2018 Fiscal Year Research-status Report
二次元層状物質を用いたドーピングフリー強磁性半導体の開発
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18K13785
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宗田 伊理也 東京工業大学, 工学院, 助教 (90750018)
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2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 遷移金属カルコゲナイド / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、まず、二次元層状半導体の主な物質であるMoS2をスパッタ堆積法を用いてCaF2基板上に堆積した。堆積時の基板温度は450度とした。堆積後の基板を目視すると黄色の薄膜が形成されていることが分かった。さらに、透過型電子顕微鏡による断面観察の結果、層状構造のMoS2膜が形成されていることを確認することができた。原子間力顕微鏡を用いて表面の凹凸を観測した結果、表面のラフネスは1nm程度と推察される。スパッタ堆積した薄膜におけるラマン分光測定の結果、CaF2のピークと、MoS2のピークが観測され、MoS2の六方晶ハニカム構造が形成されていることを確認した。以上のことから、CaF2基板上にMoS2をスパッタ法で堆積することが可能であることが分かった。
磁気力顕微鏡を用いてCaF2基板上のMoS2薄膜MFMの表面の磁気勾配の測定を実施した。形状像と似た表面のパターンを観測することに成功した。このパターンが磁気的な相互作用によるものであるかどうかを確認するために、非磁性体カンチレバーを用いて同様な測定を実施したところ、何も観測されなかった。これにより、磁気力顕微鏡で観測されたパターン像は磁気的な相互作用である可能性が高いことを確認することが出来た。
また、SiO2/Si基板上にMoS2をスパッタ法により薄膜を堆積し、試料の加熱による結晶のクオリティの向上が磁性に与える影響を測定した。加熱による結晶のクオリティの向上は、ラマン分光法によって確認している。また、X線光電子分光法によると、二硫化モリブデン薄膜試料中の硫黄とモリブデンの原子数比が1:2に近いことから、理想的な結晶構造に近いことを確認した。クオリティの向上した試料において磁化測定を実施し、飽和磁化を測定した。その結果、飽和磁化が向上していることが分かり、クオリティの向上による飽和磁化の向上に成功した。
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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
まず第一に、MoS2薄膜をスパッタ法により、CaF2基板上に形成することは、前例のない試みであり、作製条件をさまざまに工夫する必要があったが、堆積前に真空中でアニールし、表面を平坦化することで層状構造の薄膜を形成することができた。また、透過型電子顕微鏡を用いた断面観察、及び、ラマン分光法により、六方晶ハニカム構造が形成されていることが分かったため、スパッタ法によるCaF2基板上へのMoS2薄膜の形成は上手くいっていると言える。
さらに、磁気力顕微鏡を用いたMoS2薄膜の表面の磁気勾配を測定した結果、磁気的な応答と考えられるシグナルを観測することができたため、おおむね順調に磁性の観測も進展している。磁性体膜をコーティングしたカンチレバーとそうでないカンチレバーを用いて同様の測定をしたところ、磁性体膜をコーティングしていないカンチレバーでは、カンチレバーと薄膜表面の相互作用が観測されなかった。このことから、磁気力と他の相互作用を区別できていると見なすことができ、磁気力顕微鏡の結果の信頼性を高めることが出来た。このため、おおむね順調に進展している。
SiO2/Si基板上に堆積したMoS2については、磁化測定を実施したところ、磁化の磁場依存性を観測することができたため、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方針としては、CaF2基板上へスパッタ堆積したMoS2薄膜については、磁化測定を実施し、磁気力顕微鏡の測定結果と比較検討する。また、MoS2薄膜を微細加工し、同一基板上にMoS2が堆積している領域とそうでない領域がある試料を作製し、磁気力顕微鏡で同一のスキャンで観測することで、MoS2表面の磁気勾配を基板の磁気勾配と比較し、信ぴょう性を高めることを試みる。さらに、引き続き磁気力顕微鏡の測定結果を議論・検討するために、異なる種類のカンチレバーを用いて測定を実施し、測定された表面の磁気勾配について議論する。
SiO2基板上へスパッタ堆積したMoS2薄膜については、CaF2基板上のMoS2と同様に、磁気力顕微鏡測定を実施し、磁化測定の結果と比較検討するとともに、CaF2基板上のMoS2の結果と比較検討する。
スパッタ堆積した試料を加熱し、加熱する前の磁化測定、及び、磁化測定の結果を比較する。また、スパッタ堆積時の基板温度が異なる試料を作製し、磁化測定、及び、MFM測定を実施し、結果を比較検討する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していたソースメータ KEITHLEY 2636Bの購入を取りやめ、磁化測定など受託測定の費用に充てたが、一部は次年度使用額とした。平成31年度においても受託測定費用、及び、国際会議の旅費に充てる予定である。
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Research Products
(2 results)
