結晶薄膜へのカリウムイオンインターカレーションの試み

この方法で作製したデバイスについて，カリウムイオン電解質を用いた電解質ゲーティ ングを行い，その電気伝導特性の変化を観察した．結果を次に示す．

◼ 試料抵抗の見積もり

まず，2端子測定により試料の電気抵抗の見積もりを行った．試料に-5 mV ~ 5 mVの範 囲で1 mVごとに電圧を印加し，その電流を読み取った．これをV-Iグラフで示し，その 傾きから電気抵抗値を見積もった（図 ２-27）．

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図 ２-27：2端子測定によるV-I特性から試料抵抗の見積もり

写真で示した試料は~89 Ωだったが，別の同様の試料についても同じ測定をしたところ 10 Ω ~ 100 Ω程度のものがあり，金属に近いような抵抗値を持つことがわかった．

◼ Bias = 1 mVかけながらGate電圧を変化させたときの振る舞いを時間経過で観察

上記で作製したデバイスにBias = 1 mVをかけながらGate電圧を印加していき，その

時のDrain電流，Leak電流の振る舞いをそれぞれ時間経過プログラムで観察した．その様

子を図 ２-28に示す．

図 ２-28：Gate電圧を変化させたときのDrain電流（ID），Leak電流の時間変化

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はじめに，ピンクの枠で示した部分に注目する．まず，VG < 2 VではGate電圧を上げ

るほどDrain電流が減少する振る舞いが見られていたが，VG = 2 VでDrain電流が急上昇

する振る舞いが見られた．

次に，黄色の枠で示した部分に注目する．VG = 2.5 VでDrain電流が減少し，その後は Gate電圧を下げるほどDrain電流が上昇していくという振る舞い．

最後に全体を見ると，測定開始時のVG = 0 VのDrain電流より，測定終了時のVG = 0

VのDrain電流が約3倍に大きくなっていることがわかる．

カリウムイオン電解質を用いた電解質ゲーティングの測定前後の2端子測定による電気 抵抗値見積もりの結果の比較を図 ２-29に示す．

図 ２-29：カリウムイオン電解質を用いたゲーティング前後の抵抗見積もり値の比較

結果を見ると，測定後の試料は電気抵抗が3分の1程度に減少していることがわかる．こ こから考えられるのはVG = 2 VでのDrain電流の急上昇は不可逆的なものであり，それ がカリウムイオンインターカレーションかはわからないが，この不可逆的な電流増加によ って抵抗が減少したと考えられる．

次に別の同様のデバイスの測定結果の一部を図 ２-30に示す．

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図 ２-30：Drain電流のGate電圧依存性を時間経過観察したグラフ

この試料についてはGate電圧を上げるほどDrain電流は減少していき，特にVG = 2.5 V で電流が著しく減少する．その後VG = 14 Vまで印加したが，結果として，正のGate電 圧印加によってDrain電流が増加することは起きなかった．またVG = 0 Vに戻しても，

測定開始時のDrain電流値までは戻らず，一部のDrain電流の減少は不可逆的に起きた．

結局，この試料においては正のGate電圧印加は抵抗を増やす方向に働いたと考えられ る．

◼ 追加実験：測定後の試料の膜厚測定

カリウムイオン電解質を用いた電解質ゲーティングをした試料について，WITec社製光 学顕微鏡のAFM測定モードによって膜厚測定を行った（付録５.４.４参照）．図 ２-31は その際に撮影したWTe2結晶薄膜である．

図 ２-31：膜厚測定の際に撮影したWTe2結晶薄膜の顕微鏡写真

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端面に影などが目立ち，結晶薄膜が厚いことがわかる．膜厚も場所によってバラつきがあ り，480 ~ 540 µmほどという結果だった．