複合原子層の界面特性理解と原子層デバイスへの応用

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 原子層科学
• 研究課題/領域番号: 25107004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長汐 晃輔 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20373441)
• 研究分担者: 長谷川 雅考 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, グループ長 (20357776) ; 上野 啓司 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40223482) ; 塚越 一仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (50322665)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 原子層 / 複層化 / トランスポート / 結晶成長

研究実績の概要

(i)２層グラフェンは，ギャップ内準位のため電流のon/off比が取れないという問題点がある。今回コンダクタンス法によりギャップ内準位密度が1013cm-2eV-1程度存在することが示した。デバイス構造の改善により10^11 cm-2eV-1以下に低減できれば、on/off比の向上が期待できる。また、層状絶縁体であるh-BNにおいて、電気的絶縁破壊はlayer-by-layerで起こることをコンダクティブAFMにより実験的に示した。
(ii)カルコゲナイド系原子膜伝導における散乱特性は、伝導体が原子膜厚であるために、原子膜周辺の散乱要因に極めて敏感である。異なる原子膜層数の計測によって、原子膜が接する界面での荷電子による散乱が、原子膜伝導の移動度を大きく抑制していることを見出した。
(iii)グラフェン透明電極を利用した高分子有機ＥＬ素子の開発を進めた。大面積ＣＶＤグラフェンの低抵抗化の他、仕事関数のチューニング、濡れ性の向上、リーク電流の低減、基材の選択などの界面特性の制御技術開発により、高輝度発光を得ることができた。
(iv)6族遷移金属ダイカルコゲナイドのバルク単結晶を化学蒸気輸送法により成長し，ホール効果，ラマン分光測定を行った。さらに機械的剥離法を用いて電界効果トランジスタを作製しMoTe2をチャネルに用いた素子で，両極動作を確認した。
(v)六方晶窒化ホウ素原子層は、グラフェンと組み合わせることにより２つの興味あるグラフェンの新しい物理を引き出すことが可能である。グラフェンの電子状態を乱さないための絶縁保護層として利用できること、グラフェンの原子配列と空間的に干渉させ、グラフェンの電子構造を変調できることがわかってきた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

グラフェンだけでなく，カルコゲナイド系の輸送特性の理解も進んだ．さらに，絶縁層状物質の電気的信頼性に関する研究も進んだため．

今後の研究の推進方策

層状物質の複層化技術に関する講習会を開催すること，また育成した新規層状物質を広く提供することで，技術のベースを共有し，研究の進展を加速する．

研究成果

• [国際共同研究] Monash University(Australia)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Monash University
• [国際共同研究] National Chung-Hsing University/National Chiao Tung University(China)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: National Chung-Hsing University/National Chiao Tung University
• [国際共同研究] University of California, Los Angeles/U.S. Naval Research Laboratory/University of California San Diego(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California, Los Angeles/U.S. Naval Research Laboratory/University of California San Diego
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] University of Manchester/Imperial College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Manchester/Imperial College London
• [国際共同研究] National University of Singapore(singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National University of Singapore
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Sub-Diffractional Volume-Confined Polaritons in the Natural Hyperbolic Material Hexagonal Boron Nitride (2014)
  • 著者名/発表者名: J. D. Caldwell, A. V. Kretinin,Y. Chen, V. Giannini, M. M. Fogler, Y. Francescato, C. T. Ellis, J. G. Tischler, C. R. Woods, A. J. Giles, M. Hong, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. A. Maier, and K. S. Novoselov
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 5221
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms6221
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thickness Scaling Effect on Interfacial Barrier and Electrical Contact to Two-Dimensional MoS2 Layers (2014)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, K. Komatsu, S. Nakaharai, Y.-F. Lin, M. Yamamoto, X. Duan, and K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 ページ: 12836-12842
  • DOI: DOI:10.1021/nn506138y
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Semiconducting properties of bilayer graphene modulated by electric field for next-generation atomic-film electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Tsukagoshi, S.-L.Li, H.Miyazaki, A.Aparecido-Ferreira, S.Nakaharai
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 47 (9), 094003 ページ: 1-17
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/47/9/094003
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure and transport properties of the interface between CVD-grown graphene domains (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Ogawa, K.Komatsu, K. Kawahara, M.Tsuji, K. Tsukagoshi, and H. Ago
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6(13) ページ: 7288-7294
  • DOI: DOI:10.1039/c3nr06828e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum capacitance measurement of bilayer graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio, K. Kanayama, T. Nishimura, and A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: 61(3), ページ: 75
  • DOI: DOI:10.1149/06103.0075ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal orientation relation and macroscopic surface roughness in hetero-epitaxially grown graphene on Cu/mica (2014)
  • 著者名/発表者名: J. L. Qi, K. Nagashio, T. Nishimura, and A. Toriumi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 25 ページ: 185602
  • DOI: DOI:10.1088/0957-4484/25/18/185602
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large Fermi energy modulation in graphene transistors with high-pressure O2-annealed Y2O3 topgate insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kanayama, K. Nagashio, T. Nishimura, A. Troiumi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 083519
  • DOI: DOI:10.1063/1.4867202
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ambipolar MoTe2 Transistors and Their Applications in Logic Circuits (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.-F. Lin, Y. Xu, S.-T. Wang, S.-L. Li, M. Yamamoto, A. Aparecido-Ferreira, W. Li, H. Sun, S. Nakaharai, W.-B. Jian, K. Ueno, and K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 26 ページ: 3263-3269
  • DOI: DOI:10.1002/adma.201305845
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strong Enhancement of Raman Scattering from a Bulk-Inactive Vibrational Mode in Few-Layer MoTe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto, S. T. Wang, M. Ni, Y.-F. Lin, S.-L. Li, S. Aikawa, W.-B. Jian, K. Ueno, K. Wakabayashi, and K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 ページ: 3895-3903
  • DOI: DOI:10.1021/nn5007607
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Barrier inhomogeneities at vertically stacked graphene-based heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Yen-Fu Lin, W. Li, S.-L. Li, Y. Xu, A. Aparecido-Ferreira, K. Komatsu, H. Sun, S. Nakaharai, and K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 ページ: 795
  • DOI: DOI:10.1039/C3NR03677D
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvement of Multilayer Graphene Synthesis on Copper Substrate by Microwave Plasma Process Using Helium at Low-Temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, K. Tsugawa, T. Yamada, M. Ishihara, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 53 ページ: 015505
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.53.015505
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Chemical Vapor Deposition Growth of WS2 Atomic Layers on Hexagonal Boron Nitride (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Okada, T. Sawazaki, K. Watanabe, T. Taniguch, H. Hibino, H. Shinohara, and R. Kitaura
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8(8) ページ: 8273-8277
  • DOI: DOI:10.1021/nn503093k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bilayer graphene synthesis by plasma treatment of copper foils without using a carbon-containing gas (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, K. Tsugawa, Y. Okigawa, T. Yamada, M. Ishihara, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Carbon 巻: 77 ページ: 823
  • DOI: DOI:10.1016/j.carbon.2014.05.087
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Current injection into atomically thin semiconducting single crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Tsukagoshi
  • 学会等名: US/Japan Workshop on 2D Materials
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bilayer graphene field-effect transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Nagashio
  • 学会等名: US/Japan Workshop on 2D Materials
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carrier response in electric-field-induced bandgap of bilayer graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: 45th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of graphene using plasma for high throughput production (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa
  • 学会等名: 2014 International Graphene Workshop
  • 発表場所: , Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 2014-11-11 – 2014-11-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomically thin semiconducting channels for future nano-electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Tsukagoshi
  • 学会等名: Indo-Japan DST-JSPS Workshop on“Graphene and Related Materials”
  • 発表場所: Bangalore, India
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Graphene Synthesis By Plasma Technique Toward Transparent Conductive Film Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada
  • 学会等名: The 2014 ECS and SMEQ Joint International Meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Graphene Synthesis by Plasma Technique toward Transparent Conductive Film Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada
  • 学会等名: The 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2014)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomically thin semiconducting channels for future nano-electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Tsukagoshi
  • 学会等名: The 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR)
  • 発表場所: Taipei,Taiwan
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Energy gap formation and gap states analysis in bilayer graphene under the ultra-high displacement (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: Japan-Korea Joint Symposium on Semiconductor Physics and Technology
  • 発表場所: 国際会議場，北海道札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Graphene Synthesis by Using Plasma Technique and Its Transparent Conductive Film Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada
  • 学会等名: GRAPCHINA
  • 発表場所: Ningbo, China
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single crystal growth of Boron Nitride and new applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi
  • 学会等名: 8th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Semiconducting properties in bilayer graphene under the ultara-high displacement (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: IEEE INEC2014
  • 発表場所: 北海道大学，北海道札幌市
  • 年月日: 2014-07-30 – 2014-07-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation of large area graphene by a roll-to-roll microwave plasma chemical vapor deposition for transparent electrode applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada
  • 学会等名: CIMTEC 2014 6th Forum on New Materials
  • 発表場所: Montecatini Therme, Italy
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomically thin semiconducting channels for future nano-electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Tsukagoshi
  • 学会等名: 5th Graphene and 2D Materials Satellite Symposium K1
  • 発表場所: Los Angeles, USA
  • 年月日: 2014-06-07 – 2014-06-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum capacitance measurement of bilayer graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio, K. Kanayama, T. Nishimura, and A. Toriumi
  • 学会等名: 225rd ECS meeting
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Graphene Synthesis by Plasma Technique for Transparent Conductive Film Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada
  • 学会等名: Graphene 2014
  • 発表場所: Toulouse, France
  • 年月日: 2014-05-07 – 2014-05-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasma CVD of graphene and its R2R synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Hasegawa
  • 学会等名: Workshop: Graphene Roll-to-Roll Development
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-quality Graphene Synthesis for Transparent Conductive Film Applications by Plasma Technique (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, Y. Okigawa, M. Ishihara, T. Yamada, M. Hasegawa
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-04-23 – 2014-04-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] グラフェン・コンポジット (2014)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司
  • 総ページ数: 208
  • 出版者: S&T出版
• [備考] 東京大学マテリアル工学専攻・長汐研究室
  • URL: http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/
• [備考] 物質・材料研究機構・MANA・塚越G
  • URL: http://www.nims.go.jp/pi-ele_g/
• [備考] 埼玉大学・上野研究室
  • URL: http://surface-www.chem.saitama-u.ac.jp/wiki/