2次元物質単層シートの組成制御によるバンドギャップエンジニアリングの確立

Research Project

Project/Area Number	22K04881
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 28030:Nanomaterials-related
Research Institution	Toho University
Principal Investigator	柳瀬隆東邦大学, 理学部, 講師 (00640765)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	島田敏宏北海道大学, 工学研究院, 教授 (10262148)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords	遷移金属ダイカルコゲナイド / 化学気相成長法 / ２次元物質 / バンドギャップエンジニアリング
Outline of Research at the Start	本研究は2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドを用いて2元系単層シートの組成制御を達成し、バンドギャップ変調を実証する。独自に開発を進めてきた自動ガス供給システム付きの流路分離型化学気相成長装置を用いることで、0.1eV単位でのバンドギャップ制御を可能とする。具体的にはMo1-xHfxS2とW1-xHfxSe2の2元系単層シートを合成し、それぞれについて1.3～1.8eV、0.5～1.3eVの範囲でバンドギャップを制御する。さらに、Raman分光を用いた簡易的組成決定法の開発も行う。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドを用いて2次元物質シートの組成制御を達成し、バンドギャップの変調を実証することが目的である。当初の計画ではMoS2とHfS2の混晶化によりバンドギャップの制御を行う予定であったが、原料であるHfCl5の蒸気圧が安定しないためNbS2との混晶化に切り替えてMo1-xNbxS2の合成を行っているが、当初の目的を達成する上で問題はないと考えている。研究を進めて行く過程で、CVD装置に新たな気化器を導入し、原料ガスの濃度安定化と繰り返し利用を達成した。その結果、再現性と装置稼働率の向上を実現できた。実際にMo/Nbの組成比を変化させて合成を行ったところ、Nb含有量の変化にともなってシート抵抗が変化することは確認しており、この結果はMo/Nb比を精密に制御できていることを示唆しており、当初の研究目的に近づいていると言える。現在はさらなる再現性の向上と組成制御の厳密化を目指して装置改良を行っているところである。関連する研究内容で2023年秋の応用物理学会で口頭発表を行ったほか、CrstEngCommに論文が1報掲載された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画ではMo1-xHfS2を合成する予定であったが、実験の都合でMo1-xNbS2に切り替えたところ思いのほかスムーズに実験が進んだため。
Strategy for Future Research Activity	HfがNbに変更になった以外は、当初の計画通りに研究を進める。2024年度中にMo1-xNbxSの組成制御を実証する。