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二次元原子層膜を使った超高感度光センサーの開発

Research Project

Project/Area Number 17F17360
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Nano/Microsystems
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

若山 裕  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 副拠点長 (00354332)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) MUKHERJEE BABLU  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2017-11-10 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2017: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Keywords光トランジスタ / 多値メモリ / 遷移金属カルコゲナイド / 二硫化レニウム / 直接遷移型半導体 / 二次元原子層 / フォトダイオード / 光センサー / 電界効果トランジスタ
Outline of Annual Research Achievements

二次元層状物質のひとつ二硫化レニウム(ReS2)を中心材料にした光機能性薄膜トランジスタの開拓に取り組んだ。まず、原子層数の異なる二枚のReS2薄膜を並列に接合して、これを光トランジスタのチャネル層として用いた。その結果、高い量子収率と高速応答の両方を兼ね備えた高機能性光トランジスタの動作を実現できた。これは二枚のReS2薄膜の接合界面で余剰電荷がトラップされることにより、光励起された電荷の再結合を抑制しているためであることを明らかにした。次に3種類の二次元層状物質(グラフェン・六方晶窒化ホウ素・ReS2)を積層したフローティングゲート型メモリ素子において、光照射とゲート電圧を適宜制御することにより、電荷をフローティングメモリに蓄積した光メモリ機能の動作に成功した。ここではグラフェンがフローティングゲート、六方晶窒化ホウ素がゲート絶縁膜、ReS2薄膜がトランジスタチャネルとして機能する。この素子の特長は光照射をパルスレーザー光とすることにより、蓄積する電荷の量を再現性よく制御できることにある。特に蓄積量を多段階に制御した多値メモリを実現できた。以上、光トランジスタと光メモリの二つの光機能性薄膜トランジスタは、いずれも半導体であるReS2薄膜をチャネルとして用いている。このReS2は原子層数に関係なく直接遷移型の半導体として機能するといった特長を持つ。通常の遷移金属カルコゲナイドは単層では直接遷移型だが、多層にすると間接遷移型半導体になってしまう。しかしReS2は複数層でも直接遷移型半導体であるため、上記のような光機能性を発現することができた。このようにして新しい光応答性の機能性トランジスタの開拓に成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Enhanced quantum efficiency in vertical mixed-thickness ReS2/p-Si Schottky photodiode2019

    • Author(s)
      Bablu Mukherjee, Amir Zulkefli, Ryoma Hayakawa, Yutaka Wakayama, Shu Nakaharai
    • Journal Title

      ACS Photonics

      Volume: 6 Issue: 9 Pages: 2277-2286

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.9b00580

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 2D Materials and van-der-Waals Heterostructure based Optoelectronic Devices2019

    • Author(s)
      MUKHERJEE Bablu, Bin ZULKEFLI Mohd Amir, HAYAKAWA Ryoma, WATANABE Kenji, TANIGUCHI Takashi, WAKAYAMA Yutaka, NAKAHARAI Shu
    • Organizer
      International Conference on Nano Science and Technology
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhanced Quantum Efficiency in Mixed-thickness ReS2/p-Si Schottky Photodiode2019

    • Author(s)
      MUKHERJEE Bablu, Bin ZULKEFLI Mohd Amir, HAYAKAWA Ryoma, WATANABE Kenji, TANIGUCHI Takashi, WAKAYAMA Yutaka, NAKAHARAI Shu
    • Organizer
      32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 2D van-der-Waals Multilayer-ReS2/h-BN/Graphene Heterostructures Based Non-Volatile Memory Device for IoT Era2019

    • Author(s)
      MUKHERJEE Bablu, Bin ZULKEFLI Mohd Amir, HAYAKAWA Ryoma, WATANABE Kenji, TANIGUCHI Takashi, WAKAYAMA Yutaka, NAKAHARAI Shu
    • Organizer
      International Conference on Materials for Advanced Technologies
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 2D van-der-Waals Multilayer-ReS2/h-BN/Graphene Heterostructures Based Non-Volatile Memory Device for IoT Era2019

    • Author(s)
      MUKHERJEE Bablu, IWASAKI Takuya, Bin ZULKEFLI Mohd Amir, WATANABE Kenji, TANIGUCHI Takashi, WAKAYAMA Yutaka, NAKAHARAI Shu
    • Organizer
      International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Few-Layer ReS2 based Vertical p-n van der Waals Junction for Photosensing2018

    • Author(s)
      MUKHERJEE Bablu, Bin ZULKEFLI Mohd Amir, Ryoma Hayakawa, WAKAYAMA Yutaka NAKAHARAI Shu
    • Organizer
      SSDM 2018, 50th annual conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-11-13   Modified: 2024-03-26  

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