液体ゲルマニウムの創出

• 研究課題/領域番号: 19K21969
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 増田 貴史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (70643138)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: ゲルマニウム / 半導体 / 溶液プロセス / 液体プロセス / 溶液

研究開始時の研究の概要

研究代表者は過去、常温常圧で液体、脱水素化により固体の半導体Siとなる新物質「液体Si」を創出した。この材料の登場は100年続いたSi半導体史に初めて「液体」からのアプローチを可能とし、歴史的に未開拓であった「液体Si科学」を切り拓いた。本研究は同じ14族にあるSiとGeの反応類似性に着目し、「液体Si」の合成法・精製法をGeへと展開することで「液体Ge」を創出する。そして塗布型Ge薄膜の実証と物性評価を通し「プリンテッド『Ge』エレクトロニクス」実現への足掛かりを得る。

研究成果の概要

本研究の目的は脱水素化により固体の半導体ゲルマニウム（Ge）へ変換可能な「液状の水素化ゲルマニウム」（本研究ではこれを液体Geと呼ぶ）の創出である。候補として3つの化学構造を検討した。1.環状水素化ゲルマニウム、2.鎖状水素化ゲルマニウム、3.可溶性の2次元ゲルマニウムである。この3候補材料の合成を試み、1番の環状水素化ゲルマニウムを用いることで塗布型Ge薄膜が得られた。他の2つの候補は合成時の課題が明らかとなり、本期間内での更なる検討は保留とした。Ge塗膜には焼成雰囲気由来の酸素、有機溶媒や残留触媒由来の炭素が不純物として残っており、その低減が今後の取り組みとなる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2035年以降の半導体産業は従来のSiより高移動度の材料を必要とし、その候補材料の1つであるGe半導体が注目されている。Geデバイスの出発物質には、従来は固体Ge（ウェハ）や気体Ge（CVD原料ガス）が用いられてきた。一方で本研究はそれら従来技術の延長には無い新しい材料系として「液体Ge」という概念を提案する。それは例えば塗布法による低エネルギーな製造プロセスの導入や、混ぜるだけで達成可能なドーピングなど、Ge科学の応用展開に全く新しい見通しを与える。本研究は「液体材料」という視点に立ち、Geという制御性の良い優れた材料を更に深く使い込み、それを活用するための道筋を切り拓く。