原子層/分子集積体ヘテロ界面を用いた機能開拓

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 16H00963
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 北浦 良 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (50394903)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2017: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 電気二重層トランジスタ / 原子層 / 拡散バリア / 分子性固体 / 電界効果トランジスタ / 分子性結晶 / 六方晶窒化ホウ素 / 原子層物質

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度に進めたデバイス構造の作製法についてさらなる検討を加えるとともに、作製したデバイスの電子物性計測を行った。昨年度は、（１）分子性結晶への六方晶窒化ホウ素(hBN)の転写、および（２）hBNへの分子の蒸着、の異なる二通りの方法を用いてhBN/分子性結晶の清浄な界面の作製を検討したが、(1)では清浄な界面を形成することが困難であることが明らかになったため、本年度は(2)の方法についてのみ継続して検討を行った。hBNの転写方法、デバイスの作成方法に種々の検討を加えた結果、厚さが2～3nmの数層hBN超薄膜を用いてC60/hBNの積層デバイスの作製に成功した。このデバイスにイオン液体を滴下し、hBN超薄膜でC60チャンネルを保護した電気二重層トランジスタ構造を作製した。このhBN保護電気二重層トランジスタでは、4 V程度のゲート電圧を加えてもC60が溶出せずに安定に存在しており、hBNの緻密な構造による拡散バリア層という当初のコンセプトを実証することに成功した（ゲート電圧印加前後での顕微鏡観察および分光分析の結果が全く変わらなかった）。また、この構造を用いてイオンゲートによるC60チャネルへのキャリア注入とトランジスタ動作を確認することにも成功した。ただし、3 nmとhBNが厚いためキャリア注入量が少なかったことが問題である。今後は、単層hBNをバリア層としたデバイスへの展開を行っていきたい。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct and Indirect Interlayer Excitons in a van der Waals Heterostructure of hBN/WS2/MoS2/hBN (2018)
  • Author(s): Okada M, Kutana A, Kureishi Y, Kobayashi Y, Saito Y, Saito T, Watanabe K, Taniguchi T, Gupta S, Miyata Y, Yakobson BI, Shinohara H, Kitaura R
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 12 Issue: 3 Pages: 2498-2505
  • DOI: 10.1021/acsnano.7b08253
  • NAID: 120006496402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of biexcitonic emission at extremely low power density in tungsten disulfide atomic layers grown on hexagonal boron nitride (2017)
  • Author(s): M. Okada, Y. Miyauchi, K. Matsuda, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Shinohara, and R. Kitaura
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 7 Issue: 1 Pages: 322-322
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00068-0
  • NAID: 120006305891
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular beam epitaxy growth of monolayer niobium diselenide flakes (2016)
  • Author(s): T. Hotta, T. Tokuda, S. Zhao, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Shinohara, R. Kitaura
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 109 Issue: 13 Pages: 133101-133101
  • DOI: 10.1063/1.4963178
  • NAID: 120005895205
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simple fabrication of air-stable black phosphorus heterostructures with large-area hBN sheets grown by chemical vapor deposition method (2016)
  • Author(s): S. Sinha, Y. Takabayashi, H. Shinohara, R. Kitaura
  • Journal Title: 2D Materials Volume: 3 Issue: 3 Pages: 035010-035010
  • DOI: 10.1088/2053-1583/3/3/035010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two-dimensional metallic NbS2: growth, optical identification and transport properties (2016)
  • Author(s): Sihan Zhao, Takato Hotta, Takashi Koretsune, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Katsuaki Sugawara, Takashi Takahashi, Hisanori Shinohara & Ryo Kitaura
  • Journal Title: 2D Materials Volume: 3 Issue: 2 Pages: 025027-025027
  • DOI: 10.1088/2053-1583/3/2/025027
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Bottom-up fabrication and optical properties of high-quality two-dimensional atomic layers (2016)
  • Author(s): Ryo Kitaura
  • Organizer: A3 conference on emerging materials
  • Place of Presentation: Korea, Buyeo
  • Year and Date: 2016-10-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Bottom-up fabrication and optical properties of high-quality two-dimensional atomic layers (2016)
  • Author(s): Ryo Kitaura
  • Organizer: ナノカーボン研究会 ZAO16
  • Place of Presentation: たかみや瑠璃クラリゾート
  • Year and Date: 2016-08-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Bottom-up fabrication and optical properties of high-quality two-dimensional atomic layers (2016)
  • Author(s): Ryo Kitaura
  • Organizer: 7th UK-Japan Symposium on Fundamental Research Advances in carbon nanomaterials
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 2016-06-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] CSJカレントレビュー「二次元物質の科学」 (2017)
  • Author(s): 北浦良
  • Total Pages: 208
  • Publisher: 日本化学会
• [Book] 応用物理 (2017)
  • Author(s): 北浦良
  • Total Pages: 266
  • Publisher: 応用物理学会
• [Book] 『カルコゲナイド系層状物質の最新研究』 (2016)
  • Author(s): 北浦良
  • Total Pages: 286
  • Publisher: CMC
• [Remarks]
  • URL: http://nano.chem.nagoya-u.ac.jp/japanese/people/kitaura/index.html