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2015 Fiscal Year Annual Research Report

放射光ナノ顕微分光による原子層デバイスの界面状態オペランド解析とその系統的研究

Publicly Offered Research

Project AreaScience of Atomic Layer Systems
Project/Area Number 26107503
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

永村 直佳  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 研究員 (40708799)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywordsオペランド分析 / グラフェン / トランジスタ / 界面 / 放射光 / 顕微分光
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、研究代表者らが開発してきた3次元走査型光電子顕微分光装置"3DnanoESCA"の高い空間分解能(<100nm)と非破壊状態分析可能性という強みを活かして、原子層材料や原子層デバイスの異種接合界面や原子層面内不均一性の解析を行い、マクロな機能特性への影響を調べることである。初年度は原子層デバイスを動作中オペランド分析できるよう装置改良し、実際にグラフェン電界効果トランジスタの動作中チャネル内ピンポイント分析を成功させた。最終年度であるH27年度は、以下に挙げるように新学術領域内外にわたる共同研究を展開し、3DnanoESCAを種々の原子層デバイス分析に活用した。
(1) グラフェン・遷移金属ダイカルゴゲナイド超薄膜トランジスタ…単原子層物質であるグラフェンや数原子層膜厚の二硫化モリブデンを剥離法によって作製し、チャネルとして用いた電界効果トランジスタについて、ゲート電圧を印加した状態で、輸送特性測定とチャネル内ピンポイント分光測定を同時に行い、チャネル/電極界面近傍のチャネル分布を明らかにした。
(2) 紫外線照射酸化グラフェン…単層グラフェンの電界効果トランジスタ構造に、風ゲート電圧印加下で紫外線照射するとエッジ付近で選択的に酸素吸着してエッチングが進むことが知られており、紫外線照射に伴うグラフェンチャネル内の酸化状態の空間不均一性についてnanoESCAでマッピング分析を行った。その結果、炭素と酸素のコアレベルスペクトルから4つの段階的な酸化状態が存在することが示された。
(3) 原子層触媒…窒素ドープHOPGの表面酸素吸着量解析、BN単層ナノシート触媒の価電子帯空間状態分析、La2Ti2CuSO7など人工光合成触媒ナノクラスターの面方位による触媒活性変化の分析などを行った。
上記の成果により、H27年度中に論文・解説を2本出版し(5本投稿中および執筆中あり)、10件の学会発表(うち招待講演4件)を行った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] 電子デバイスのオペランド光電子分光実験2016

    • Author(s)
      永村直佳, 堀場弘治, 尾嶋正治
    • Journal Title

      表面科学

      Volume: 37 Pages: 25-30

    • DOI

      10.1380/jsssj.37.25

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Chemical potential shift in organic field-effect transistors identified by soft X-ray operando nano-spectroscopy2015

    • Author(s)
      Naoka Nagamura, Yuta Kitada, Junto Tsurumi, Hiroyuki Matsui, Koji Horiba, Itaru Honma, Jun Takeya, and Masaharu Oshima
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 106 Pages: 251604

    • DOI

      10.1063/1.4922902

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 3D-nano ESCAによるLa5Ti2MS5O7(M=Cu,Ag)のピンポイント電子状態解析2016

    • Author(s)
      坂井延寿,永村 直佳,Liu Jingyuan,久富隆史,山田太郎,尾嶋正治,堂免一成
    • Organizer
      応用物理学会 2016年春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 3次元nanoESCAを用いた紫外線照射グラフェンの化学結合状態観察2016

    • Author(s)
      今野隼,永村直佳,松本守広,野内亮,小嗣真人,尾嶋正治
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 3次元nanoESCAによる紫外線照射グラフェンの局所化学結合状態の解析2016

    • Author(s)
      今野隼,永村直佳,松本守広,野内亮,小嗣真人,尾嶋正治
    • Organizer
      顕微ナノ材料科学研究会 第11回日本表面科学会放射光表面科学研究部会・SPRUC顕微ナノ材料科学研究会合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      SPring-8
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-15
  • [Presentation] Operando spectromicroscopic analysis of chemical potential shift in organic field-effect transistors2015

    • Author(s)
      N. Nagamura, Y. Kitada, J. Tsurumi, H. Matsui, K. Horiba, I. Honma, J. Takeya and M. Oshima
    • Organizer
      The International Chemical Cobgress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem2015)
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェン素子開発のためのオペランドナノ顕微分光分析2015

    • Author(s)
      永村直佳, 吹留博一, 堀場弘治, 尾嶋正治
    • Organizer
      第25回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜万国橋国際センター
    • Year and Date
      2015-12-08 – 2015-12-10
    • Invited
  • [Presentation] Synchrotron radiation soft X-ray spectroscopy as a powerful tool for organic material analysis2015

    • Author(s)
      Naoka Nagamura
    • Organizer
      TAGEN Mini-symposium on "Current status and future prospects for Chemistry and Material Science with novel light sources"
    • Place of Presentation
      東北大学 片平キャンパス
    • Year and Date
      2015-11-09 – 2015-11-09
    • Invited
  • [Presentation] Electronic state analysis of organic materials using synchrotron radiation soft X-ray2015

    • Author(s)
      永村直佳, 北田祐太, 谷木良輔, 鶴見淳人, 松井弘之, 堀場弘司, 朝倉大輔, 細野英司, 本間格, 竹谷純一, 尾嶋正治
    • Organizer
      The 2nd Tohoku University and NIMS-GREEN Joint Symposium
    • Place of Presentation
      東北大学 片平キャンパス
    • Year and Date
      2015-10-30 – 2015-10-30
  • [Presentation] 放射光軟X線を利用したナノデバイスの動作中分光分析2015

    • Author(s)
      永村直佳
    • Organizer
      東北大学若手アンサンブル研究会ワークショップ
    • Place of Presentation
      東北大学 片平キャンパス
    • Year and Date
      2015-07-23 – 2015-07-23
  • [Presentation] Operando spectromicroscopy for device nanostructure2015

    • Author(s)
      Naoka Nagamura
    • Organizer
      NIMS Conference 2015 "Materials Innovation Driven by Advanced Characterization"
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2015-07-14 – 2015-07-16
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] オペランド光電子分光実験2015

    • Author(s)
      永村直佳
    • Organizer
      日本表面科学会関東支部 第1回関東支部セミナー 表面・薄膜分析シリーズ Vol. 1 「光電子分光のフロンティア ~スピン・時空間分解から電池・触媒開発のオペランド観測~」
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2015-05-22 – 2015-05-22
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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