結晶薄膜へのリチウムイオン電解質ゲーティングの結果

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５.４ 付録④ MoS

結晶薄膜に関する研究成果の詳細

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図 ５-68：2端子測定による試料抵抗見積もり

・リチウムイオンインターカレーション実験

次に，Bias =100 mV，T = 45 ℃で正のGate電圧を印加しDrain電流・Leak電流の振 る舞いの変化を時間経過プログラムで観察する（図 ５-69，図 ５-70，図 ５-71）．

図 ５-69：Drain電流・Leak電流のGate電圧依存性の時間経過プロット

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図 ５-70：VG = 2 V 以上に注目．Drain電流のみ．

図 ５-71：VG = 2 V 以上に注目．Leak電流のみ．

低Gate電圧では正Gate電圧印加に対してDrain電流が徐々に増加していき，典型的な電 解質ゲーティングによる電子注入の振る舞いを見せた．VG = 2 V を超えると徐々にLeak 電流の立ち上がりが大きくなってくる．VG = 2.6 ~3.2 VではLeak電流が上下に振動して いる様子が見て取れる．この振る舞いはカリウムイオン電解質の時に見られたインターカ レーションの兆候のように見えた．この間もDrain電流は上昇傾向であり，順調に電子ド ープされている様子だった．ところが，VG = 3.4 VでDrain電流が減少傾向になり，VG =

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3.6 VでDrain電流が一気に急降下してしまった．その後Drain電流は低い値を取り続

け，Gate電圧の印加量に正しく応答しなくなってしまった．

・考察：リチウムイオン電解質でのキャリア注入に失敗する理由

WS2NTネットワーク薄膜デバイスの研究において，LiClO4 + PEG電解質はあるGate 電圧を閾値電圧として電気化学反応が起き，気泡が大量に発生したり，銀色の析出物が生 じたりすることがわかっている．今回のケースでも，この電気化学反応による気泡発生や 析出物によってチャネルが損傷あるいは妨害されるなどの影響があったのではないかと推 測している．

測定後，デバイスの様子を見てみると，試料付近に気泡が発生していることが確認でき た．また，試料自体も白色系に変色していることが確認でき，リチウムイオン電解質由来 の銀色析出物の可能性もあるのではないかと考えられる（図 ５-72）．

図 ５-72：リチウムイオン電解質による電解質ゲーティング後のデバイスの写真 試料付近で気泡発生（上）と試料の変色（下）

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・リチウムイオン電解質によるゲーティングのまとめと結論

結局MoS2結晶薄膜デバイスに対するLiClO4 + PEG(600)電解質を用いたリチウムイオ ンインターカレーションは確認できず，気泡発生や試料の変色が確認されたため，今後の 実験ではカリウムイオン電解質を用いるという結論に至った．

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