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二次元半導体ヘテロ構造の結晶成長と光機能開拓

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107530
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関首都大学東京

研究代表者

宮田 耕充  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (80547555)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード原子層物質 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 成長
研究実績の概要

遷移金属ダイカルコゲナイドのヘテロ構造に関する結晶成長と物性解明に関する研究を進めてきた。1.結晶成長に関しては、これまで開発してきた高温での化学気相成長かつグラファイトや窒化ホウ素のへき開面を成長基板として利用する手法に加え、二段階の気相成長を行うことで、様々なWS2/MoS2系のヘテロ構造の作製に成功してきた。具体的に作製できた試料は、単層のWS2/Mo1-xWxS2やMoS2/WS2の面内接合型のヘテロ構造、単層MoS2/WS2の積層型のヘテロ構造、面内および積層の複合構造である二層のMoS2/WS2複合ヘテロ構造などになる。2.上記試料の電子状態や光学特性の解明を行ってきた。電子状態に関しては、導電性走査プローブ顕微鏡観察や低温の走査トンネル分光によって、ヘテロ界面での電子構造の解明を進めてきた。特に単層のWS2/Mo1-xWxS2系ではタイプ2と呼ばれる半導体ヘテロ接合が実現していることを確認した。また、二層系のヘテロ接合においては、価電子帯と伝導帯が界面近傍で高エネルギー側にシフトする特異な状態が実現していることを見出している。光学特性に関しては、特にMoS2/WS2積層構造を窒化ホウ素上に成長させることで、近赤外領域にシャープな発光ピークを初めて観測した。ピークシフトの温度依存やバンド計算の結果との比較より、これらのピークは層間励起子に関連することが示唆されている。上記の成果は、様々な半導体TMDCの高品質ヘテロ構造の実現によって初めて得られたものであり、これら原子層物質の光・電子デバイス応用に向けた重要な基礎的知見を与えると期待される。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Local optical absorption spectra of MoS2 monolayers obtained using scanning near-field optical microscopy measurements2016

    • 著者名/発表者名
      J. Nozaki, S. Mori, Y. Miyata, Y. Maniwa, K. Yanagi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 号: 3 ページ: 038003-038003

    • DOI

      10.7567/jjap.55.038003

    • NAID

      210000146158

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Vapor Deposition Growth of Graphene and Related Materials2015

    • 著者名/発表者名
      R. Kitaura, Y. Miyata, R. Xiang, J. Hone, J. Kong, R. S Ruoff, S. Maruyama
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 号: 12 ページ: 121013-121013

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.121013

    • NAID

      210000133753

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microscopic basis for the band engineering of Mo1-xWxS2-based heterojunction2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida, Y. Kobayashi, R. Sakurada, S. Mori, Y. Miyata, H. Mogi, T. Koyama, O. Takeuchi, H. Shigekawa
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 5 号: 1 ページ: 14808-14808

    • DOI

      10.1038/srep14808

    • NAID

      120007136051

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Selective Formation of Zigzag Edges in Graphene Cracks2015

    • 著者名/発表者名
      M. Fujihara, R. Inoue, R. Kurita, T. Taniuchi, Y. Motoyui, S. Shin, F. Komori, Y. Maniwa, H. Shinohara, Y. Miyata
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 9 号: 9 ページ: 9027-9033

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b03079

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bandgap-tunable lateral and vertical heterostructures based on monolayer Mo1-xWxS2 alloys2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, S. Mori, Y. Maniwa, Y. Miyata
    • 雑誌名

      Nano Res., 8 (2015)

      巻: 8 号: 10 ページ: 3261-3271

    • DOI

      10.1007/s12274-015-0826-7

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Growth and Optical Properties of High-Quality Monolayer WS2 on Graphite2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, S. Sasaki, S. Mori, H. Hibino, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyata
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 未定 号: 4 ページ: 4056-4063

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b00103

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication and Optical Probing of Highly Extended, Ultrathin Graphene Nanoribbons in Carbon Nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      H.E. Lim, Y. Miyata, M. Fujihara, S. Okada, Z. Liu, Arifin, K. Sato, H. Omachi, R. Kitaura, S. Irle, K. Suenaga, H. Shinohara
    • 雑誌名

      ACS nano

      巻: 未確定 号: 5 ページ: 5034-5040

    • DOI

      10.1021/nn507408m

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] CVD growth of atomically-thin transition metal dichalcogenides and their heterostructures2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyata
    • 学会等名
      JSAP-KPS joint symposium in JSAP spring meeting 2016
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bandgap-tunable lateral and vertical heterostructures based on monolayer Mo1-xWxS2 alloys2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, S. Mori, Y. Maniwa, Y. Miyata
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Y. Kobayashi, S. Mori, S. Sasak, Y. Maniwa, Y. Miyata2015

    • 著者名/発表者名
      andgap tunable lateral and vertical heterostructures based on MoS2/WS2 monolayers
    • 学会等名
      MRS fall meeting
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CVD growth of atomically-thin transition metal dichalcogenides and their heterostructures2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyata
    • 学会等名
      2015 interanational conference on solid state devices and materials (SSDM2015)
    • 発表場所
      北海道札幌市
    • 年月日
      2015-09-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の成長と機能開拓2015

    • 著者名/発表者名
      宮田耕充
    • 学会等名
      第49回日本セラミックス協会基礎科学部会セミナー
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-07-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] WS2/MoS2ヘテロ構造の2段階成長と評価2015

    • 著者名/発表者名
      森勝平、真庭豊、 宮田耕充
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Growth and Optical Properties of High-Quality WS2 Monolayers on Graphite2015

    • 著者名/発表者名
      宮田耕充、小林佑、佐々木將吾、森勝平、真庭豊、 谷口尚、渡辺賢司、日比野浩樹
    • 学会等名
      APS March Meeting 2015
    • 発表場所
      San Antonio, Texa
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Growth of High-Quality WS2 Monolayers on Graphite2015

    • 著者名/発表者名
      小林佑、佐々木將吾、森勝平、日比野浩樹、谷口尚、渡辺賢司、真庭豊、 宮田耕充
    • 学会等名
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Two-step growth of characterization of WS2/MoS2 heterostructures2015

    • 著者名/発表者名
      森勝平、真庭豊、 宮田耕充
    • 学会等名
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Combinatorial synthesis of single-layer Mo1-xWxS2 by sulfurization of patterned oxide thin films2014

    • 著者名/発表者名
      小林佑、森勝平、真庭豊、宮田耕充
    • 学会等名
      Recent Progress in Graphene Research (RPGR 2014)
    • 発表場所
      台湾
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis and characterization of two-dimensional semiconductor heterostructures based on transition metal dichalcogenides2014

    • 著者名/発表者名
      森勝平、真庭豊、宮田耕充
    • 学会等名
      Recent Progress in Graphene Research (RPGR 2014)
    • 発表場所
      台湾
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 薄膜硫化法によるMoxW1-xS2ヘテロ構造の合成と評価2014

    • 著者名/発表者名
      小林佑、森勝平、真庭豊、宮田耕充
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] インジウムはんだを利用した遷移金属ダイカルコゲナイドの電気伝導特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      井上凌介、小林佑、森勝平、真庭豊、宮田耕充
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] One-step synthesis of heterostructures based on transition metal dichalcogenides by thin-film sulfurization2014

    • 著者名/発表者名
      小林佑、森勝平、真庭豊、宮田耕充
    • 学会等名
      第47回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Optical properties of transition metal dichalcogenides grown by thin-film sulfurization2014

    • 著者名/発表者名
      犬飼絵理、小林佑、宮田耕充、真庭豊、篠原久典
    • 学会等名
      第47回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 原子層ヘテロ構造の結晶成長2014

    • 著者名/発表者名
      宮田耕充
    • 学会等名
      第4回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン若手研究会、
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノ構造をテンプレートとして 利用した機能性材料の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宮田耕充
    • 学会等名
      第42回 東北地区高分子若手研究会夏季ゼミナール
    • 発表場所
      山形県
    • 年月日
      2014-07-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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