ダイヤモンドライクカーボン絶縁膜を用いたダラフェンFET

摘要

ダイヤモンドライクカーボン(DLC)トップゲート絶縁膜を有するグラフヱンチャネル電界効果トランジスタ(DLC-GFET)について報告する.DLC薄膜は,著者ら独自の光電子制御プラズマ気相化学成長法(PA-CVD)を用いて,グラフェンチャネル上に「直接」形成した.このプラズマは,サンプルからの放出光電子を利用して極めて低い電力で精密制御されるため,ダラフェンへのプラズマダメージは最小限に抑えられる.DLC-GFETは明瞭なアンバイポーラ特性を示しつつ,その電荷中性点(ディラック電圧)はやや正にシフトした.DLC-GFETは,48 nmのDLC厚膜および5μmの長ゲート条件下において,n(p)型モードそれぞれ14.6(8.8)mS/mmという比較的高い相互コンダクタンスを示したことから,垂直微細化によつて優れた高周波特性の実現が期待される.ディラック電圧の正シフトは,DLC/ダラフェン界面における水などの酸素吸着種からの「unintentional」正孔ドーピングによるものであることがわかった.これらの結果を踏まえて,著者らは不純物原子/分子をδ-ドーピングした変調ドープDLC/グラフェン構造を提案する.%A graphene-channel field effect transistor with a diamondlike carbon (DLC) top-gate dielectric film is presented (DLC-GFET). The DLC film was formed 'directly' onto the graphene channel without forming passivation interlayers using original our photoemission-assisted plasma-enhanced chemical vapor deposition (PA-CVD), where the plasma was precisely controlled by photoemission from the sample with quite low electric power, minimizing plasma damage to the graphene. The DLC-GFET exhibits clear ambipolar characteristics with a slightly positive shift of the neutral point (Dirac voltage). Relatively high transconductances were obtained as 14.6 (8.8) mS/mm in the n (p) channel modes, respectively, with a thick DLC gate dielectric of 48 nm and a long gate length of 5 μm, promising vertical scaling-down to exhibit an excellent radio-frequency performance. The positive shift of the Dirac voltage is due to unintentional hole doping from an oxygen species like water adsorbed at the DLC/graphene interface. Based on the results, the authors propose a modulation-doped DLC/graphene structure with δ-doped impurity atoms/molecules.