Creation of exotic low-dimensional material originated from phyllosilicate and control of its electronic property

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K18893
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 中塚 理 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 低次元物質 / 珪酸塩鉱物 / 結晶材料 / 半導体 / エレクトロニクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究においては、フィロ珪酸塩鉱物への金属元素脱離／異種元素挿入による電子物性の制御、分子層薄片化から基板上への転写による2次元材料創製を目指す。既存の低次元ナノ物質の弱点を克服し、新世代エレクトロニクスに応用可能な新奇低次元材料を探求した。珪酸塩鉱物への異種元素挿入による電子物性制御、2次元層分離および支持基板への転写、半導体プロセス適用の可否など、新奇低次元物質創製のための基礎的学術知見の獲得を目指した。本年度得られた主な成果を記す。
（1）前年度に引き続き、雲母層の転写面積の拡大を目標に、Si基板への雲母基板の直接圧着による転写を試みた。結果として、X線回折を用いた評価では転写の事実は確認できなかった。プレス機も用いた加圧の有無および加圧、加圧時間の長短などによる検討も行ったが、今回検証した範囲ではこれらが転写に与える影響は少なかった。溶液処理などを用いたSiや雲母基板の表面状態制御が、転写の成否に重要な要素となるか検証が必要である。
（2）スコッチテープを介した剥離法による転写雲母薄膜の結晶構造を、X線回折などを用いて分析評価した。転写後の雲母剥離層の面直方向格子面間隔を複数の結晶面から比較した結果、バルク雲母の格子定数に比較して0.1～0.4％ほどの面間隔伸長が確認された。
（3）半導体転写プロセスを更に検討し、IV族系材料のGe薄膜転写、平滑化技術の開発を進めた。転写されたGe薄膜のキャリア移動度・密度の評価を行い、転写前後においても相応のキャリア移動度を持った絶縁膜上Ge薄膜の形成技術を構築できた。