22/07/08

閉じ込め空間を利用した原子レベルに薄い半導体の大面積・高品質合成に成功～次世代フレキシブル光電子デバイスの実現に期待～

2022年07月08日

◆発表のポイント

• 研究グループ独自のユニークな手法により、半導体の材料となる遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）の大面積・高品質合成に成功しました。
• マイクロリアクタと呼ばれる閉じ込め空間を利用してTMDCの成長を制御し、成長機構を明らかにしました。
• この手法の開発により、将来的なウェアラブルデバイスやIoE（Internet of Everything）の発展に大きく寄与します。

図1. (a) マイクロリアクタ内部でのTMDC成長の模式図　(b) サイズの大きな単層WS2結晶の顕微鏡写真　(c) 巨大単結晶WS2が成長しシリコンウェハの写真　(d) WS2/MoS2面内ヘテロ構造の顕微鏡写真。挿入図はWS2/MoS2面内ヘテロ構造の模式図。

図2. 異なる合成温度（上段: 820℃、下段: 900℃）で合成したWS2の顕微鏡写真と発光特性マッピング。左から発光ピーク面積、発光エネルギー、半値幅。

図3. (a,b) 単層WS2をチャネルに用いたFETデバイスの (a) 模式図と、(b) 光学顕微鏡写真　(c) FETデバイスの伝達特性　(d) 異なるゲート電圧印可時の光応答特性。

◆研究者からのひとこと
研究開始当初はTMDCが新規材料である上に、研究室でも前例のないテーマで大変苦労しましたが、柔軟な姿勢で粘り強く実験に取り組むことで、本成果に繋がりました。（橋本） 岡山大学に着任し、新たに取り組んだ研究がようやく形になり、とても嬉しいです。ちょっとした工夫から新しい発見があるのは、この研究分野の醍醐味だと改めて感じました。（鈴木）	橋本大学院生　　　　　(M2)鈴木助教

■論文情報
論文名：Surface Diffusion-Limited Growth of Large and High-Quality Monolayer Transition Metal Dichalcogenides in Confined Space of Microreactor
掲載誌：ACS Nano
著者：Hiroo Suzuki, Ryoki Hashimoto, Masaaki Misawa, Yijun Liu, Misaki Kishibuchi, Kentaro Ishimura, Kenji Tsuruta, Yasumitsu Miyata, and Yasuhiko Hayashi
DOI：10.1021/acsnano.2c05076
URL：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c05076

■研究資金
　本研究は、若手研究（21K14497、20K14378）、学術変革領域研究（21H05232、21H05234）、2020年度住友基礎科学研究助成、2021年度笹川科学研究助成、2020年度矢崎科学技術振興記念財団の支援を受けて実施しました。

＜詳しい研究内容について＞
閉じ込め空間を利用した原子レベルに薄い半導体の大面積・高品質合成に成功～次世代フレキシブル光電子デバイスの実現に期待～

＜お問い合わせ＞
岡山大学学術研究院 自然科学学域
助教　鈴木　弘朗
（電話番号）086-251-8133
（FAX）086-251-8133