2023 Fiscal Year Research-status Report
遷移金属ダイカルコゲナイドを用いた遠赤外発光素子の実現
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22KJ1104
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
木下 圭 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Keywords | 共鳴トンネル / 負性微分抵抗 / ツイスト / バンド構造 / TEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、二次元層状半導体WSe2と二次元層状絶縁体h-BNを組み合わせたWSe2/h-BN/WSe2ファンデルワールス（vdW）トンネル接合素子を作製し、共鳴トンネル電流の検出とその電子・光デバイス応用へ向けた機能開拓を行っている。今年度は、本素子の「①高いピーク・バレー電流比（PVR）を利用可能な負性微分抵抗（NDR）デバイスとしての側面」と、「②エネルギーバンドをプローブする手法としての側面」に着目し、これらの側面をより発展させた研究を行った。
まず①に関して、本研究では1層から4層のWSe2を用いてWSe2/h-BN/WSe2トンネル接合を作製し、層数の異なる場合のトンネル測定の結果を比較した。すると、WSe2のバンド構造の層数依存性に伴い、K点・Γ点の波数のホールを用いたトンネルの選択的検出が可能であることが分かった。このうちソース側：3層WSe2とドレイン側:1層WSe2の組み合わせにおいて、Γ点の波数が保存された共鳴トンネルが生じ、PVR: 64の電流ピークを観測できた。この値は従来のvdWヘテロ構造による共鳴トンネル素子のトップデータを3倍近く更新する値だった。
続いて②に関して、1層WSe2をあらゆるツイスト角度下で積層したツイスト2層WSe2（tBL-WSe2）をドレイン側に配置してトンネル電流を測定し、バンド構造のツイスト角度依存性を調査した。すると、ツイスト角度が0～4度では価電子帯Γ点バンドのエネルギーが100 mV程度変調され、6度以上ではほぼ変化しないことが分かった。また、tBL-WSe2に対して透過電子顕微鏡（TEM）観察を行った結果、tBL-WSe2の原子再配置がツイスト角度4度まで観測できることが分かった。これらの結果から、原子再配置が価電子帯Γ点バンドの変調に関与していることを突き止めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、WSe2を用いた共鳴トンネル素子を用い、異なる2つの顕著な成果を得ることができた。1つは負性微分抵抗デバイスとしての性能の高さを示すものであり、もうひとつはツイスト角度を設計パラメータとすることでバンドのエネルギー変調が可能であることを示すものである。これらの成果は今後のデバイス応用を見据えた素子設計の指針を立てる上で非常に有用であり、1年間にあげた成果量としては期待以上であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の2つの成果をどちらも論文として発表する。さらに、今後の電子・光デバイス応用に向けて、より複雑なWSe2/h-BN/WSe2/h-BN/WSe2二重トンネルバリア構造の実現と動作確認を行う予定である。
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