複合原子層の界面特性理解と原子層デバイスへの応用

2017 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, 大学院工学系研究科(工学部), 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, 材料・化学領域, 研究グループ長 (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, その他部局等, その他研究員 (50322665)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 原子層 / 複層化 / 輸送特性 / 結晶育成 / 結晶評価

研究実績の概要

・有機金属及び有機カルコゲン前駆体を用いた遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜の低温成長を試みた。ラマン分光及びX線光電子分光による評価を行い，基板温度400℃で良好な組成，結晶性のWS2薄膜が得られることを確認した．
・p型のα-MoTe2とn型のMoS2の各FETを用いたガスセンサ作製を行い，二酸化窒素及びアンモニアガスを曝したときの電流応答の増減が両物質間で反対となることを確認した．
UV照射+導電性ポリマーコーティングによる大面積グラフェン透明導電フィルムの導電性を向上技術（ドーピング法）を開発した．本手法はPETのような樹脂基材でもガラス基材でも有効であり、従来の溶液によるドーピング法と比較してたいへん簡便で，かつ長期安定である．
・原子層研究に広く用いられている高温高圧法により成長した六方晶窒化ホウ素単結晶に特有の不純物セクタの構造を評価するために、エキシトン・不純物発光を元に自動判別する遠紫外発光顕微鏡を開発した．また，本装置を使い共同研究を通して遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の光物性に与えるhBN基板の不純物の影響を調べた．
・チャネルに2層グラフェン，絶縁膜にh-BN，電極にグラファイトを用いることで完全2次元FETを作成し，従来の計測周波数範囲において層状ヘテロ界面は電気的に不活性であることが分かった．また，周囲の環境に由来するポテンシャルエネルギーを1meVにまで低下できることが分かった．
・原子膜半導体を用いた自己組織化ヘテロ積層膜の実現と機能化を試みた．WSe2の最表面を，基板加熱とオゾン照射の制御で，１層のみを酸化する技術を開発し，WSe2/WOx積層構造を作製した．これに電極を形成して電気伝導における光応答を観測したところ，シリコンダイオード受光素子の３倍を超える感度特性を有することを見出した．

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard university/MIT/Rice University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Harvard university/MIT/Rice University
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] University of Konstanz(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Konstanz
• [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Delft University of Technology
• [国際共同研究] University of Basel(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Basel
• [雑誌論文] Molecularly-thin Anatase field-effect transistors fabricated through the solid state transformation of titania nanosheets (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sekizaki, M. Osada, K. Nagashio
  • 雑誌名: Nanoscale, 9, 6471 巻: 9 ページ: 6471
  • DOI: DOI: 10.1039/C7NR01305A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Graphene field-effect transistor application-electric band structure of graphene in transistor structure extracted from quantum capacitance (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagashio Kosuke
  • 雑誌名: J. Mater. Res 巻: 32 ページ: 64～72
  • DOI: DOI:10.1557/jmr.2016.366
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental detection of active defects in few layers MoS2 through random telegraphic signals analysis observed in its FET characteristics (2017)
  • 著者名/発表者名: Fang Nan、Nagashio Kosuke、Toriumi Akira
  • 雑誌名: 2D Mater. 巻: 4 ページ: 015035～015035
  • DOI: DOI:10.1088/2053-1583/aa50c4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties of bilayer graphene synthesized using surface wave microwave plasma techniques at low temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada Takatoshi、Kato Hiromitsu、Okigawa Yuki、Ishihara Masatou、Hasegawa Masataka
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 28 ページ: 025705～025705
  • DOI: DOI:10.1088/1361-6528/28/2/025705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport properties of the top and bottom surfaces in monolayer MoS2 grown by chemical vapor deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kurabayashi, and K. Nagashio
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 9 ページ: 13264
  • DOI: DOI:10.1039/C7NR05385A
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Electrical Integrity and Anisotropy in Dielectric Breakdown of Layered h -BN Insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagashio Kosuke、Hattori Yoshiaki、Takahashi Nobuaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Bao Jianfeng、Norimatsu Wataru、Kusunoki Michiko
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 79 ページ: 91～97
  • DOI: DOI:10.1149/07901.0091ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic etching of graphite and graphene in a remote hydrogen plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Hug D.、Zihlmann S.、Rehmann M. K.、Kalyoncu Y. B.、Camenzind T. N.、Marot L.、Watanabe K.、Taniguchi T.、Zumbhl D. M.
  • 雑誌名: npj 2D Mater. Appl. 巻: 1 ページ: 21
  • DOI: DOI:10.1038/s41699-017-0021-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charged excitons in monolayer WSe2: Experiment and theory (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Courtade, M. Semina, M. Manca, M. M. Glazov, C. Robert, F. Cadiz, G. Wang, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. Pierre, W. Escoffier, E. L. Ivchenko, P. Renucci, X. Marie, T. Amand, B. Urbaszek
  • 雑誌名: Phys. Rev. B, 巻: 96 ページ: 085302
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.085302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Current-Phase Relation of Ballistic Graphene Josephson Junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Nanda G.、Aguilera-Servin J. L.、Rakyta P.、Kormnyos A.、Kleiner R.、Koelle D.、Watanabe K.、Taniguchi T.、Vandersypen L. M. K.、Goswami S.
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 17 ページ: 3396～3401
  • DOI: DOI:10.1021/acs.nanolett.7b00097
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Disorder from the Bulk Ionic Liquid in Electric Double Layer Transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Petach Trevor A.、Reich Konstantin V.、Zhang Xiao、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Shklovskii Boris I.、Goldhaber-Gordon David
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 11 ページ: 8395～8400
  • DOI: DOI:10.1021/acsnano.7b03864
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Disorder-dependent valley properties in monolayer WS2 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tran, A. Singh, J. Seifert, Y. Wang, K. Hao, J.-K. Huang, L.-J. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, X. Li
  • 雑誌名: Phys. Rev. B, 96, 041302 (2017), DOI:10.1103/PhysRevB.96.041302 巻: 96 ページ: 041302
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.041302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrical 2 π phase control of infrared light in a 350-nm footprint using graphene plasmons (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Woessner, Y. Gao, I. Torre, M. B. Lundeberg, C. Tan, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Hillenbrand, J. Hone, M. Polini, F. H. L. Koppens
  • 雑誌名: Nat. Photonics 巻: 11 ページ: 421-424
  • DOI: DOI:10.1038/NPHOTON.2017.98
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic transport in helium-ion-beam etched encapsulated graphene nanoribbons (2017)
  • 著者名/発表者名: Nanda Gaurav、Hlawacek Gregor、Goswami Srijit、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Alkemade Paul F.A.
  • 雑誌名: Carbon, 119, 419-425 (2017), DOI:10.1016/j.carbon.2017.04.062 巻: 119 ページ: 419～425
  • DOI: DOI:10.1016/j.carbon.2017.04.062
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enabling valley selective exciton scattering in monolayer WSe2 through upconversion (2017)
  • 著者名/発表者名: Manca M.、Glazov M. M.、Robert C.、Cadiz F.、Taniguchi T.、Watanabe K.、Courtade E.、Amand T.、Renucci P.、Marie X.、Wang G.、Urbaszek B.
  • 雑誌名: Nat. Commun., 8, 14927 (2017), DOI:10.1038/ncomms14927 巻: 8 ページ: 14927～14927
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms14927
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High mobility dry-transferred CVD bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Schmitz Michael、Engels Stephan、Banszerus Luca、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Stampfer Christoph、Beschoten Bernd
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett., 110, 263110 (2017), DOI:10.1063/1.4990390 巻: 110 ページ: 263110～263110
  • DOI: DOI:10.1063/1.4990390
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identifying suitable substrates for high-quality graphene-based heterostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: Banszerus L、Janssen H、Otto M、Epping A、Taniguchi T、Watanabe K、Beschoten B、Neumaier D、Stampfer C
  • 雑誌名: 2D Mater. 巻: 4 ページ: 025030～025030
  • DOI: DOI:10.1088/2053-1583/aa5b0f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-Plane Propagation of Light in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers: Optical Selection Rules (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Wang, C. Robert, M. Glazov, F. Cadiz, E. Courtade, T. Amand, D. Lagarde, T. Taniguchi, K. Watanabe, B. Urbaszek, X. Marie
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 119 ページ: 047401
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.119.047401
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inducing superconducting correlation in quantum Hall edge states (2017)
  • 著者名/発表者名: G.-H. Lee, K.-F. Huang, D. K. Efetov, D. S. Wei, S. Hart, T. Taniguchi, K. Watanabe, A. Yacoby, P. Kim
  • 雑誌名: Nat. Phys. 巻: 13 ページ: 693-698
  • DOI: DOI:10.1038/NPHYS4084
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mach-Zehnder interferometry using spin- and valley-polarized quantum Hall edge states in graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Wei Di S.、van der Sar Toeno、Sanchez-Yamagishi Javier D.、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Jarillo-Herrero Pablo、Halperin Bertrand I.、Yacoby Amir
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 3 ページ: 1700600～1700600
  • DOI: DOI:10.1126/sciadv.1700600
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic resonance spectroscopy of an atomically thin material using a single-spin qubit (2017)
  • 著者名/発表者名: Lovchinsky I.、Sanchez-Yamagishi J. D.、Urbach E. K.、Choi S.、Fang S.、Andersen T. I.、Watanabe K.、Taniguchi T.、Bylinskii A.、Kaxiras E.、Kim P.、Park H.、Lukin M. D.
  • 雑誌名: Science 巻: 355 ページ: 503～507
  • DOI: DOI:10.1126/science.aal2538
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanical properties of atomically thin boron nitride and the role of interlayer interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Falin Aleksey、Cai Qiran、Santos Elton J.G.、Scullion Declan、Qian Dong、Zhang Rui、Yang Zhi、Huang Shaoming、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Barnett Matthew R.、Chen Ying、Ruoff Rodney S.、Li Lu Hua
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 8 ページ: 15815～15815
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms15815
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Realisation of topological zero-energy mode in bilayer graphene in zero magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: Lee Janghee、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Lee Hu-Jong
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 6466
  • DOI: DOI:10.1038/s41598-017-06902-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shot noise detection in hBN-based tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhou Panpan、Hardy Will J.、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Natelson Douglas
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 110 ページ: 133106～133106
  • DOI: DOI:10.1063/1.4978693
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surface transport and quantum Hall effect in ambipolar black phosphorus double quantum wells (2017)
  • 著者名/発表者名: Tran Son、Yang Jiawei、Gillgren Nathaniel、Espiritu Timothy、Shi Yanmeng、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Moon Seongphill、Baek Hongwoo、Smirnov Dmitry、Bockrath Marc、Chen Ruoyu、Lau Chun Ning
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 3 ページ: 1603179～1603179
  • DOI: DOI:10.1126/sciadv.1603179
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 1. Heterojunctions for atomically thin 2D semiconductors based on two-dimensional transition metal dichalcogenides (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Tsukagoshi
  • 学会等名: 7th International Meeting on Information Display (IMID 2017), (Aug. 28-31, Busan, Korea)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled hetero-structure based on two-dimensional transition metal dichalcogenides (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Tsukagoshi
  • 学会等名: 2017 Low Dimensional Science (LDS), (Aug. 28-31, Taichung, Taiwan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Heterojuctions for atomically thin 2D semiconductors based on two-dimensional transition metal dichalcogenides (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Tsukagoshi
  • 学会等名: The EMN Meeting on 2D materials 2017, (Aug. 8-12, Lyon, France)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interface engineering for 2D electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: Nippon-Taiwan Workshop, (Feb. 18, 2017, Kwansei Gakuin Univ. Sanda, Hyogo)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gap engineering and reliability study for 2Delectronics (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: 6th Int. Conf. on Semiconductor Technology for ULSI & TFT,(May. 23, 2017, Schloss Hernstein, Hernstein, Austria)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interface engineering for 2D layered semiconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: 2017 PKU-UTokyo nano-carbon summer camp, (July, 27, 2017, Hongo, UTokyo (Tokyo))
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interface engineering for 2D electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: 2017 NEA Symposium of Emerging Materials Innovation, (October, 18, 2017, Lotte hotel, Soul, Korea).
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding of layered heterointerfaces in 2D semiconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashio
  • 学会等名: 10th anniversary international symposium on advanced Plasma science (ISPlamsa2018), (March, 5, 2018, Meijyo univ., Nagoya).
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グラフェンの伝導特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長汐晃輔
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会「特別企画」二次元物質の科学, (2017年３月16日， 慶応大学, 日吉, (神奈川)).
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元原子膜応用のためのゲートスタック形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長汐晃輔
  • 学会等名: 2017真空・表面科学合同講演会 (2017年8月17日，横浜市立大，(横浜市))
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元層状チャネルFETの電子輸送特性及び界面特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長汐晃輔
  • 学会等名: 応用電子物性分科会研究例会 (2017年10月19日，東工大，(東京都目黒区))
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元原子層半導体における層状ヘテロ界面の理解と制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長汐晃輔
  • 学会等名: 第36回電子材料シンポジウム, (2017年11月9日，長浜ロイヤルホテル，(滋賀県長浜市)).
  • 招待講演
• [図書] 「グラフェンの伝導特性とエネルギーギャップ形成」, 二次元物質の科学 グラフェンなどの分子シートが生み出す新世界, 61-67,2017，日本化学会編 p61-67. (2017)
  • 著者名/発表者名: 長汐晃輔
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 化学同人
• [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 塚越グループ
  • URL: http://www.nims.go.jp/pi-ele_g/index.html
• [備考] 埼玉大学大学院理工学研究科物質科学部門・理学部基礎化学科 上野研究室
  • URL: http://surface-www.chem.saitama-u.ac.jp/wiki/