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原子層物質半導体への効率的電子注入方法の発見 ~層間積層構造に捻りを入れることで選択的電子注入が生じる~

2020/04/30

国立大学法人筑波大学数理物質系の丸山実那助教、岡田晋教授、東京大学大学院工学系研究科の長汐晃輔准教授の共同研究グループは、2次元原子層物質である二硫化モリブデン薄膜を用いた電界効果トランジスタにおいて、外部電界と二硫化モリブデン層間の積層構造を活用することにより、半導体中の蓄積電子の空間分布を自在に制御できることを明らかにしました。量子論に立脚した計算物質科学の手法(シミュレーション)を用いた成果です。

二硫化モリブデンやグラフェン等の2次元原子層物質は、次世代電子デバイス材料として注目を集めています。このようなデバイス中においては、2次元的な原子間の結合形状に起因する安定で平滑な2次元電子系が利点となります。他方、原子層状物質を保持する基板や絶縁膜との界面における半導体特製の低下が問題となっています。

今回、共同研究グループは、二重ゲートトランジスタ中の二硫化モリブデン薄膜への電子注入について、二硫化モリブデン層を互いに捻って積層させることにより、片方の層への選択的な電子注入が可能であることを理論的に示しました。これにより、片方の層を電子伝導層に対する保護層として用いることが可能となり、基板や絶縁膜による原子層物質半導体の半導体特性低下を抑えることが可能となります。


(図 層間配向を捻ることにより生じる電荷集中現象の模式図。右がそろった配向、左が捻った配向。赤い球が電荷を表す。)

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