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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Atomic layer etching of transition metal chalcogenide with gas cluster ion beam

Research Project

Project/Area Number 17K05061
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

豊田 紀章  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00382276)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsガスクラスターイオンビーム / 遷移金属カルコゲナイド / 原子層エッチング / XPS / MoS2
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、単層で新奇物性を示すため新たな電子材料として期待されている遷移金属カルコゲナイド(二硫化モリブデン)のエッチングを、数eV/atom程度の超低エネルギーかつ超高密度の照射が可能であるガスクラスターイオンビーム(GCIB)を用いて行う。GCIBは従来のイオンビームよりも低損傷・低温で表面反応を促進することが可能であることから、MoS2膜の原子層エッチングが期待出来る。本研究では、MoS2原子の酸化状態や損傷を解明して、ガスクラスターイオンビームによるMoS2の原子層エッチング条件を探索し、大面積・単層MoS2膜の実現を目指した。
令和元年は、機械剥離法や溶媒からの抽出によって得られた多層MoS2試料に、Ar, O2などの各種ガスクラスターイオンビームを様々な条件で照射し、エッチング後のMoS2表面状態を真空一貫のX線光電子分光により評価した。MoのXPSスペクトルから,酸素クラスターイオンビームを照射することにより,照射前のMoS2から生じる229および233eVのピークがそれぞれ233及び237eV付近にシフトし,MoOxが表面に形成されていることが分かった。MoOxは揮発性が高いためこれらが除去されることによりMoS2のエッチングが促進する。酸素プラズマ照射では200~400oC程度加熱することによりMoOxが得られるが,酸素クラスターイオン照射では室温でMoOx層の形成が可能である。また,Arクラスターイオン照射によっても,極薄MoOx層が形成されていることが分かり,吸着した残留水分とMoが反応したためと考えられる。このように,ガスクラスターイオンの高密度エネルギー付与により,基板温度が室温であっても効率的にMoS2を酸化することができ,MoOx層を除去することによりエッチングが進む。

  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Atomic layer etching by gas cluster ion beams with acetylacetone2019

    • Author(s)
      N. Toyoda, K. Uematsu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: SEEA01

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab17c5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cluster beams, nano-ripples, and bio Applications2019

    • Author(s)
      N. Toyoda, B. Tilakaratne, I. Saleem, W-K. Chu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Rev.

      Volume: 6 Pages: 020901

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5030500

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] hfac吸着表面へのGCIB照射によるNiの原子層エッチング2020

    • Author(s)
      植松 功多, 豊田 紀章
    • Organizer
      2020年応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] GCIB照射を用いたMoS2の表面改質とエッチング(Ⅱ)2020

    • Author(s)
      劔持 将之, 豊田 紀章
    • Organizer
      2020年応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] クラスタービーム励起による表面反応と原子層エッチングへの応用2020

    • Author(s)
      豊田 紀章
    • Organizer
      日本表面真空学会 第12回関東支部セミナー
    • Invited
  • [Presentation] acac吸着表面へのAr-GCIB照射によるNiの原子層エッチング2019

    • Author(s)
      植松 功多, 豊田 紀章
    • Organizer
      2019年応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] GCIB照射を用いたMoS2の表面改質とエッチング2019

    • Author(s)
      劔持 将之, 豊田 紀章
    • Organizer
      2019年応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Atomic layer etching of transition metals with gas cluster ion beam irradiation and acetylacetone2019

    • Author(s)
      Noriaki Toyoda, Kota Uematsu
    • Organizer
      2019 Atomic Layer deposition & Atomic Layer Etching workshop
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low temperature wafer bonding with gas cluster ion beams2019

    • Author(s)
      Noriaki Toyoda, Shota Ikeda
    • Organizer
      2019 6th International IEEE workshop on low temperature bonding for 3D integration
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of metal surface during atomic layer etching with gas cluster ion beam and organic acid2019

    • Author(s)
      Noriaki Toyoda, Kota Uematsu
    • Organizer
      America Vacuum Society 66th International Symposium & Exhibition
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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