2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Alkaline Earth Metal-Mediated Molecular Beam Epitaxy Method and Construction of Novel Group IV Low-Dimensional Structures
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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, 講師 (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 – 2022-03-31
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| Keywords | ゲルマナン / ゲルマネン / ゲルマニウム / 分子線エピタキシ / インターカラント / 直接遷移 / カルシウム介在エピタキシ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンプラットフォーム適合の高機能性電子・光学材料としてゲルマニウム(Ge)が注目されている。本研究課題では、これまで開拓してきたカルシウム(Ca)インターカラント介在Geエピタキシャル手法を基幹技術として、(1)シリコン基板上新規Ge低次元構造(ゲルマナン・ゲルマネン)形成手法の洗練、(2)Geを凌駕するゲルマナン結晶の機能探索に関する実験的研究を推進した。
(1)に関して、Ca介在Ge成長時の基板温度を制御するだけで、CaGe2の結晶構造をナノウィスカー構造からZintl相まで選択制御可能なことを系統的な結晶成長追跡から見出し、CaGe2前駆体結晶成長からポスト溶液処理による高品質ゲルマナン薄膜形成手法までを確立した。またSi(111)基板上へCa単原子犠牲層を形成することでゲルマナン薄膜の直接成長に成功した。さらに新規Ge低次元構造形成に向けて、CaGe2前駆体の室温でのフッ化処理手法を探索し、短時間で、フッ化カルシウム絶縁層に保護されたHexagonal-Ge(Hex-Ge)低次元構造をSi基板上に形成することに成功した。
(2)ゲルマナンの機能探索として、ゲルマナンを活性層とする電気二重層トランジスタの動作検証を行い、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。 またゲルマナン膜厚を精密制御した試料において、結晶欠陥由来と考えられるホールドーピングにより低温ではあるが10000cm2/vsを超えるホール移動度を観測した。一方で、金属電極との高い接触抵抗が問題であり、電極材料探索とともにALDなどによる界面保護・制御を検討する。またHex-Ge結晶は中赤外領域適合の直接遷移型半導体としての動作が期待されるため、光学計測系を整備し、Hex-Geの機能探索を試みる。
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