Design of 2D heterostructures by crystal growth
| Project/Area Number |
21H01768
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
|
|---|
| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
|---|
Principal Investigator |
日比野 浩樹 関西学院大学, 工学部, 教授 (60393740)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
影島 博之 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (70374072)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
|
|---|
| Keywords | グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / 化学気相成長 / 二次元物質 / ヘテロ構造 / 結晶成長 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究は、結晶成長技術を用いて二次元(2D)物質の複合構造(ヘテロ構造)をデザインして作製することを目指している。異なる2D物質を順に成長させてヘテロ構造を作製すると、2D物質の組み合わせや成長条件に依存して、後者が前者のエッジから成長するエッジ成長、表面に成長する表面成長、基板との界面に成長する界面成長の三種類の異なる成長様式が現れる。本研究では、ヘテロ構造の成長機構を、特に2D物質のエッジの構造が果たす役割に重点を置いて解明し、その理解に基づき、2Dヘテロ構造の成長様式を自在に制御する技術を開拓する。そしてこの技術を用いてデザインされた2Dヘテロ構造を作製し、その特異な物性を評価する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
絶縁体上に二次元物質のヘテロ構造を直接合成できれば、そのままデバイスに加工できるため応用上メリットがある。そこで、サファイア上にグラフェンを成長させ、さらにその上に二硫化モリブデン等の他の二次元物質を成長させることに取り組んでいる。我々はこれまで、メタンを原料に、サファイア上に直接グラフェンを化学気相成長（CVD）できることを報告してきたが、高品質なグラフェン成長には1500℃程度の高温が必要であった。そこで、本年度は、銅上においてグラフェンCVD成長の低温化が可能なエチレンをサファイア上の直接成長の原料に用い、メタンとの比較から、同じ成長温度ではメタンよりも高い結晶性のグラフェンが得られること、同程度の結晶性のグラフェンがメタンに比べ約200℃低い温度で得られることを明らかにした。
絶縁性の層状物質である六方晶窒化ホウ素（hBN）は、2次元物質ベースのエレクトロニクスにおいて基板や絶縁膜として重要な役割を果たす。このため、多層hBNを大面積に層数を制御して製造する技術が求められている。しかし、これまでhBNの大面積成長に広く用いられてきた触媒金属基板上でのCVD成長では、ほとんどの金属で窒素が固溶せず表面に留まるため、ホウ素との反応により表面が単層hBNで覆われると成長が自己停止する。そこで、鉄を含む基板中に高温で窒素とホウ素を固溶させ、基板冷却時に多層hBNを表面析出させる手法が試されているものの、層数均一性に課題がある。我々はこの課題克服に向け、多層hBNの形成機構をより深く理解するため、鉄ニッケル合金基板へhBN原料を供給後の基板冷却速度がhBN層数に及ぼす影響を調べた。その結果、冷却速度の上昇により層数は減少したが、どんなに速く冷却しても層数が一定値以下にならなかった。原料供給時に既に表面にhBNが形成され、その後、基板からの析出によって層数が増加したと考えられる。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(48 results)
