ナトリウムの電気伝導およびノイズ分光分析

Aug 01, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 9861 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

グリーンエレクトロニクスは、グリーンコンポーネントを電子デバイスに統合するための新しい方法論の探求を必要とする新たなテーマです。したがって、生体適合性と生分解性を備えた環境に優しい代替原料の開発は非常に重要です。中でもアルギン酸ナトリウムは海藻から抽出された天然生体高分子であり、薄い金（Au）層で機能化することで透明性、柔軟性、導電性の点で大きな可能性を秘めています。これらの柔軟で導電性の基板の電気輸送は、有機基板と金属層の間の相互作用を理解するために、300 K から 10 K までの DC 測定によって研究されてきました。結果は、エレクトロニクスで使用されるよく知られたポリマーであるポリメチルメタクリレートをベースとした参照二重層と比較されました。さらに、電気ノイズ特性についても詳細な調査を実施しました。この分析により、電荷キャリアの変動の影響を研究することができ、電子用途に必要な最小金属の厚さを定量化するための重要な情報が得られます。特に、金属化合物の典型的なノイズ挙動は、5 nm の Au で覆われたサンプルで観察されましたが、二重層の DC コンダクタンスが比較的良好であるにもかかわらず、非金属伝導に関連するノイズレベルは 4.5 nm の厚さで見つかりました。。

フレキシブル電子デバイスの開発は、私たちの日常生活に欠かせないものとなった電気電子機器（EEE）に大きな影響を与えることが期待されているため、過去10年間で大きな注目を集めてきました。 EEE は使用後廃棄され、危険だが価値のある大量の電子廃棄物が生成されます。 2019 年、世界では 5,360 万トン (Mt) の電子廃棄物が発生しましたが、この電子廃棄物のうち回収およびリサイクルされたのはわずか 17.4% でした1。現在のリサイクル技術は主に製錬技術と化学技術に基づいています。製錬所の操業は非常にエネルギーを大量に消費する一方、ケミカルリサイクル技術で一般的に使用される鉱酸は、労働者だけでなく大気質や水流にも深刻な環境リスクをもたらします2、3。

グリーンエレクトロニクスの枠組みで生分解性でリサイクルが容易な材料を使用すると、電子廃棄物が環境に与える影響を大幅に削減できる可能性があります。実際、これらの材料は、センサーなどの使い捨てデバイスの安全な管理だけでなく、環境的に持続可能なリサイクルルート 2,4 の機会を提供します。欧州規格 EN13432 によると、生分解性材料とは、6 か月以内に菌類や微生物の作用により、少なくとも 90% が水、二酸化炭素、バイオマスなどの無害な成分に変換できる材料のことです。現在、生分解性材料の使用は、基板、中間層または活性層、および電極として使用できるいくつかの分野での機会を示しています。現在までに最も研究され、有望な生分解性材料は、セルロース誘導体 5,6、キチン/キトサン 7,8,9、およびシルクフィブロイン 10,11,12 です。

最近、褐藻由来の天然生分解性ポリマーであるアルギン酸ナトリウム (SA) の使用を開始しました13。 SA は水溶性で扱いやすいため、環境に優しいプロセスで平らで透明な箔を簡単に製造できます14。革新的な基板の製造に SA を使用して、光とエネルギーのグリーンデバイス (すなわち、有機フォトダイオード (OPD)、有機発光ダイオード (OLED)、ポリマー太陽電池 (PSC) など) を製造することを目的として、当社は、 SA フィルムの上に薄い Au 層を形成すると、導電性二重層が得られます。最終用途に合わせて基板を調整するには、その電気的特性を研究する必要があります。このプラットフォームは、実用的な OLED4 にうまく統合されており、ガラス/ITO 二重層で作られた従来のプラットフォームを置き換えることができることが実証されています。ただし、オプトエレクトロニクス用途で基板の透明性を維持するには、非常に薄い金属層が必須です。したがって、使い捨てEEEの製造では、高い電気伝導性による適切な電流輸送を維持しながら、二重層内の金属部分の量を最小限に抑える必要があります。 Au は、優れた成長特性と接続特性だけでなく、化学的劣化に対する耐性も優れているため、非常に薄い厚さでも良好なコンダクタンスを提供するため、優れた選択肢となります。

SA 上にスパッタリングされた 4.5 ～ 24 nm の範囲の金ナノ層は、著者らによってすでに調査されており、約 4 ～ 5 nm で、Au の厚さの関数として抵抗が（数桁の大きさで）急激に変化することがわかりました 15,16。この値は、Volmer-Weber 成長モード (VWGM) の場合のガラス上の Au の電気的パーコレーション厚さに近いです17。抵抗の温度依存性は、厚さが 5 nm を超える金ナノ層とそれ以下の金ナノ層では異なることが判明しており 16、2 つの異なる領域間の移行は、臨界厚さを超えるパーコレーションパスの損失とそれに対応する反応速度の変化によって説明されました。古典的な金属から、アルギン酸ナトリウム膜に埋め込まれた金クラスターを介した変動誘起トンネリングへのコンダクタンス機構。この論文では、これらの結果を、従来の基板を基準として使用し、金の厚さ 4.5 nm で発生する金属/非金属伝導の閾値での伝導メカニズムを研究することにより、ノイズ分光法によってさらに調査しました。 Au 膜の成長プロセスの最初の段階では、部分的にのみ結合したナノ粒子が形成されることはよく知られています 18。表面が完全に覆われるまで、Au の厚さが増加するにつれて、ナノメートルドメイン間の相互接続が構築されます 15。実際、(参考文献 19 で使用されているガラスや雲母などの) 硬い無機基板の代わりに有機基板を使用すると、異なる成長メカニズムが生じる可能性があります。さらに、ナノ構造金層の界面は有機ポリマーの存在によって強い影響を受ける可能性があることは明らかである。電子輸送機構および電気パーコレーションネットワークの形成におけるこのような界面の役割は不明であり、比較的高いコンダクタンスを有する基板をもたらす可能性があるが、実際のデバイスでは大きな電気ノイズを導入する可能性がある不安定な伝導経路を特徴とする基板が得られる。変動電流経路の存在は、ノイズ分光分析を実行することで容易に証明でき、これにより、これらの革新的な導電性基板の良好な電気伝導性と低ノイズレベルの両方を保証する Au 層の厚さを決定できます。

この研究では、数ナノメートルの厚さの Au を備えた SA/Au 基板における電気輸送を詳細に分析しました。超薄膜を調査する場合、高いコンダクタンスは十分な特性とは見なせないことを強調することが非常に重要です。実際、SA などのポリマー基板上の Au 膜成長プロセスは、最初の段階で部分的にのみ結合したナノ粒子の形成で進行します。ナノメートルドメイン間の相互接続は、表面の完全な被覆が得られるまで、Au の厚さを増加させるために形成されます 15。このネットワーク形態により、基板のコンダクタンスは比較的高くなりますが、実際のデバイスでは大きな電気ノイズを引き起こす可能性のある不安定な伝導経路を特徴とします。変動電流経路の存在は、ノイズ分光分析を実行することで容易に証明でき、良好な電気伝導性と低ノイズレベルの両方を保証する Au 層の厚さを決定できます。

すでに述べたように、市販のバイオポリマーは、包装から医療に至るまでのさまざまな分野で広く使用され研究されているにもかかわらず、エレクトロニクス分野、特に革新的なグリーン基板としての研究はほとんど行われていません。この点において、電子デバイスにおける特性や用途がよく知られているポリメチルメタクリレート (PMMA) などの従来の材料と SA を比較すると、興味深い情報が得られます。

図 1 は、厚さ 4.5 nm の Au 層で覆われた SA および PMMA フィルムの測定された抵抗 R(T) の温度依存性を示しており、以前に研究された非金属 (下) と金属 (上) の挙動の間のしきい値を表しています。自立型SAフィルム（図1a）とガラス上にスピンコートされたSAまたはPMMAフィルム（図1b、c）の両方で、同様のR（T）曲線が300から10 Kまでの全範囲で観察されます。より詳細には、温度の低下による抵抗の増加は常に 100 K 未満で見られますが、SA フィルムでより顕著な明白なピークは 200 K 付近の領域で発生します。 300 K では、金層のシート抵抗の大まかな推定値が得られます。ガラス上に蒸着されたパターンなしのサンプルで作成された、PMMA の値は約 37 Ω/sq、SA の場合は約 19 Ω/sq であり、ガラス 20 および他の透明ポリマー 21 上にスパッタリングされた金ナノ構造の値とよく一致しています。

非金属フィルムの抵抗対温度のプロット。データは、厚さ 4.5 nm の Au 層で覆われた 3 つの異なる調査サンプルを参照しています: (a) SA 自立膜 (青い菱形)、(b) ガラス上に堆積された PMMA (黒い四角)、(c) ガラス上に堆積された SA (赤丸)。

これらの結果は、低温でのゆらぎ誘起トンネリングプロセス 22 と 300 から 200 K16 への伝導領域の拡大という観点から、文献ですでに報告されている輸送メカニズムの一般的な枠組みを裏付けています。しかし、R(T) 曲線で見つかったいくつかの違いが水の存在によって果たされる役割に関連しているかどうか、その影響は考慮されているポリマーマトリックス (PMMA または SA) に応じて異なる可能性があるため、解明すべき興味深い問題です。したがって、動作条件における伝導メカニズムに関するより多くの情報を抽出するために、よく知られた電気ノイズ分光法を使用して電荷キャリアの変動を研究することにより、より高感度な研究が行われてきました。

このタイプのノイズ特性評価では、主な情報は基本的に電圧スペクトル密度関数 SV によって、より詳細にはその振幅周波数依存性を分析することによって得られます。ここで調査したサンプルについては、次の形式の一般的な式を使用して、スペクトルトレースの最適な手順を取得できます。

ここで、γ はノイズ周波数指数、S0 は周波数に依存しない項、K はノイズ振幅係数であり、温度やバイアス電流などの外部パラメータの関数としてその研究を行うことで、ノイズの物理的特性との相関と関係を確立できます。関連するシステム23、24。図 2 の緑色の曲線は、式 2 の間の良好な一致を示しています。 (1) と、全温度範囲における PMMA (左パネル) と SA (右パネル) Au コーティング膜の両方の実験ノイズスペクトル。温度を 300 ～ 10 K まで変化させたデータ分析の結果、調査した両方の基板で指数 γ は 1.2 ～ 1.4 の範囲にありました。これは、少数 N のアクティブな変動装置がノイズメカニズムの原因であることを示唆しています 23、25、26。実際、多数のローレンツ変動子 (N → ∞) は、γ 値が 0.8 ～ 1.223,27,28 の範囲の純粋な 1/f ノイズ成分を生成します。定数項 S0 は、バックグラウンド寄与に追加されたジョンソン熱雑音 (4kBTR) から本質的に構成される「ホワイトノイズ」成分です。 PMMA フィルムと SA フィルムの両方で測定された抵抗値が小さいため、S0 は実験設定の電子チェーンの電圧スペクトル密度に対応し、約 1 × 10−18 V2/Hz になります。さらに、ノイズ振幅係数 K は、印加バイアス電流 I の関数として調べることができ、図 3 に示すように、テストされた温度範囲全体で常に 2 次の動作が明らかになります。これは、ノイズが処理されるときに予想される標準的な動作です。ランダムな抵抗ネットワーク内の抵抗率の変動によって引き起こされます 28,29。

K の二次電流依存性から始めて、オーミックシステムのノイズレベル (NL) を次のように評価するのは簡単です 23

V は測定された DC 電圧です。図4から明らかなように、抵抗の上昇が観察される温度領域では明確なNLピークが発生します。これは、PMMA (緑色の四角) では約 128 K、SA (黄色の円) では約 112 K で発生します。ノイズレベル振幅のピークの存在は、通常、電気伝達機構の変化に関連しています30、31、32、33。

電圧ノイズスペクトル。固定バイアス電流値における SV の周波数依存性は、ガラス上に堆積され厚さ 4.5 nm の Au 層で覆われた PMMA (a) および SA (b) フィルムについて示されています。緑色の実線は、式 1 を使用して得られた最適な曲線です。 (1)。

1/f ノイズ成分の電流依存性。 1/f ノイズの振幅 K は、PMMA (a)、(b) および SA (c)、(d) 非金属フィルムの場合、印加バイアス電流の関数として示されています。典型的な二次関数の挙動は、調査した 2 つの異なるシステムで抵抗最小値が発生する温度よりも低い温度 (上のパネル) と高い温度 (下のパネル) の両方で常に観察されます。

非金属サンプルの DC 特性と AC 特性の比較。式(1)から評価される正規化抵抗 R/R300K (a) とノイズレベル NL (b) の温度依存性。 (2) は、PMMA (四角) および SA (丸) フィルムについて示されています。観察された異なる抵抗最小値に対応する NL ピークは、PMMA と SA についてそれぞれ緑色と黄色の矢印で示されています。

典型的な非金属輸送への移行は、Au 膜厚 ≤ 4.5 nm の 100 K 未満での正規化抵抗 R/R300K の増加によって確認されます。 PMMA と SA での挙動を比較すると、Au 成長に対する基板組成の役割が小さいことを示すわずかな違いが示されています。超薄膜は連続層ではなく不連続な金属領域のネットワークとみなすことができ 15、その形態は PMMA や SA に依存せず、観察される特定の非金属特徴をもたらします。技術的な観点から見ると、ゆらぎ分光法の結果は、電荷キャリアの移動度が低いため予想どおり、低温領域では NL 値が低いことを示しています。さらに、典型的なデバイス使用の範囲では、高温でも同様の低い NL 値が観察されます。この最後の特徴は、室温アプリケーションの開発にとって非常に興味深いものであり、図 5 の PMMA (左パネル) と SA (右パネル) の両方の振幅パラメータ K の 3 次元グラフではっきりと明らかです。 PMMA と SA のスピンコートフィルムの一般的な挙動は似ていますが、NL のピークが低温側にシフトしているため、室温の電気ノイズに対する変動プロセスの影響は PMMA よりも SA の方が低いことに注意してください。 SA (詳細については、図 4 および 5 を参照)。これにより、柔軟性と非化石油由来に加えて、SA が PMMA よりも優れた利点が得られます。

非金属サンプルのノイズ特性。 1/f ノイズ成分の振幅 K は、温度とバイアス電流の関数として、ガラス上に堆積され 4.5 nm の膜で覆われた PMMA (a) 膜と SA (b) 膜の 3 次元プロットで示されています。 -厚いAu層。

非金属伝導の存在下で観察される NL ピークの証拠は、電気伝達機構が変化すると完全に消えます。特に、スパッタリングされたAuの厚さを4.5 nm以上に増やすと、図6に示すように、厚さ5 nmのAu層で覆われた自立SA膜の場合、より金属的な挙動が回復します。最初の熱サイクル (黒い四角、冷却モードで取得) の後、ポリマーマトリックスが沈降し (赤い丸、加温モードで取得)、2 番目の熱サイクル (青い星、冷却モードで取得) およびその後のすべての熱サイクルの間、より安定します。実行された熱サイクルテスト (緑色の三角形、冷却モードで取得)。調査した化合物のセット全体で観察されたように、ヒステリシス効果が発生していないことは明らかです。電気的接続に Au パッド (厚さ 60 nm、サンプル表面に堆積) を使用すると、測定は通常、強力な安定性と再現性によって特徴付けられることを強調することが重要です。代わりに、不安定性と非再現性の兆候は、補足図S1に示すように、Auパッドがない場合に見えます。ここでは、Auパッドあり（赤いダイヤモンド）となし（黒丸）のAuスパッタリングSAフィルムで得られた実験データが比較されています。

金属膜の抵抗対温度のプロット。抵抗 R の温度依存性は、厚さ 5 nm の Au 層で覆われた SA 自立膜について示されています。 Au パッドと電気的に接触したサンプルで得られた結果は、その後の熱サイクルについて報告されます。

したがって、典型的なメタライズされた SA 自立膜 (Au 厚さ 5 nm) の図 7 に示されているように、コンタクトパッドの形状が明確に定義されているため、固有ノイズを正確に評価できることは明らかです。より詳細には、1/f ノイズ振幅は、温度を下げることによって減少します (図 7a の 2 次元プロットを参照)。図 7b の 3 次元プロットに示すように、金属の場合、K の低減は通常、1/f ノイズ成分の二次電流依存性とともに予想されます 23,27。これはランダムな抵抗変動に起因すると考えられます。。

金属サンプルのノイズ特性。厚さ 5 nm の Au 層で覆われた SA 自立膜の 1/f ノイズ成分の振幅 K を示します。(a) 異なるバイアス電流値の 2 次元プロットにおける温度の関数として。 (b) 温度とバイアス電流の関数としての 3 次元プロット。

文献から、金属または不良金属化合物のこのタイプの変動プロセスは、温度の低下によるノイズレベルの減少によって特徴付けられることが知られています 34,35。この挙動は、自立膜とスピンコート膜の両方について、厚さ5 nmのAu層で覆われたすべてのPMMAおよびSAサンプルについて図8に示されています。その典型的な金属伝導は、図8aで検証されています。正規化抵抗 R/R300K。特に、図 8b は、300 K から 10 K まで NL が単調に減少していることを明確に示しています。観察されたノイズの温度依存性の考えられる説明の 1 つは、抵抗変動の原因を空孔と格子間拡散に帰す理論モデルで見つけることができます 27,36 、すでに粒状および多結晶系について報告されているように 37,38。この発見は、特定の Au 層の厚さ（ここでは 4.5 nm で特定）を超えると、最も近い距離の点に構造的欠陥が存在する可能性があるにもかかわらず、超薄膜を形成する導電領域がより均一に分布し、相互接続されていることを示しています。

金属サンプルの DC 特性と AC 特性の比較。正規化抵抗 R/R300K (a) とノイズレベル NL (b) の温度依存性を、ガラス上の PMMA (四角)、ガラス上の SA (丸)、および SA 自立型 (三角) フィルムについて示します。金属化合物の典型的な特性が観察され、特に調査した温度範囲全体で測定された非常に低いノイズが観察されます。

アプリケーションの観点からは、非金属サンプルについてすでに説明したように、金属膜の場合でも、固有のノイズレベルが非常に低く、膜に使用される基板の種類にあまり依存しないことを強調することが重要です。デバイスの製作。実際のところ、自立型フォイルは一般にガラス上の化合物と比較して NL 値が低いようであり、その結果、フレキシブルな「グリーンエレクトロニクス」の開発において非常に有望です。

グリーンエレクトロニクスの実現は、再生可能資源から得られるバイオポリマーを革新的な基板として使用することからのみ始まるかもしれません。この目的を達成するために、極薄の金層で覆われた海藻から抽出された天然生体高分子であるアルギン酸ナトリウムでできた基板が、電気伝導の観点から研究されてきました。特に、ポリメチルメタクリレートとの比較研究が、ガラス上にスピンコートされたフィルム上で実施された。 SAベースのデバイスでは金属の回収の可能性が最近実証されていますが、良好な導電特性を維持しながら高価で非生分解性の材料の使用量を減らすために、金層の厚さは最小限に保たれています。 4.5 ～ 5 nm の範囲は、両方のポリマーで非金属と金属の転移が起こる領域として特定されています。さらに、アルギン酸ナトリウム自立フィルムの測定も行われており、フレキシブルグリーンエレクトロニクスにおけるアプリケーションの高い可能性が強調されています。

300 K から 10 K まで温度をサイクルさせて実行した DC 抵抗率の測定では、1 回の熱サイクル後にサンプルの電気伝導が安定に達することがわかりました。さらに、ノイズレベル振幅を測定することによって重要な情報が得られました。これは非常に低く、厚さ 5 nm の金層を備えたサンプルの一般的なエレクトロニクスで現在使用されている金属材料と同等です。厚さが 4.5 nm の場合、ノイズレベルの振幅は 2 桁大きく、相互接続された金アイランドのランダムなネットワークによって支配される、完全に異なる伝導メカニズムを示しています。これは、新世代のグリーン電子デバイスに適した柔軟な透明電極の作製に使用される金属層の最小厚さを定義するために重要です。

スピンコーティング用のＳＡ溶液（濃度２％）は、適量のＳＡ（Farmalabor Srl、Canosa di Puglia (BT)、Italy）を室温で数時間撹拌しながら超純水に可溶化することによって調製した。気泡を逃がすために、溶液を少なくとも一晩放置した。

SA フォイルは、医薬品グレードの製品 (Farmalabor Srl、Canosa di Puglia (BT)、Italy) の 4% 水溶液をポリスチレンペトリ皿にキャスティングして得られます 15。余分な水の蒸発は、制御された環境条件 (湿度～ 40%、温度～ 23 °C) の下、クリーンルームで行われます。自立サンプルでは、MRC 8622 RF システムを使用して、金属マスクを通して長方形の SA ストライプ (2.5 × 1.5 cm2) の中央部分に Au がスパッタリングされます。 Au の厚さを細かく制御するために、堆積プロセスは 20 W で実行されました。2 回目の Au 堆積（厚さ 60 nm）は 4 つのパッドの製造のために実行され、長時間の電気的接続中に良好で安定したオーム接触が保証されます。測定。

ガラス基板 (横 6 mm) 上に、SA および PMMA フィルムを空気中でスピンコーティングによって堆積しました。詳細には、SA 溶液 (4% w/w) を 2000 rpm で 60 秒間スピンコートし (厚さ約 400 nm)、その後空気中 80 °C で 5 分間アニールしました。一方、PMMA は 2000 rpm でスピンコートしました。 5000 rpm で 60 秒間（厚さ約 350 nm）、その後空気中 110 °C で 3 時間アニールしました。スピンコートされたフィルムの厚さは、表面形状計（KLATencor、P-6）によって測定されました。これらのサンプルでは、SA の上に薄い Au 膜がブランケットとしてスパッタリングされ、自立型に使用されるのと同じ堆積条件が適用されます。

原子間力顕微鏡 (AFM) は、市販のヘッド (SMENA、NT-MDT)、自作電子機器、およびデジタルロックインアンプ (Zurich HF2LI) で構成されるハイブリッドシステムを使用して実行されました。セットアップは断続的接触モード (ICM) で操作されました。使用したカンチレバーは、MikroMasch (HQ:NSC35) から市販されています。微細なテクスチャを観察し、十分に広い視野を提供するために、撮像サイズ 2 × 2 µm2 が選択されています。

形態学的分析により、SA 膜と PMMA 膜は両方とも非常に平坦であり (図 9)、RMS 粗さはそれぞれ 0.3 nm と 0.2 nm であることがわかりました。 SA フィルムは PMMA フィルムと比較して、より小さな特徴を持つ異なる質感を示します。すべての Au フィルムも非常に平坦ですが、元のフィルムよりも粗くなっています。 PMMA 上の Au フィルムは、SA と比較して粒子状のテクスチャが小さくなります。 RMS 値は Au の厚さが増加するにつれて増加し、Au の厚さが 5 nm の場合、最大 RMS 粗さは SA で 0.5 nm、PMMA で 0.6 nm になります。これらのデータは、4 ～ 5 nm の厚さの範囲における Au 層の明確な形態変化を証明していません。 SA フォイルについて行われた以前の研究 15 では、表面で観察できる Au クラスターがポリマーマトリックスに埋め込まれた他のクラスターの上にあることが示されています。したがって、電気伝導度の変化は、ポリマーマトリックスに埋め込まれたクラスターが臨界近接に達したことに起因すると考えられます。

原子間力顕微鏡分析。ガラス上に支持された SA (上のパネル) および PMMA (下のパネル) フィルム上にスパッタリングされた Au フィルムの形態データ。

試験中のサンプルの電気輸送の特性評価は、温度安定化された密閉サイクル冷蔵庫、mod.1 で実行されました。 Janis CCS-350S (Lake Shore Cryotronics、米国オハイオ州ウェスタービル)、300 ～ 10 K の広範囲の温度をカバーします。低ノイズ DC および AC 電子バイアスと読み出しが使用されました。特に、印加されたバイアス電流は、ＤＣ電流源ｍｏｄ． Keithley 220 (Tektronix、オレゴン州ビーバートン、米国)。一方、AC 信号は、低ノイズ測定用に最適化された自家製電子機器で増幅され 39,40,41、ダイナミックシグナルアナライザタイプ HP35670A (Keysight Technologies、カリフォルニア州サンタローザ) によって取得されました。

ここで、バックグラウンド曲線には関連情報が含まれているため、電圧ノイズスペクトルに表示されるピークは外部のスプリアスソースによるものであるため、解析では考慮されないという事実を強調することが重要です。これらの不要なノイズの寄与は、接点によっても発生する可能性があります。このような外部コンポーネントを減らすために、2 つの異なるタイプの電気接続が行われました。最初のものでは、Kapton に埋め込まれた 2 つの Au で覆われた銅ストリップを使用し、約 5 mm の距離に配置し、サンプル表面に機械的に押し付けて 4 接点形状を取得しました (詳細は図 10a を参照)。あるいは、2 番目のタイプのコンタクト構成は、銀ペーストでワイヤに接続された、厚さ 60 nm、相互に 1 mm 離れた 4 つの Au パッドを堆積することによって実現されました (詳細は図 10b を参照)。すべての場合において、接触ノイズは、測定された全体の電気ノイズと比較して無視できるほど小さいことが判明しました。

電気接点の構成。 (a) 機械的にプレスされた接触パッドで実現される測定に使用されるサンプルホルダーの写真。 (b) 電気接続のために表面にインライン Au パッドが堆積された、典型的な調査サンプルの写真。

この研究の結果を裏付けるデータは、合理的な要求に応じて対応著者から入手できます。

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著者らは、CNR-SPIN Salerno (イタリア) の S. Abate 氏の技術サポートに感謝いたします。サレルノ大学は、助成金 300391FRB19PAGAN および 300391FRB20BARON を通じてこの研究を部分的に支援しています。 INFN は、実験 SIMP、Qub-IT、DARTWARS を通じても感謝の意を表します。

サレルノ大学物理学科「ER Caianiello」、Via Giovanni Paolo II 132、84084、Fisciano、SA、イタリア

チャールズ・バローネ & セルジオ・ペイガン

CNR-SPIN Salerno, c/o University of Salerno, 84084, Fisciano, SA, Italy

チャールズ・バローネ & セルジオ・ペイガン

INFN Connected Group of Salerno, c/o University of Salerno, 84084, Fisciano, SA, Italy

チャールズ・バローネ & セルジオ・ペイガン

CNR-Institute for Microelectronics and Microsystems、Via P. Gobetti 101、40129、ボローニャ、イタリア

ピエラ・マッカニャーニ

CNR-国立光学研究所、Via G. Moruzzi 1、56124、ピサ、イタリア

フランコ・ディネリ

フェラーラ大学化学・薬学・農業科学部、Via L. Borsari 46、44121、フェラーラ、イタリア

モニカ・ベルトルド

有機合成および光反応性研究所、国立研究評議会、Via P. Gobetti 101、40129、ボローニャ、イタリア

モニカ・ベルトルド＆マッシモ・コッキ

E. フェラーリ工学部、モデナ・レッジョ・エミリア大学、41125、モデナ、イタリア

ラファエラ・カペリ

CNR-Institute Workshop of Materials、SS 14、エリアサイエンスパーク内 163.5 km、34012、トリエステ、イタリア

ラファエラ・カペリ

ヨハネスブルグ大学物理学科、私書箱 524、オークランドパーク、2006 年、南アフリカ

ラファエラ・カペリ

CNR ナノ構造材料研究研究所 (ISMN)、Via Piero Gobetti 101、40129、ボローニャ、イタリア

ミルコ・セリ

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CB と SP は電気的測定とノイズ測定を実行しました。 PM、FD、MB は材料の準備と構造/形態解析ツールに貢献しました。 RC、MC、MS は理論モデルを開発しました。著者全員がデータを分析および解釈し、同様に論文執筆に貢献しました。提出された原稿のバージョンは全員によって同意されました。

カルロ・バローネまたはセルジオ・パガーノとの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Barone, C.、Maccagnani, P.、Dinelli, F. 他フレキシブルグリーンエレクトロニクス用の、アルギン酸ナトリウム金で覆われた超薄膜の電気伝導およびノイズ分光分析。 Sci Rep 12、9861 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-14030-2

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受信日: 2022 年 1 月 20 日

受理日: 2022 年 5 月 18 日

公開日: 2022 年 6 月 14 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14030-2

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