいラマン散乱増強効果があることを見いだし、これを用いた単分子識別検出ナノプローブを開発している。

まとめ

二次元薄膜材料を様々に組み合わせた積層構造を作製し、機能性デバイスの開発を行っている。今後はMP-AFMを用いた動作中デバイスのオペランド計測を進め、デバイス動作原理を解明し、さらなる高性能化を図る予定である。

この機能は所内限定です。
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