| Project/Area Number |
20H02613
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山末 耕平 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (70467455)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 俊顕 東北大学, 工学研究科, 准教授 (20502082)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
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| Keywords | 走査型非線形誘電率顕微鏡 / 走査型非線形誘電率ポテンショメトリ / 界面物性 / キャリア物性 / 原子層材料 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，グラファイトなど層状材料を数原子層以下まで薄くした原子層材料が，優れたキャリア輸送特性や新奇な電子・光物性のために注目を集め，そのデバイス応用が期待されている．本研究では，原子層材料・デバイスの研究開発を加速するため，キャリア物性，界面物性，結晶欠陥の評価をナノ・原子スケールで行える顕微法を走査型非線形誘電率顕微鏡/ポテンショメトリ（SNDM/SNDP）と呼ばれるプローブ顕微鏡を用いて実現する．さらに，評価物性がデバイス特性に及ぼす影響の評価や特性劣化機構解明，デバイス作製プロセスの改善指針策定までを一貫して行える原子層デバイスのデバイスシミュレーション環境を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では，原子層材料・デバイスのキャリア物性，界面物性，結晶欠陥などをナノ・原子スケールで評価できる走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）の研究を進めている．2022年度は，時間分解SNDMによる局所容量電圧（CV）特性測定法が単原子層から成る原子層半導体のナノスケール物性評価に応用可能であることを明らかにした．探針には，前年度までに本研究課題で開発を進めてきた絶縁膜コート探針を用いた．同探針を用いることで，局所的に金属-絶縁体-半導体（MIS）構造を形成し，局所CV特性測定が可能となる．本手法を用いて，SiO2/Si基板上に機械剥離で作製された単原子層および多層MoS2の測定に成功した．得られた局所CV特性から，試料である単原子層および多層のMoS2はいずれもn型半導体の特性を示すことが判明した．しかしながら，それぞれの局所CV特性は大きく異なっていた．これは単原子層および多層MoS2で電子密度が大きく異なる可能性を示唆している．従来，特に単原子層MoS2のSNDM観察では，局所CV特性は得られておらず，そのごく一部を反映する微分容量像（dC/dV像）のみが得られていたが，本研究により，新たに局所CV特性の全体像を明らかにすることができた．以上の結果は，時間分解SNDMを用いた局所CV特性測定によって，原子層半導体上の多数キャリア密度分布をナノスケールで評価可能であることを示している．さらに，局所CV特性測定と原子間力顕微鏡像（形状像）を同一測定点で同時に取得することも可能とし，層数や表面形状と局所CV特性の相関を調べることが可能になった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度までに開発してきた時間分解SNDMによる局所CV特性測定および絶縁膜コート探針を用いて，単原子層および多層の原子層半導体上で局所CV特性測定を測り分けることに成功した．これにより，従来のSNDMに比較して，原子層半導体の多数キャリア密度分布がより詳細にナノスケールで評価できる可能性が示された．以上の実績からおおむね順調に進展が得られていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
開発を進めてきた絶縁膜コート探針，時間分解SNDMに基づく局所CV特性測定・局所DLTS(Deep level transient spectroscopy)を用いて単原子層半導体や原子層ヘテロ構造などの原子層半導体材料・デバイスの物性評価を推進する．また，測定結果の解析のため，半導体デバイスシミュレータを援用したSNDM観察シミュレータの作成を引き続き進める．
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