グラフェン電界効果トランジスタを用いた強誘電体と電解質との界面における電気双極子相互作用の検出

MA Chunrui; MA Chunrui; LU Rongtao; HU Guangliang; HAN Jinsheng; LIU Ming; LI Jun; WU Judy

文献

J-GLOBAL ID：201702266558825449 整理番号：17A0579296

グラフェン電界効果トランジスタを用いた強誘電体と電解質との界面における電気双極子相互作用の検出

Detecting Electric Dipoles Interaction at the Interface of Ferroelectric and Electrolyte Using Graphene Field Effect Transistors

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資料名：
巻： 9 号： 4 ページ： 4244-4252 発行年： 2017年02月01日
JST資料番号： W2329A ISSN： 1944-8244 CODEN： AAMICK 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

二つの機能性材料間の界面,特に強誘電体とイオン液体電解質界面は,電界効果トランジスタにおける高効率なゲートとして働き,数ボルトの小さなゲート電圧において高い面積密度の電気双極子が実現できるので,特別な関心が持たれている。この界面における電気双極子の挙動は,バルクにおける場合とは劇的に異なる可能性があり,その界面には,厚さが数ナノメータ(Debye長を意味する)の,電気二重層(EDL)が形成される。最近,無機/有機の強誘電体双極子が,イオン液体と動的に相互作用すると報告された。それによる双極子-双極子相互作用が,特に動的に行われるのであれば,高速の電界効果トランジスタや強誘電性不揮発性メモリなどの電子応用に重要な情報である。一方良く知られているように,グラフェンの原子層は電荷に非常に敏感であり,グラフェン電界効果トランジスタ(GFET)構成の中で,電気的双極子のスイッチングが検出できる。従って,本論文では,その双極子相互作用を調べるために,強誘電体(背面ゲート)とイオン液体(上面ゲート)の間にグラフェンを挿入した二重ゲートGFETを製作した。多くの無機/有機強誘電性材料の中から,こでは,エピタキシャル成長させたPb_0.92La_0.08Zr_0.52Ti_0.48O₃(PLZT)の強誘電体膜を背面ゲート用に,イオン液体であるDEME-TFSI(N,N-ジエチル-N-(2-メトキシエチル)-N-メチルアンモニウムビス-(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド)を上面ゲート用に選択した。PLZTゲートでの電気双極子配置と強誘電性スイッチングの観測のために,厚さ数百ナノメータのGFETチャネルで適切な電荷濃度を得るためには,約±0.6Vの小さなゲート電圧で十分である。まず直流による上面ゲートからの電荷注入によりEDLが固定され,強い非線形な電気化学的特性を示すことが分かった。これに反し,高速のパルスによる電荷注入でEDLの固定を解除できるが,その結果として線形な静電特性を示した。この結果は,機能性材料界面における動的な双極子-双極子相互作用の存在にだけではなく,特徴的な電荷注入方法とGFETを用いた原型器による界面双極子相互作用の検出方法にも光を投げかけた。

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トランジスタ , その他の半導体を含む系の接触 , 強誘電体,反強誘電体,強弾性 , 固-液界面

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