2014 Fiscal Year Annual Research Report
カルコゲナイド基板上でのシリセン作製と電気伝導機構の解明
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26286052
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
久保 理 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70370301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田畑 博史 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00462705)
中山 知信 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (30354343)
片山 光浩 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70185817)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | シリセン / カルコゲナイド / 二硫化モリブデン / 走査トンネル顕微鏡 / ラマン散乱分光 / ナノリボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリセンはシリコン原子の六員環から成るグラフェンに類似した新しいシート材料であり、グラフェンに匹敵する高キャリア移動度を持つと予想されるだけでなく、大きなスピン軌道相互作用や、バンドギャップ自身が電界によって変調できる等、単層グラフェンにはない物性が理論的に予測されている。ところがシリセンは未だ導電性基板上以外の作製報告がなく、電子デバイス応用に必要なデータである電気伝導特性の実測例がほとんどない。
本研究では、カルコゲナイド系層状物質を基板とし、その上にシリセンを成長させる手法を構築する。さらに、多探針走査プローブ顕微鏡技術を駆使して、基板からの影響を含めたシリセン電気伝導特性を解明し、シリセンの電子デバイス利用への道を拓くことを目的としている。
本年度は、まずワイドバンドギャップ半導体である層状13属カルコゲナイド表面上でのシリセン作製について検討を行った。この結果、市販の13属カルコゲナイド基板はキャリア密度が低く、走査トンネル顕微鏡や走査トンネル分光での観測が困難であることがわかった。そこで基板を二硫化モリブデン（MoS2）に変更して、シリセンの成長を試みた。この結果、MoS2上でもシリコン原子が規則配列して層状成長することがわかった。また、真空ラマン散乱分光システムの導入も予定通り完了し、シリセンの振動分光による特性評価の準備も行った。
一方で、シリセンとしての特性が実験的に報告された最初の系であるAg(110)基板上のシリセンナノリボン、および類似の構造であるグラフェンナノリボンの電子状態密度の解明にも取り組んだ。これらは既報の構造であるにも関わらず、個々のリボン単位での局所的な計測はこれまで行われていなかった系であり、2次元シートにはない特性が観測された。得られた結果については、学会や論文にて発表を行い、第62回応用物理学春季学術講演会ではポスター賞を獲得した。
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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
本年度の達成目標は、１）シリセン成長用の基板のメドをつけること、および、２）作製したシリセンの振動分光を行うための真空ラマン計測システムを導入することであった。１については、シリセン成長用基板として当初予定していたものが、走査トンネル顕微鏡での評価には不適切であることが分かり、別の基板の探索を余儀なくされたが、二硫化モリブデン（MoS2）を用いることで、シリコン原子による規則配列薄膜が形成できることが分かったため、そのメドが立ったと言える。また、２については、実際にシリセンの振動分光を行うには至らなかったものの、その準備は完了した。MoS2上に成長したシリコン原子膜の特性評価については、次年度以降にさらに計測を進める必要があるが、最終目標のひとつであるシリセンの電気伝導特性評価に進む準備は整ったと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
MoS2上に成長させたシリコン原子薄膜に対し、走査トンネル分光法や、ラマン散乱分光システムを用いた物性評価を行い、格子振動・電子構造の両面よりシリセンとしての物性を持つかどうかについて検証する。一方、前年度にシリセン成長用基板として検討を行った層状13属カルコゲナイドについても、引き続きシリセン成長用基板として用いるための検討を行う。MoS2に比べ、13属カルコゲナイドである硫化ガリウム（GaS）やセレン化ガリウム（GaSe）の方が、シリセンの格子定数に近いため、MoS2上に成長させたシリコン原子薄膜とは異なる薄膜の成長が期待できるためである。具体的には、GaSやGaSeを単結晶シリコン表面に作製したのち、その上にシリセンの成長を試みる予定である。
また、既報のシリセンも含めて、原子配列構造や格子振動を実験的に解明した例はほとんどないため、その代表例であるAg(111)基板上シリセンの構造決定や振動分光計測を行い、上述したカルコゲナイド基板上シリセンから得られる諸特性に対するリファレンスとする。最終的には多探針走査プローブ顕微鏡を用いた電気伝導特性評価を行い、基板からの影響を含めたシリセン電気伝導特性の解明を行う。
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| Causes of Carryover |
シリセン成長用基板として購入した硫化ガリウムやテルル化ガリウム等の購入枚数が予定より少なく済んだために、次年度使用額とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度から、装置利用のための出張が増えるため、主に旅費として使用する予定である。
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Research Products
(15 results)
