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高効率な紫外可視光検出器のための窒化ガリウム表面での二硫化モリブデン層成長の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K05267
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

カリタ ゴラップ  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20615629)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードmolybdenum disulfide / gallium nitride / CVD / Heterostructure / 化学気相合成 / ファンデルワールヘテロ構造 / 紫外可視光検出器
研究開始時の研究の概要

2次元MoS2層は単原子層化によりバンド構造が直接遷移型(~1.8eV)に変化することで電子デバイスへの注目を大変集めている。また、窒化ガリウム(GaN)は、最も有望な広いバンドギャップをもち、発光ダイオード(LED)、太陽電池、紫外線センサー、高電子移動度トランジスタなどに用いられてきた。そこで、様々なデバイス応用の可能性があるMoS2層・GaNヘテロ接合の新たな作製方法として、GaNのGa面と窒素面へのMoS2層の成長と界面の品質向上を目指すことを着想した。

研究実績の概要

In this research, we proposed to develop molybdenum disulfide (MoS2) and gallium nitride (GaN) heterostructure for short wavelength photodetector applications. In this prospect, we have studied the van der Waal heteroepitaxial growth of MoS2 film by chemical vapor deposition (CVD) method on the GaN surface. Synthesis of MoS2 triangular crystals was achieved on Ga-terminated GaN substrate by the CVD technique using the ammonium tetrathiomolybdate precursor. Growth of triangular crystals on the GaN substrate surface with same orientation was obtained by the CVD process. The growth of triangular crystals with same orientation is due to less lattice mismatched between the MoS2 layer and GaN. Further, the interface quality of the as-synthesized MoS2 crystals and GaN wafer is explored by X-ray photoelectron spectroscopy. A heterojunction device is fabricated with the synthesized MoS2 layer on GaN, showing excellent rectifying diode characteristics and a photovoltaic action with light illumination. This study reveals the suitability of the ammonia-containing ATM precursor for the growth of MoS2 crystals on GaN in the CVD process to obtain a suitable heterostructure for device applications. Again, the developed heterostructure can be significant for application in hydrogen generation considering the catalytic activities of MoS2 layers.

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Synthesis of MoS2 Layers on GaN Using Ammonium Tetrathiomolybdate for Heterojunction Device Applications2021

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, B. Todankar, A. K. Ranade, M. Kondo, T. Dewa, M. Tanemura, G. Kalita
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology

      巻: 2000198 号: 6

    • DOI

      10.1002/crat.202000198

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In Situ Surface Modification of Bulk or Nano Materials by Cytochrome-c for Active Hydrogen Evolution Catalysis2021

    • 著者名/発表者名
      P. Thakur, J. Mannuthodikayil, G. Kalita, K. Mandal, and T. N. Narayanan
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 5 号: 3 ページ: 1295-1300

    • DOI

      10.1039/d0qm00627k

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] MoS2-Graphene van der Waals Heterostructures as Stable and Sensitive Electrochemical Sensing Platforms2020

    • 著者名/発表者名
      S. P. Figerez, K. K. Tadi, K. R. Sahoo, R. Sharma, R. K. Biroju, A. Gigi, A. Anand K, G. Kalita, T. N. Narayanana
    • 雑誌名

      Tungsten

      巻: 2(33) 号: 4 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1007/s42864-020-00061-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth of uniform MoS2 layers on free-standing GaN semiconductor for vertical heterojunction device application2020

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, A. K. Ranade, M. Shinde, B. Todankar, R. D. Mahyavanshi, M.i Tanemura, G. Kalita
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 31 号: 3 ページ: 2040-2048

    • DOI

      10.1007/s10854-019-02723-w

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Schottky Junction Properties of Graphene with Nitrogen and Gallium Polar Freestanding GaN2019

    • 著者名/発表者名
      A. Ranade,R. Mahyavanshi, P. Desai, M. Tanemura, G. Kalita
    • 雑誌名

      Proceeding of IEEE Nano 2019

      巻: - ページ: 235-238

    • DOI

      10.1109/nano46743.2019.8993910

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of MoS2-Silicon Interface States on Spectral Photoresponse Characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, A. K. Ranade, R. Mahyavanshi, M. Tanemura, G. Kalita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi A : Applications and Materials Science

      巻: 216 号: 18

    • DOI

      10.1002/pssa.201900349

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Formation of effective CuI‐GaN heterojunction with excellent ultraviolet photoresponsive photovoltage2019

    • 著者名/発表者名
      A. K. Ranade, P. Desai, R. Mahyavanshi, M. Tanemura, G. Kalita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi A : Applications and Materials Science

      巻: 216 号: 18

    • DOI

      10.1002/pssa.201900200

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Trifunctional electrocatalytic properties of nitrogen doped graphitic carbon nanofibers synthesized on nichrome2021

    • 著者名/発表者名
      B. P. Todankar, S. Nakanishi, P. Desai, A. Ranade, N. Tharangattu, M. Tanemura, G. Kalita
    • 学会等名
      2021年 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
    • 国際学会
  • [学会発表] Epitaxial growth of triangular MoS2 crystals on freestanding GaN wafer by spin coating precursor2020

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, B. Todankar, M. Shinde, A. K. Ranade, M. E. Ayhan, M. Kondo, T. Dewa, M. Tanemura, G. Kalita
    • 学会等名
      International conference on smart materials for sustainable Technology (SMST-2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Materials and devices for clean and green energy technologies2020

    • 著者名/発表者名
      G. Kalita
    • 学会等名
      Research Support Conclave 2020, Coimbatore Institute of Technology, Coimbatore, India
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heterojunction of 2D layered materials with wide bandgap semiconductors2020

    • 著者名/発表者名
      G. Kalita
    • 学会等名
      International Conference on Functional Materials (ICFM 2020) Indian Institute of Technology Kharagpur (IITKGP), India
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heterojunction of 2D layered materials with wide bandgap semiconductors2020

    • 著者名/発表者名
      G. Kalita
    • 学会等名
      International Conference on Functional Materials (ICFM 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Growth of MoS2 triangular crystal on 4H-SiC substrate using ammonium tetrathiomolybdate precursor2019

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, A. K. Ranade, M. Shinde, B. Todankar, M. Tanemura, G. Kalita
    • 学会等名
      The 3rd FRIMS International Symposium on Frontier Materials
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of MoS2 crystals on 4H-SiC substrate for photocatalytic application2019

    • 著者名/発表者名
      P. Desai, A.K. Ranade, R.D. Mahyavanshi, M. Shinde, B., Todankar, M. Kato, M. Tanemura, G. Kalita
    • 学会等名
      32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of heterostructure with MoS2 layers and GaN for photoresponsive device application2019

    • 著者名/発表者名
      P. N. Desai, A. K. Ranade, M. Shinde, B. Todankar, R. D. Mahyavanshi, M. Tanemura, G. Kalita
    • 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 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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