인쇄 할 수있는 고성능 N- 유형의 바카라 규칙 반도체 단결정 단결정

새로운 지역 제작 과학 대학원 도쿄 대학, 자재 혁신 연구 센터,AIST, 도쿄 대학의 고급 피연산자 측정 기술 Open Innovation Laboratory(주 1), 국립 재료 재료 연구소 연구소 (National Institute for Materials and Materials Research) 및 츠쿠바 수학 재료 연구 그룹은 인쇄 가능하고 밴드 전도성을 나타내는 N 형 바카라 규칙 반도체 단일 결정 박막을 활용합니다단파 대역 (주 2)로 분류 된 43 MHz에서 작동하는 고속 트랜지스터를 성공적으로 개발했습니다

바카라 규칙 반도체는 가벼운 중량, 기계적 유연성 및 인쇄 호환성과 같은 특징으로 인해 차세대 바카라 규칙 전자 제품의 중요한 전자 재료가 될 것으로 예상됩니다 반면에, 전자는 분자 사이에서 점프합니다 (호핑 전도) (참고 3) 전기가 흐르는 바카라 규칙 반도체를 허용이동성(주 4)의 낮은 수준은 실제적인 사용에 대한 도전이었습니다 그러나 최근에 바카라 규칙 반도체조차도 무기 반도체와 같습니다밴드 전도도물질을 보여주는 물질 (주 5)이 개발되었습니다²V^-1S^-1높은 이동성이 위에서 달성됩니다 높은 이동성은 고속 트랜지스터의 중요한 특성이며,이 바카라 규칙 반도체는 점점 고속 바카라 규칙 트랜지스터를 실질적으로 사용 할 것으로 예상됩니다 그러나, 이들 바카라 규칙 반도체의 대부분은 구멍 수송 (P- 타입)이며 전력 소비를 낮추는 것을 목표로한다보완 바카라 규칙 장치제작하기 위해 (주 6), 전자 수송 (N- 타입) 바카라 규칙 반도체 재료를 개발해야했습니다 N- 타입 바카라 규칙 반도체의 개발은 공기 안정성을 보장하고 효율적인 전기 전도 경로를 형성하기가 어렵 기 때문에 P 형 바카라 규칙 반도체에 비해 지연되었다

이번에는 연구 그룹은 그룹이 최근 개발 한 N 형 바카라 규칙 반도체 재료가 인쇄 된 단결정 박막에서 밴드 전도성을 전시한다는 것을 밝혀냈다 또한,이 단결정 박막은 미세한 가공 후에도 높은 이동성을 나타내며, 대기 하에서 43MHz에서 작동하는 고속 N 형 바카라 규칙 트랜지스터에 성공적으로 적용되었습니다 이것은 인쇄 방법 및 단결정 박막을 특징으로하는 N- 타입 바카라 규칙 반도체의 최초의 고속 트랜지스터이며, 밴드 전도로부터 유래 된 높은 이동성을 통해 달성되었다고 말할 수있다

앞으로, 공정 기술을 개선함으로써 운영 주파수 대역이 확장 될 것이며, P- 타입 바카라 규칙 트랜지스터, 고속으로 구동 될 수있는 보완 바카라 규칙 장치와 유연한 RFID 태그가 개발되어 IOT 사회를 실현할 것으로 예상됩니다

이 연구 결과는 독일 과학 저널 "고급 재료"는 2020 년 11 월 16 일 판에 출판되었습니다이 연구는 일본 과학 홍보 협회 (JSPS) 과학 제휴 과학 (JSPS)의 일본 과학 (JSPS)의 일환으로 수행되었습니다 (연구원 : Takeya Junichi), "분자간 진동 제어를 기반으로 차세대 바카라 규칙 반도체 만들기"(연구원 : Okamoto Toshihiro), "바카라 규칙 자료에 대한 첫 번째 원칙 및 적용에 기반한 열전 전환 계산 이론 개발"(연구원 : ISHII Hiroyuki), 그리고 일본 과학 및 기술 기관 (JST) (JST) (JST) 연구 영역 "마이크로 에너지를 사용하여 혁신적인 환경 발전 기술 만들기"(연구원 : Taniguchi Kenji) 연구 주제 "바카라 규칙 반도체를위한 구조 제어 기술을 사용하여 혁신적인 열전 재료 만들기"(연구원 : 오카모토 Toshihiro, 재료 부교수

[연구 배경]

파이 전자 분자의 골재 인 바카라 규칙 반도체는 인쇄 방법을 사용하는 저온의 대규모 공정이 가능하며, 실리콘을 대체하기위한 차세대 전자 재료로 적극적으로 연구됩니다 예를 들어, IoT Society에 필요합니다RFID 태그(주 7)진동 센서 유니버스필요한 다목적 센서와 같은 중앙 바카라 규칙 트랜지스터에서 사용될 것으로 예상됩니다 (참고 8) 실리콘과 같은 무기 반도체는 공유 결합에 의해 연결되는 실리콘과 같은 무기 반도체, 밴드 전도로 인해 높은 이동성을 나타내는 반면, 낮은 이동성은 바카라 규칙 반도체에 문제가 있는데, 이는 분자 전도도의 약한 중첩을 통해 전자가 바카라 규칙적 인 반도체와 유사한 다수의 바카라 규칙 반도체를 가짐으로보고되었으며, 이는 10 cm의 결정과 유사한 것으로보고되었다²V^-1S^-1보다 큰 이동성을 나타내는 바카라 규칙 트랜지스터에 유용한 것으로 나타났습니다 Megahertz 이상의 주파수에서 작동합니다 그러나, 이들 연구의 대부분은 P 형 바카라 규칙 반도체였으며, 밴드 전도도를 나타내는 N- 타입 바카라 규칙 반도체의 개발 또는 이해가 거의 없었다 특히, 밴드 전도성 N- 타입 바카라 규칙 반도체와 인쇄 방법 사이에는 호환성이 없었으며, 고속으로 작동 할 수있는 바카라 규칙 트랜지스터에 적용하기위한 연구는 수행되지 않았다

[연구 내용 및 결과]

이 연구 그룹은 이전에 인쇄에 적합한 N 형 바카라 규칙 반도체 재료 인 PHC가 높은 이동성, 공기 안정성 및 열 응력 저항을 가지고 있다고 언급했다₂-BQQDI보고 (T Okamoto, J Takeyaet al, Science Advances 2020https : //wwwjstgojp/pr/announce/20200502/indexhtml) 이 연구에서 PHC₂-Bqqdi 단일 크리스탈 박막은 인쇄에 의해 형성되고 트랜지스터가 저온에서 온도를 조정하도록 제조홀 효과(참고 9) 측정이 성공했습니다 (그림 1) 현장 효과 이동성 및 홀 이동성은 트랜지스터 및 홀 효과 측정에서 추정되는 넓은 온도 범위에 걸쳐 일관되기 때문에 PHC₂-Bqqdi 단일 크리스탈 박막에는 이상적인 밴드 전도가 있습니다 또한, 우리는 넓은 온도 범위에 걸쳐 단결정 구조를 성공적으로 분석하고 이론적 계산과 실험 결과를 비교하여 전도 메커니즘에 대한 자세한 이해를 가져 왔습니다 지금까지, 증기 위상 방법에 의해 생성 된 N 형 바카라 규칙 반도체 단결정에 대한 홀 효과 측정이 이루어졌지만,이 연구 결과는 인쇄 가능한 N 형 바카라 규칙 반도체 단일 결정의 첫 번째 예이며, 밴드 전도 및 고 이동성에 기초한 실질적인 고성능 바카라 규칙 트랜스스터의 개발이 가능할 것으로 예상된다

실제로, 우리는 인쇄 후 미세하게 처리 된 얇은 바카라 규칙형 단결정 박막을 사용하여 대기의 짧은 파 밴드에서 43MHz에서 작동하는 N 형 바카라 규칙 트랜지스터를 성공적으로 개발했습니다 (그림 2) 이 장치는 연속 엣지 캐스팅 방법 (J Takeyaet al, 과학 보고서 2019https : //wwwjstgojp/pr/annount/20191104/indexhtml) 및Photolithography 기술(주 10)을 사용할 수 있으므로 향후 대규모 축적으로 확장 될 수 있다고 제안됩니다

[Future Outlook]

향후, 인쇄 기술을 포함한 장치 프로세스 기술로 더 높은 주파수 대역의 작동이 예상됩니다 또한, 우리는 또한 바카라 규칙 IoT 장치의 개발로 이어질 것으로 예상되는 단결정 P- 타입 바카라 규칙 트랜지스터와 결합하여 보완 바카라 규칙 장치에 대한 적용에 대한 연구를 수행하고 있습니다

Kumagaya Shohei (도쿄 대학교 뉴 지역 제작 과학 대학원 특별 조교수)
Watanabe Shunichiro (도쿄 대학의 새로운 지역 창조 과학 대학원 부교수/
동시에 AIST와 도쿄 대학의 방문 연구원, AIST, Advanced Openand Measurement Technology Open Innovation Laboratory)
Okamoto Toshihiro (도쿄 대학의 새로운 지역 제작 과학 대학원 자료 부교수/
JST Sakigake 연구원/
동시에 AIST와 도쿄 대학의 방문 연구원, AIST, Advanced Openand Measurement Technology Open Innovation Laboratory)
Takeya Junichi (도쿄 대학의 새로운 지역 제작 과학 대학원 자료학과 교수
자재 혁신 연구 센터 (MIRC)/
AIST와 University of Tokyo의 방문 연구원, AIST, Advanced Openand Measurement Technology Open Innovation Laboratory/
Nanoarchitectonics 국제 센터 (WPI-MANA)
Ishii Hiroyuki (Tsukuba 대학교 수학 및 재료 조교수)

잡지 이름 : "고급 재료"(11 월 16 일자)
용지 제목 : 공기 상태, 인쇄 된 단일 결정 바카라 규칙 반도체 및 Megahertz 트랜지스터의 적용
저자 : Shohei Kumagai*, Shun Watanabe, Hiroyuki Ishii, Nobuaki Isahaya, Akifumi Yamamura, Takahiro wakimoto, Hiroyasu Sato, Akihito Yamano, Toshihiro Okaya
DOI 번호 : 101002/Adma202003245
URL :https : //doiorg/101002/adma202003245

(주 1) AIST/University of Tokyo Advanced Openand Measurement Technology Open Innovation Laboratory

AIST와 도쿄 대학 간의 연구 센터는 2016 년 6 월 1 일 도쿄 카시와 대학 캠퍼스에서 설립되었습니다 이 회사는 상호 종자 기술을 결합하는 것을 목표로하는 기본 연구를 강화하기 위해 노력하고 있으며, 이는 산업-아카데미아 정부 네트워크의 건설을 통해 "교량"으로 이어지고, 최첨단 오페라 측정 기술을 사용하여 생물 기능성 재료, 새로운 재료 및 혁신적인 장치를 개발하고 상용화합니다[참조로 돌아 가기]

(주 2) 단파 대역

는 4MHz에서 26175 MHz의 주파수 대역의 무선 파를 말하며, 선박 및 항공기 및 아마추어 라디오의 장거리 통신에 사용됩니다 또한 물류 관리 등에 사용되는 RFID 태그의 통신 빈도는 1356 MHz입니다[참조로 돌아 가기]

(주 3) 호핑 전도

전자가 바카라 규칙 반도체의 분자에 갇힌 입자처럼 행동하고 분자 사이에서 비행 할 때 간헐적으로 전파하는 전기 전도 메커니즘[참조로 돌아 가기]

(주 4) 이동성

이것은 전기장으로 인해 전하가 움직일 때 이동의 용이성을 나타내고 값이 클수록 행동 할 가능성이 높아집니다 IoT 장치가 작동하는 경우 10cm²V^-1S^-1위의 움직임이 바람직합니다[참조로 돌아 가기]

(주 5) 밴드 전도

전자가 결정을 통해 퍼짐으로 전파가 전파되는 전기 전도 메커니즘 높은 전기 전도도를 나타내는 금속 및 무기 반도체의 전도 메커니즘입니다[참조로 돌아 가기]

(주 6) 보완 바카라 규칙 장치

P- 타입 및 N- 타입 바카라 규칙 트랜지스터 쌍으로 구성된 전자 회로 또는 장치 실리콘 장치의 CMO에 부딪칩니다[참조로 돌아 가기]

(주 7) RFID 태그

무선 파도를 사용한 무선 통신을 통해 개별 식별 코드 정보 (ID)를 교환하는 태그 Suica와 같은 교통 카드도 RFID 태그에 포함되어 있습니다[참조로 돌아 가기]

(참고 8) 2 조 센서 유니버스

IoT 사회화가 진행됨에 따라 전 세계의 모든 사람들이 최첨단 과학과 기술을 통해 이익을 얻을 수있는 사회 매년 1 조 1 조 센서가 소비된다고합니다[참조로 돌아 가기]

(주 9) 홀 효과

밴드를 통해 물질을 통해 흐르는 전자에 수직 인 자기장은 로렌츠 힘으로 인해 수직으로 전압이 생성됩니다 바카라 규칙 트랜지스터에서 게이트 전압을 조절하는 동안 홀 효과를 검사함으로써 호핑과 밴드 전도를 구별하고 전도 메커니즘을 조사 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

(주 10) Photolithography

감광성 재료 (Photoresist)를 얇게 코팅하고 제품 표면에 패턴을 노출시켜 노출되지 않은 영역의 패턴을 생성하는 기술[참조로 돌아 가기]

(주 11) 컷오프 주파수

트랜지스터는 특정 계수로 입력 신호를 증폭시키고 출력하는 기능이 있습니다 증폭을 얻을 수없는 주파수는 컷오프 주파수로 정의됩니다[참조로 돌아 가기]