2012 Fiscal Year Annual Research Report
気相成長法による配向性平面六方晶窒化ホウ素薄膜の研究
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23310096
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
渡邊 賢司 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主幹研究員 (20343840)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 六方晶窒化ホウ素 / 原子層物理 / グラフェン / 配向性基板 / 気相成長 / 電子デバイス |
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| Research Abstract |
1. 六方晶窒化ホウ素の化学気相成長装置のさらなる改造と最適化
平成23年度に改良した基板加熱装置による成長条件の最適化を行った結果、該装置の常用基板温度1000℃から最高到達温度1300℃近辺における成長結晶において、より高温になるほど結晶性の向上がみられることが表面顕微鏡観察やラマン散乱分光法などの方法により分かった。特にホモエピタキシャル基板を成長基板に用いるとこの温度領域では異常結晶粒子の成長が観察され、さらなる高温成長が望ましいことが示唆された。そこで平成24年度には常用温度1300℃、最高到達温度1500℃を得られるように赤外線レーザによる直接基板加熱機構を設計開発した。本原理によるレーザ加熱装置は市販のものが存在するが、到達温度が不足や基板加熱サイズの不適合などの理由によりそのまま導入することは出来ないので、光学系の設計を検討し必要部品を入手するなどして、装置を自作することにより所定の温度動作を達成した。
2. 六方晶窒化ホウ素を基板に用いた二次元原子層物理の展開
六方晶窒化ホウ素基板は窒素原子とホウ素原子のsp2構造からなる2次元平面結晶構造は原子層面上に非結合状態等を持たず、かつ絶縁体であるのでグラフェンの電子物性を調べるのに好適な場を提供することができる。本年度は、特にグラフェンのヘテロ接合による新しい物性の探索を昨年に継続して行い、バリスティックにサイクロトロン運動する電子の振る舞いの観測や、六方晶窒化ホウ素原子層とグラフェン原子層の格子定数の違いにより生成したモアレパターンによるあらたなディラックポイントの生成の発見などグラフェンにおける新しい知見を得た。
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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
本年度は、赤外線レーザ加熱装置導入により六方晶窒化ホウ素薄膜成長に必要な基本的な装置条件の整備を達成している。その上で、多種多様な成長条件および成長基板における成長に挑戦しており、最終年度を迎えて技術的に大きな進展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、平成24年度に設計・開発した赤外線レーザーによる直接基板加熱機構を駆使し、1000℃以下の低温成長から1300℃を越える高温成長まで広範囲な基板温度における成長を試み、基板温度と結晶性の関係を明らかにする。具体的には顕微ラマン散乱分光法やカソードルミネッセンス法などを用い不純物や構造の評価を行い、結晶成長条件の最適化を図る。また、これまでいろいろな基板上への育成を行った結果から、基板選択が面方位制御上重要なことが明らかになっている。そこで、昨年度に引き続き高圧法による高純度バルク単結晶を用いたホモエピタキシャル成長や、モリブデン単結晶を用いた配向性薄膜成長を試みることにより新たな結晶成長機構を探索し、高純度で原子層平面が得られる条件を見いだす。特にホモエピタキシャル成長においては、結晶成長温度1000℃と1300℃近辺での成長試料では、あきらかに異常成長粒子の生成状態が異なる。そこでラマン散乱分光法などを用いて、結晶性の評価をするとともに成長機構の解明をはかる。
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