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絶縁性基板上のゲルマニウム二次元結晶の創製と電子物性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02169
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

大田 晃生  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10553620)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワードゲルマニウム / サファイア / 極薄膜 / 二次元結晶 / 結晶化 / 電子状態 / 電子物性
研究開始時の研究の概要

ゲルマネンなどゲルマニウム二次元結晶の卓越した電子物性や新機能を明らかにすることを目指す。研究の第一段階として、シリコンとゲルマニウムの化学的性質を利用し、絶縁性基板上でゲルマニウム二次元結晶を合成する方法を確立に取り組む。そして、絶縁層で挟まれた二次元結晶を作成した後、ゲルマニウム二次元結晶の電子物性を実験的に明らかにする。さらに、ゲルマニウム二次元結晶への不純物添加などによる電子物性の変調や合成技術を発展させ、新物性や新機能の発現を目指す。

研究成果の概要

絶縁性基板であるSapphire上に極薄Ge結晶、究極的にはGe二次元結晶を形成にすることを目的とし、研究を推進した。Sapphire(0001)は熱処理により清浄かつ平坦な基板表面を得る技術が確立されていることに加えて、その表面の原子配列はGe(111)の成長に適している。そこで、Sapphire上にRFマグネトロンスパッタによりGe薄膜を形成し、熱処理によるGe薄膜の結晶化や熱酸化による薄膜化を行い、その結晶構造や表面平坦性を評価した。特に、Ge薄膜堆積時の基板加熱の効果や、アモルファスGe薄膜の固相結晶化、Geの融点付近の温度での短時間熱処理による溶融結晶化を調べた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

微細で高性能な電子デバイスを実現する材料として、二次元結晶が期待されている。本研究ではグラフェンを構成する炭素(C)と同じ14族の元素であるゲルマニウム(Ge)において、その極薄結晶、究極的には二次元結晶を、絶縁性基板上に形成することを目的として研究を推進し、数ナノメートルのGe薄膜の固相結晶化では、結晶核生成と成長を意図した二段階の熱処理をすることが有効であることなど有意義な知見を得ることができた。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Impact of substrate heating during Al deposition and post annealing on surface morphology, Al crystallinity, and Ge segregation in Al/Ge(111) structure2022

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Keigo、OHTA Akio、Taoka Noriyuki、Hayashi Shohei、MAKIHARA Katsunori、MIYAZAKI Seiichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 号: SH ページ: SH1012-SH1012

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5fbc

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization of Ge Thin Films on Sapphire(0001) by Thermal Annealing2020

    • 著者名/発表者名
      Sugawa Hibiki、Ohta Akio、Kobayashi Masato、Taoka Noriyuki、Ikeda Mitsuhisa、Makihara Katsunori、Miyazaki Seiichi
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 号: 5 ページ: 505-511

    • DOI

      10.1149/09805.0505ecst

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy band diagram for SiO2/Si system as evaluated from UPS analysis under vacuum ultraviolet with variable incident photon energy2020

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, T. Imagawa, N. Taoka, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SA ページ: SAAC02-SAAC02

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abb75b

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex dielectric function of Si oxide as evaluated from photoemission measurements2020

    • 著者名/発表者名
      Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda, Katsunori Makihara, and Seiichi Miyazaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 号: SM ページ: SMMB04-SMMB04

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8c99

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Al/Si(111)上に表面偏析したSiの光電子分光分析2022

    • 著者名/発表者名
      酒井 大希、松下 圭吾、大田 晃生、田岡 紀之、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      2022年 第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 基板加熱によるAl/Ge(111)の結晶性・平坦性の制御と熱処理によるGe 表面偏析2022

    • 著者名/発表者名
      松下 圭吾、大田 晃生、林 将平、田岡 紀之、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―(第27回)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Impact of Substrate Heating on Surface Flattening and Ge Segregation of Al/Ge(111)2021

    • 著者名/発表者名
      K. Matsushita, A. Ohta, N. Taoka, S. Hayashi, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      2021 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 基板加熱がAl/Ge(111)構造の表面平坦化とGe偏析に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      松下 圭吾、大田 晃生、田岡 紀之、林 将平、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Sapphire(0001)上アモルファスGe 薄膜の固相結晶化2021

    • 著者名/発表者名
      須川 響、大田 晃生、田岡 紀之、池田 弥央、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―(第26回)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization of Ge Thin Films on Sapphire(0001) by Thermal Annealing2020

    • 著者名/発表者名
      H. Sugawa, A. Ohta, M. Kobayashi, N. Taoka, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      PRiME 2020 (ECS, ECSJ, & KECS Joint Meeting)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Valence Band Top of Si Surface by Vacuum Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy with Variable Incident Photon Energy2020

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      12th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sapphire(0001)上にスパッタ形成したGe薄膜の結晶化2020

    • 著者名/発表者名
      須川 響、大田 晃生、小林 征登、田岡 紀之、池田 弥央、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      2020年 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] XPSによるSi系材料の複素誘電関数・光学定数の評価2020

    • 著者名/発表者名
      大田 晃生、田岡 紀之、池田 弥央、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―(第25回)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光電子エネルギー損失信号によるSi系材料の複素誘電関数評価2020

    • 著者名/発表者名
      大田 晃生、田岡 紀之、池田 弥央、牧原 克典、宮﨑 誠一
    • 学会等名
      2019年 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] Complex Dielectric Function of Si Oxide as Evaluated from Photoemission Measurements2019

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      2019 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determination of Complex Dielectric Function of Oxide Film from Photoemission Measurements2019

    • 著者名/発表者名
      A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] ポストグラフェン材料の創製と用途開発最前線 ~二次元ナノシートの物性評価、構造解析、合成、成膜プロセス技術、応用展開~ 第3章 二次元ナノシートの成膜プロセシング技術 第4節 共晶系で生じる析出現象を応用したIV族系ナノシートの形成技術2020

    • 著者名/発表者名
      (分担執筆) 黒澤 昌志/大田 晃生 (監修者) 柚原淳司,
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 「光電子分光(XPS, UPS)」、 2020版薄膜作製応用ハンドブック2020

    • 著者名/発表者名
      宮﨑誠一, 大田晃生
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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