2019年 | プレスリリース?研究成果
半導体原子シートの新たな合成機構を解明 ～次世代フレキシブル光電子デバイス実現に期待～
【ポイント】
- 特殊环境下で成长する半导体原子シートの成长初期过程はこれまで未解明だった。
- 独自に开発したその场観察合成手法を用いて、液体状态の前駆体が関与した新たな半导体原子シートの合成机构を発见した。
- 今回発见した合成手法にならって条件を最适化し、単结晶半导体原子シートの大规模集积化合成に成功した。今后半导体原子シートを活用したさまざまなフレキシブルデバイスへの応用が期待される。
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、東北大学 大学院工学研究科 電子工学専攻の加藤 俊顕 准教授と金子 俊郎 教授らは、原子オーダーの厚みを持つ半導体原子シートである遷移金属ダイカルコゲナイド（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｃｈａｌｃｏｄｅｎｉｄｅｓ：ＴＭＤ）注１）に関する新たな合成机构の解明に成功しました。
特殊环境下で成长するＴＭＤは、成长过程の様子を直接観测することが困难なため、成长初期过程が未解明であり、高品质なＴＭＤ合成に向け详细な合成机构の解明が望まれていました。
本研究グループは、腐食性ガスが存在する约８００℃の高温特殊雰囲気下でＴＭＤが成长する様子をリアルタイムで光学像として観测できる、その场観察合成手法注２）を开発しました。さらに结晶成长时の前駆体注３）拡散を制御する机构をあらかじめ合成基板上に作り込み、成长前駆体が従来の半导体材料に比べ、约１００倍以上の距离を拡散することを明らかにしました。また液滴状态の前駆体の関与によって核発生が生じることも明らかにしました。さらに本手法を活用し、実用スケールの基板上に３万５千个以上の単层単结晶原子シートを大规模集积化合成することにも成功しました（図１）。
本研究成果を活用することで、原子オーダー注４）の究极の薄さを持つ半导体原子シートの大规模集积化合成が可能となり、次世代フレキシブルエレクトロニクス分野での実用化が期待されます。
本研究成果は、２０１９年９月１０日（英国夏時間）に英国科学誌「Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ」のオンライン版で公開されました。
図1：约３万５千个の単层结晶ＷＳ２が集积化合成された基板写真（左）と単层结晶ＷＳ２ の構造模式図（右） 。
【用语解説】
注１）遷移金属ダイカルコゲナイド（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｃｈａｌｃｏｄｅｎｉｄｅｓ：ＴＭＤ）
グラフェンと类似の原子层物质。迁移金属がカルコゲン原子に挟まれた构造を持つ。グラフェンは金属的伝导特性を示すが、ＴＭＤはバンドギャップを持つ半导体特性を示ことから半导体デバイス分野への応用が期待されている。
注２）その场観察合成手法
合成时の様子をリアルタイムでモニターできる结晶成长手法。
注３）前駆体
结晶成长の原料。结晶に取り込まれて、最终的にその一部あるいは全体が结晶を构成する要素となる。
注４）原子オーダー
原子１个は约数オングストローム（１オングストロームは１００亿分の１メートル）。１～数个程度の原子が集まった大きさを意味する。
问い合わせ先
【研究に関すること】
加藤 俊顕（カトウ トシアキ）
東北大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 准教授
〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉６－６－０５
罢别濒／贵补虫：022-795-7046
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【报道担当】
東北大学 大学院工学研究科 情報広報室
〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉６－６－０４
罢别濒：022-795-5898
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