2018 Fiscal Year Research-status Report
アルカリ土類金属介在分子線エピタキシ法の開拓とⅣ族新規低次元構造の構築
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18K04883
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
安武 裕輔 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (10526726)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
深津 晋 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / Germanane / Germanene / 分子線エピタキシー / Electron mobility / トポタクティック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、シリコンCMOSテクノロジと高親和性元素であるゲルマニウムの機能向上を目指して、アルカリ土類金属(カルシウム)介在ゲルマニム分子線エピタキシ法とトポタクティック変換を融合したゲルマニウムトポロジー変換による(1)ゲルマニウム原子層・低次元構造作製方法の確立、(2)ゲルマニウム低次元構造における電気・光学物性評価による電子移動度増大・発光機能発現、に関する研究を進めた。
本年度はSi(111)基板上においてカルシウムとゲルマニウム原子層の交互蒸着とポスト溶液処理によるカルシウムフッ素修飾により、フッ化カルシウム絶縁層に保護されたゲルマニウム低次元構造構築に関する成長条件の最適化を行い、真空中ポストアニール処理によるカルシウム残渣除去と溶液処理後の表面平坦化に成功した。一方、格子不整合によるSi基板上成長結晶への伸引歪も顕在化しており、歪みの影響の精査が必要となった。そこで低温光学測定においてボイスコイルモータを用いたその場歪印加装置を作製し、ゲルマニウムの電子ラマン遷移を参照に一軸伸張歪を0.3 %まで可変で制御可能なことを実証した。
またGe基板上に成長した水素終端ゲルマニウム原子多層膜の電気二重層電界効果トランジスタを作製し、明瞭な両極性動作を初めて観測した。またホール効果測定から低温ゲートバイアス電圧印加下において6500 cm2/Vsを超える電子移動度を示した。従来フェルミ準位ピン止め効果により正孔伝導が支配的であったゲルマニウムにおいて、電子伝導利用への足がかりとなる重要な結果である。一方接触抵抗増大により低温電子伝導計測が困難なため、試料へのドーピング、コンタクト電極材質探索などが新たな課題として浮き彫りになった。
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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
本研究課題の目的の一つであるゲルマニウム低次元構造における電子移動度増大を、初年度において高品質結晶を作製し電気二重層トランジスタ構造にすることで、非常に高い電子移動度を計測することで達成することができた。シリコン基板上への直接成長や電極材料を含めたデバイス構造最適化にはまだ十分ではないが、重要な進捗である。低次元構造における光学特性においても、従来室温領域が支配的であったin-situ歪印加計測を10-K以下の低温領域まで拡張することに成功し、ゲルマニウム低次元構造における精密物性評価が可能となった。
一方、分子線エピタキシにより作製したゲルマニウム原子層・低次元構造評価においては、RHEED 、X線回折、原子間力顕微鏡の表面観測とまだ限定的であり、透過電子顕微鏡による断面原子像観測などより直接的な結晶構造評価が課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゲルマニウム原子層・低次元構造の(1)結晶成長・評価と(2)光学・伝導物性評価が本研究課題の主柱である。結晶成長と伝導評価においてはある程度の指標が得られたため、次年度は結晶評価と光学物性評価に関する研究を推進する。結晶評価においてはSi(111)基板上に層数制御されたゲルマニウム原子層を作製し、断面透過電子顕微鏡観測による原子構造直接観測を目指す。光学物性評価においては作製したゲルマニウム低次元構造における発光評価を行う。ゲルマニウムの直接遷移端応用は電子・光学用途双方に期待されているが、低次元化による直接遷移端発光観測は限定的である。また薄膜化による熱による安定性も課題となっている。そこでまずは低温環境下でゲルマニウム低次元構造由来の発光の青方シフトの観測、円偏光発光による精密物性追跡とスピン機能関連に関する研究を推進する。
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| Causes of Carryover |
主に試料ホルダ更新により消耗品代として計上していた結晶成長用基板費用を抑えられていたため。伝導計測、X線回折など外部機関に委託予定だった解析費用を学内共同研究により抑えられたため。
次年度使用額は従来の予定通り結晶成長用の消耗品と結晶構造解析用の透過電子顕微鏡の解析費用に使用予定。
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Research Products
(5 results)
