Creation of exotic low-dimensional material originated from phyllosilicate and control of its electronic property
| Project/Area Number |
21K18893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中塚 理 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 低次元物質 / 珪酸塩鉱物 / 結晶材料 / 半導体 / エレクトロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究においては、フィロ珪酸塩鉱物への金属元素脱離／異種元素挿入による電子物性の制御、分子層薄片化から基板上への転写による2次元材料創製を目指す。既存の低次元ナノ物質の弱点を克服し、新世代エレクトロニクスに真に応用可能な化学的安定・高キャリア移動度・大量合成を実現する新奇低次元材料を探求する。『化学・半導体プロセス実験』と『理論計算実験』を並行して進め、珪酸塩鉱物への異種元素挿入による電子物性制御、2次元層分離および支持基板への転写、半導体プロセス適用の可否など、新奇低次元物質創製のための基礎的学術知見を明確化する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究においては、フィロ珪酸塩鉱物への金属元素脱離／異種元素挿入による電子物性の制御、分子層薄片化から基板上への転写による2次元材料創製を目指す。既存の低次元ナノ物質の弱点を克服し、新世代エレクトロニクスに応用可能な新奇低次元材料を探求する。珪酸塩鉱物への異種元素挿入による電子物性制御、2次元層分離および支持基板への転写、半導体プロセス適用の可否など、新奇低次元物質創製のための基礎的学術知見の獲得を目指す。本年度得られた主な成果を記す。
（1）表面処理したSi基板上への雲母基板の直接接合、圧着による、フィロ珪酸塩の2次元層剥離と異種基板上への転写技術を検証した。転写面積の拡大を目指し、雲母基板からの直接転写について複数の条件を検証したが、良好な転写の達成は困難であった。転写を阻害する要因として、顕微鏡観察などからは雲母基板の表面平坦性およびSi基板上への酸化膜形成の可能性が推測された。一方で、加圧の有無およびSi基板洗浄後の放置時間に関する比較の結果から、これらの条件が転写に与える影響は少なく、Siや雲母基板の表面状態が転写の是非に重要な要素であることが示唆された。
（2）転写プロセス検証のため、IV族系材料のGe薄膜転写、平滑化技術について検討を行った。化学処理、機械研磨、熱処理を併用することで、Ge薄膜の結晶性を維持したまま安定して数十～100nm程度のGe層をSiO2/Si基板上へ転写できる技術を構築できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
安定した材料転写技術の構築を進めている。表面修飾や前処理、転写方法などについて引き続き検討を進める。さらに、結晶雲母の物性制御に関するプロセス・評価の研究を進める。これらの状況を踏まえて延長申請を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)フィロ珪酸塩鉱物への化学・熱処理による金属脱離および挿入実験：雲母基板に対する、塩酸・硫酸などの化学薬品処理、熱・プラズマ処理などによるフィロ珪酸塩鉱物表面からの元素脱離の可否を調査する。脱離を実現できた場合、さらに溶液処理・ガス雰囲気中熱処理、元素成膜後熱・プラズマ処理などを施し、層状物質内への異種元素挿入を検証する。
(2)化学修飾された2次元状珪酸塩鉱物の化学・電子物性の解明：デカレーション、インターカレーションを試みた試料に対して、光電子分光測定、ラマン分光測定、その他電気的特性評価などを実施し、その電子物性を評価・分析する。異種元素導入が電子物性に及ぼす影響を評価し、元素置換による珪酸塩鉱物の物性制御の可能性を探索する。
(3)結晶構造／エネルギーバンド構造の理論計算：引き続き、第一原理計算ソフトウェア（VASP）を用いて、フィロ珪酸塩鉱物の結晶構造・電子物性を調査する。金属などいくつかの元素を置換挿入した際の安定な結晶構造の予測を検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
