研究課題
若手研究
ゲルマニウム(Ge)版グラフェンと言えるゲルマネンは、高キャリア易動度と電界によるバンドギャップの直接制御性を合わせもち、グラフェンを超える物性をもつ2次元物質と理論的に予想されている。しかし、ゲルマネンの電子輸送特性は未だに一件も報告されていない。これはゲルマネンが化学的に不安定であり、既存の表面へのゲルマネン合成法では、高品質なゲルマネンの電子デバイス化が本質的に困難なためである。本研究は上記課題を解決するため、六方晶窒化ホウ素(h-BN)層間のナノ空間へゲルマネンを直接合成する。h-BN層間内でゲルマネンを化学的に安定化させ、ゲルマネン電子デバイスを作製し、ゲルマネンの電子輸送特性を明らかにする。
本研究では、2次元材料の最適基板として知られる六方晶窒化ホウ素(h-BN)層間にゲルマネンを直接合成する手法を研究し、デバイス化によるゲルマネンの電子輸送特性評価を目的としている。ゲルマネンの直接合成に関しては、h-BNより試料が取り扱いやすいグラフェンを用いて、ファンデルワールス(vdW)物質層間でのゲルマニウム(Ge)の結晶化を研究した。透過型電子顕微鏡によるその場観察を利用して、Geの結晶化やマイグレーションなど、基礎的な結晶化の現象を原子レベルのスケールで捉えることに成功した。一方で、h-BN界面への均一なゲルマネン形成とデバイス化には至らなかった。
本研究では、グラフェン層間でのGeの結晶化を初めて捉えた。Geが融点以上の温度でもグラフェン層内にとどまって結晶化するため、原理的にグラフェン層内でのゲルマネンの結晶成長が可能であることを示した。また、本研究で開発したグラフェン/Ge/グラフェンのサンドイッチ構造作製技術は、他のvdW物質のサンドイッチ構造にも適用可能である。このため、本成果は原子層物質のプロセス技術の拡張につながり、近年多数発見されている新原子層物質全般への適用やデバイス応用の促進が期待できる。
すべて 2021
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)
表面と真空
巻: 64 号: 8 ページ: 358-363
10.1380/vss.64.358
130008072752
Advanced Functional Materials
巻: 31 号: 5 ページ: 2007038-2007038
10.1002/adfm.202007038
