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MOCVD法による遷移金属ダイカルコゲナイドの成長技術開発とフォトニクス機能探索

研究課題

研究課題/領域番号 17H03241
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

佐久間 芳樹  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (60354346)

研究分担者 池沢 道男  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30312797)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード遷移金属ダイカルコゲナイド / 層状物質 / MOCVD / 量子閉じ込め / 励起子
研究成果の概要

次世代の新たな半導体材料として期待される遷移金属ダイカルコゲナイドに関して、MOCVD法に基づく独自の成膜技術の開発を進めるとともに、フォトニクス材料としての可能性を見極める基礎研究を行った。MoやWのプリカーサとして、オキシクロライド原料の有用性を示したほか、高い耐熱性と触媒効果を兼ね備えたアルカリ・アルミノシリケートガラス基板を見出し、それを基板に用いた成長技術を開発した。また、面内量子閉じ込めの確認やヘテロ構造に必須なTMDC材料の拡張を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、現在急速に関心が高まっている遷移金属ダイカルコゲナイドのMOCVD技術の先導的研究を進めたものである。MOCVDの原料プリカーサの選択や触媒効果を持つ新たなガラス基板に関して独自の研究を展開し、有用な結果と知見を明らかにした。その結果、世界的にも誇れるレベルのMOCVD技術を構築した。また、ヘテロ構造の基盤技術として多種のTMDCの成膜を実現し、面内量子閉じ込めを世界で初めて観測した。これらの研究成果の技術的・学術的価値は極めて高く、材料技術を通じて近未来のスマート社会の構築にも寄与しうるものと考えられる。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Two-Dimensional WSe2/MoSe2 Heterostructures Grown by Molecular-Beam Epitaxy2021

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ohtake, Yoshiki Sakuma
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunable Doping of Rhenium and Vanadium into Transition Metal Dichalcogenides for Two‐Dimensional Electronics2021

    • 著者名/発表者名
      Li Shisheng、Hong Jinhua、Gao Bo、Lin Yung‐Chang、Lim Hong En、Lu Xueyi、Wu Jing、Liu Song、Tateyama Yoshitaka、Sakuma Yoshiki、Tsukagoshi Kazuhito、Suenaga Kazu、Taniguchi Takaaki
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 0 号: 11 ページ: 2004438-2004438

    • DOI

      10.1002/advs.202004438

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Substrate Orientation on MoSe2/GaAs Heteroepitaxy2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ohtake, Yoshiki Sakuma
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 9 ページ: 5196-5203

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b11278

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wafer-scale and deterministic patterned growth of monolayer MoS2 via vapor-liquid-solid method2019

    • 著者名/発表者名
      S. Li , Y-C. Lin, X-Y. Liu, Z. Hu, J. Wu, H. Nakajima, S. Liu, T. Okazaki, W. Chen, T. Minari, Y. Sakuma, K. Tsukagoshi , K. Suenaga, T. Taniguchi, M. Osada
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 11 号: 34 ページ: 16122-16129

    • DOI

      10.1039/c9nr04612g

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Heteroepitaxy of MoSe2 on Si(111) substrates: Role of surface passivation2019

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtake, Y. Sakuma
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 114 号: 5

    • DOI

      10.1063/1.5083974

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic Structure and Passivated Nature of the Se-treated GaAs(111)B Surface2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ohtake, Shunji Goto, Jun Nakamura
    • 雑誌名

      SCIENTIFIC REPORTS

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-19560-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of Surface and Interface Structures in Molecular-Beam Epiaxy of MoSe2 on GaAs(111)A and (111)B2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ohtake, Yoshiki Sakuma
    • 雑誌名

      CRYSTAL GROWTH & DESIGN

      巻: 17 号: 1 ページ: 363-367

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.6b01605

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 孤立した微小な単結晶ドメインから成るWS2単層膜の発光の円偏光度2021

    • 著者名/発表者名
      小俣 慶将、松山 享平、Ruoxi Wang、相原 健人、佐久間 芳樹、池沢 道男
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] OSS-CVD for MoS2 Monolayers: A New Approach Utilizing Oxide-Scale Sublimation of Molybdenum2020

    • 著者名/発表者名
      楊 旭、池田 直樹、佐久間 芳樹
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 真空中でのUV 光照射による単層WS2 の発光増大効果2020

    • 著者名/発表者名
      松山 享平, 佐久間 芳樹, 池沢 道男
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Impact of Glass Substrates on MoS2 Monolayers Grown by Novel Oxychloride CVD2019

    • 著者名/発表者名
      SAKUMA Yoshiki, LI Shisheng, IKEDA Naoki, OHTAKE Akihiro
    • 学会等名
      The 11th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heteroepitaxy of MoSe2 on GaSe-terminated Si(111)2019

    • 著者名/発表者名
      OHTAKE Akihiro, SAKUMA Yoshiki
    • 学会等名
      The 11th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガス原料CVDを用いたTMDC単層膜成長におけるガラス基板の効果2019

    • 著者名/発表者名
      佐久間 芳樹, 李 世勝, 池田 直樹, 大竹 晃浩
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] MoSe2/GaAsヘテロエピタキシーにおける基板面方位依存性2019

    • 著者名/発表者名
      大竹 晃浩, 佐久間 芳樹
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] チューナブルなファブリー・ペロー型光共振器中の二次元半導体の光スペクトル2019

    • 著者名/発表者名
      片平博夫、久保直人、寺平成希、佐久間芳樹、池沢道男
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] WOCl4をプリカーサに用いたWS2単層膜のガス原料CVD2018

    • 著者名/発表者名
      佐久間芳樹、池田直樹、大竹晃浩、間野高明
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Scalable growth of high-quality MoS2 and WS2 atomic layers using oxychloride sources in MOCVD reactor2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakuma, N. Ikeda, T. Mano, A. Ohtake
    • 学会等名
      ICMOVPE-XIX
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Se 処理されたGaAs(111)B 表面の構造安定性2018

    • 著者名/発表者名
      後藤俊治、大竹晃浩、赤石暁、中村淳
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Se処理GaAs(111)B表面の安定化機構2017

    • 著者名/発表者名
      大竹 晃浩, 後藤俊治, 中村淳
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋期学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 遷移金属カルコゲナイド層状膜の形成方法およびそのための装置2020

    • 発明者名
      佐久間 芳樹
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 酸化モリブデンの成膜方法およびそのための装置2020

    • 発明者名
      佐久間 芳樹
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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