Growth of 2D semiconductors-based lateral homojunctions

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15403
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Okada Mitsuhiro 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (10824302)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 遷移金属ダイカルコゲナイド / 化学気相成長 / ドーピング

Outline of Final Research Achievements

In this work, we have developed several chemical vapor deposition (CVD) growth methods of transition metal dichalcogenides (molybdenum disulfide and tungsten disulfide) monolayer. In particular, we have demonstrated a growth of monolayer molybdenum disulfide p-n diode by substitutional doping. By adding a niobium source, which acts as an acceptor for molybdenum disulfide (in general, molybdenum disulfide is an n-type semiconductor due to its surface sulfur vacancies), in the CVD growth, we have succeeded to synthesis partially-Nb-doped monolayer molybdenum disulfide crystals. Local niobium doping was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy. The crystal showed position-dependent p- and n-type semiconductor behavior and a clear diode operation at the p-n junction region: showing the successful formation of monolayer molybdenum disulfide p-n diode by local substitutional doping.

Free Research Field

ナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

遷移金属ダイカルコゲナイドは近年ポストSi材料としてその地位を確立しつつある。それにも関わらず、半導体材料機能化のため基礎的かつ重要な、元素置換ドープによるp型n型制御が未熟であるなど、半導体デバイス応用にはまだ課題が山積している状況である。本研究はこの問題点を解決する技術の原理実証に成功しており、その応用を後押しする成果である。また、同時に1次元p-n接合界面物性の更なる探求や遷移金属ダイカルコゲナイドにおける結晶成長の更なる理解など、基礎物性探索においても重要な成果を上げていると考えている。