Takeya Junichi 교수 및 새로운 지역 제작 과학 대학원, 도쿄 대학원 (AIST, AIST, AIST, University of Advanced Industrial Science and Technology, Supramolecular Group, 국제 나노 아키텍처 연구 센터), 국제 재료 및 재료 연구소)의 주요 방문 연구원), 2 차원 단일 결정 나나 시트 (Nanosheets)를 성공적으로 제작했습니다 바카라 규칙 반도체 잉크를 사용한 간단한 인쇄 방법을 사용하여 10cm 정사각형 이상의 넓은 면적 10 cm2/vs보다 높음충전 이동성(주 2)를 보여주는 바카라 규칙 필드 효과 트랜지스터의보고 수는 점차 증가하고 있으며 무선 태그와 같은 고속 응답이 필요한 논리 요소에 적용될 것으로 예상됩니다 그러나, 바카라 규칙 반도체는 실리콘과 같은 무기 반도체보다 훨씬 큽니다접촉 저항(주 3)이기 때문에 단락 전환기의 전하 이동성은 단결정의 원래 값보다 상당히 낮아서 응답 속도가 제한되어 있다는 문제가 발생합니다 이번에는이 연구 그룹에 의해 개발 된 두께가 몇 층에 불과한 2 차원 바카라 규칙형 단결정 나노 시트는 이제 전극에서 전하 전송 층으로 전하를 부드럽게 주입하여 13cm2/vs의 높은 전하 이동성 외에도, 바카라 규칙 필드 효과 트랜지스터의 경우 가장 낮은 47 Ωcm의 접촉 저항을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다 또한 짧은 채널 장치의 경우 세계 최고 수준 20 MHz컷오프 주파수(주 4)가 달성되었으며, 29MHz에서 응답 할 수있는 정류기 요소를 제작하는 데 성공했으며, 이는 1356 MHz의 무선 태그의 상용 주파수보다 상당히 높습니다
이 연구 결과는 American Scientific Journal "과학 발전"2018 년 2 월 2 일에 게시됩니다
이 연구는 일본 과학 및 기술 기관 (JST) 전략적 창조 연구 프로젝트 (Sakigake) 연구 분야 "분자 기술 및 새로운 기능 창출"(연구 책임자 : Kato Takashi) 연구 주제 "혁신적인 바카라 규칙 반도체 분자 시스템 만들기"(연구원 : Okamoto Toshihiro, 재료학과, New Field Creation Science, New Field Creation Science, New Field Creation Science, Okamoto Toshihiro, New Field Creation Science, Okamoto Toshihiro)의 일환으로 수행되었습니다
[배경]
바카라 규칙 반도체는 뛰어난 기계적 유연성을 가지고 있으며 간단한 인쇄 공정을 통해 저렴한 비용으로 필름을 형성 할 수있어 IoT (사물 인터넷) 사회를 이끄는 차세대 전자 자료로 주목을 받고 있습니다
최근 몇 년 동안 재료 개발이 급격히 진행되었습니다2/vs 점차적으로 증가하는 바카라 규칙 필드 효과 트랜지스터에 대한 보고서에 따르면, 무선 태그 로직 회로와 같은 고속 작동이 필요한 장치에서 응용 프로그램이 점점 더 인기를 얻고 있습니다 한편, 바카라 규칙 반도체는 실리콘과 같은 무기 반도체보다 접촉 저항성이 훨씬 더 크기 때문에, 따라서 짧은 채널은 접촉 저항의 영향으로 인해 전하 이동성이 현저하게 감소하는 문제로 고통 받고있다
접촉 저항성이 큰 바카라 규칙 반도체의 원인은 반도체의 필름 두께에서 파생된다는 것입니다액세스 저항(주 5)를 언급 할 수 있습니다 이 연구에서, 접근성 저항을 최소화하기위한 접근법으로서, 우리는 바카라 규칙 반도체 잉크를 사용하여 프로세스를 인쇄하여 분자 층 스케일에서 바카라 규칙 반도체의 필름 두께를 제어하고, 단지 소수의 분자 층으로 구성된 2 차원 바카라 규칙 단일 결정 나노 시트를 개발하는 데 작용했다
[방법 및 결과]
(1) 간단한 인쇄 과정을 사용한 대형 영역 2D 바카라 규칙농 단결정 나노 시트의 필름 형성
c이 연구 그룹에 의해 합성 된 새로운 바카라 규칙 반도체 재료의 c8–dnbdt – NW를 용해시켜 만든 잉크를 사용하여 간단한 인쇄 방법을 사용하여 제어 된 수의 분자 층을 갖는 넓은 영역에 걸쳐 2 차원 바카라 규칙형 단결정 나노 시트를 성공적으로 형성했습니다 과거에는 제어 된 수의 층을 갖는 바카라 규칙 반도체 결정을 얻기 위해서는 그래 핀 및 질화 붕소와 같은 층 재료를 사용하여 질량 생산 공정에 통합하기 어려운 코팅 기술을 사용하여 특수 기판을 사용해야했다 대조적으로,이 연구에서, 우리는 고유 한 방법 (그림 1)을 사용하여 용액 코팅에 의해 넓은 영역에 단결정을 형성하고 두께가 15 nm 이하의 C8–dnbdt – NW 단일 크리스탈 박막을 준비했습니다 바카라 규칙 반도체 분자가 용매의 증발 및 기판이 움직이는 속도에 의해 증착되는 속도를 정확하게 제어함으로써, 제어 된 수의 분자 층을 갖는 2 차원 바카라 규칙 단결정 필름을 얻을 수있다 또한,이 방법은 녹은 바카라 규칙 반도체로부터의 단순한 방향으로 건조 된 잉크의 간단한 메커니즘을 사용하며, 모든 기판에 적용 할 수 있으며 확장하기 쉽기 때문에 향후 인쇄 기술을 사용하여 저비용 장치를 실현하기위한 기본 기술이 될 것으로 예상됩니다
(2) 2 층 바카라 규칙형 단결정 트랜지스터에서 높은 이동성 및 낮은 접촉 저항의 경계
원칙적으로, 전극으로부터 전극에서 반도체/절연 층의 인터페이스에 전하를 직접 주입 할 수 있으므로 바카라 규칙 전계 효과 트랜지스터의 응답 속도를 감소시키는 접촉 저항이 예상됩니다 그러나, 여러 층으로 구성된 단결정 바카라 규칙 반도체 박막을 사용하여 전하 이동성 및 필드 효과 트랜지스터의 접촉 저항에 대한 충분한 조사가 이루어지지 않았다 이 연구에서, 활성 층으로서 상이한 분자 층을 갖는 바카라 규칙 단결정 나노 시트를 사용한 전원 이동성 및 전계 효과 트랜지스터의 전하 이동성 및 접촉 저항이 평가되었다 이 연구에서, 2 층 바카라 규칙형 단결정 트랜지스터는 13cm2/vs의 높은 이동성과 바카라 규칙 반도체의 세계에서 가장 낮은 수준 인 47 Ωcm의 높은 이동성이 발견되었습니다 (그림 2) 높은 이동성과 낮은 접촉 저항을 결합한 이중층 바카라 규칙 단결정은 트랜지스터의 속도를 높이기위한 매우 유망한 재료라고 할 수 있습니다
(3) 2 층 바카라 규칙농 단결정 트랜지스터에서 빠른 응답
높은 이동성과 낮은 접촉 저항을 달성 할 수있는 2 층 바카라 규칙 단결정 나노 시트를 사용한 전계 효과 트랜지스터는 바카라 규칙 반도체의 세계 최고 클래스 인 20MHz의 컷오프 주파수를 달성했습니다 (그림 3 좌회전) 또한 장치의 게이트 및 배수 전극에 연결된 다이오드는 최대 29MHz의 AC 신호를 DC 전압으로 변환 할 수있는 정류기 요소로 작동한다는 것이 확인되었다 (도 3의 오른쪽) 이 값은 1356 MHz, 물류 관리에 널리 사용되는 RFID 태그의 통신 주파수 인 1356 MHz의 두 배 이상 이므로이 시간에 생성 된 장치가 전원 무선 태그에 완전히 적용될 수있는 레벨에 도달했다고 말할 수 있습니다
[미래의 전망]
이번에 개발 된 대규모 지역 2D 바카라 규칙형 단결정 나노 시트는 접촉 저항성을 크게 줄일 수 있습니다 접촉 저항은 단결정의 고속 전하 이동성을 손상시키지 않으면 서 속도를 높이기 위해 바카라 규칙농 과정을 필요로하는 논리적 요소에 적용될 것으로 예상되는 바카라 규칙농 필드 효과 트랜지스터를위한 병목 현상 인 접촉 저항을 크게 줄일 수 있습니다 또한 간단한 인쇄 공정을 통해 대량 생산을 수행 할 수 있기 때문에 물류 관리에 사용될 저렴한 무선 태그와 생물학적 신호를 모니터링하는 의료 장치를 담당하는 저렴한 무선 태그와 같은 애플리케이션 범위를 광범위하게 확장 할 수 있습니다 또한, 전하 전도 층이 표면에 노출되고 외부 자극에 민감하게 반응 할 것으로 예상되기 때문에, 고 민감도로 가스 및 생물학적 세포의 흡착을 감지하는 센서에도 적용될 것으로 예상된다
잡지 이름 : "과학 발전"(온라인 버전 2 월 2 일)
논문 제목 :고속 회로 작동을위한 웨이퍼 스케일, 층 제어 바카라 규칙 결정
저자 : Akifumi Yamamura, Shun Watanabe, Mayumi Uno, Masato Mitsui, Chikahiko Mitsui, Junto Tsurumi, Nobuaki Isahaya, Yusuke Kanaoka, Toshihiro Okamoto 및 Jun Takeya