| 研究課題/領域番号 |
17H02788
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
久保 理 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70370301)
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| 研究分担者 |
田畑 博史 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00462705)
中山 知信 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 (30354343)
片山 光浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70185817)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ゲルマネン / 走査トンネル顕微鏡 / 走査トンネル分光 / 層状半導体 / セレン化インジウム |
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| 研究実績の概要 |
ゲルマニウム（Ge）のシート構造であるゲルマネンは、グラフェンに匹敵する高キャリア移動度を持つ。さらに、バンドギャップが電界によって変調できるため高いオン／オフ抵抗比を示すことが理論的に予測されており、超高速電界効果トランジスタ（FET）のチャネル材料として期待されている。一方、実験で報告されたゲルマネンは数少なく、その特徴であるバンド構造・ディラックコーンが発現していることを示す実験結果もほとんどない。
本年度はまずディラックコーンの発現するゲルマネンの創製を目指し、Al(111)基板上にGeシートを作製し、その構造や電子物性を調べた。走査トンネル顕微鏡による観察の結果、これまで報告されていないAl(111)√7×√7周期のGeシートの形成を確認した。さらに走査トンネル分光計測や第一原理計算による解析の結果、表面にはたしかにGeの六員環構造が形成されていることがわかった。この結果はApplied Physics Express誌に発表した。現在はイオン散乱分光法や角度分解光電子分光法によって、さらに詳細な解析を進めている。
一方、FET特性を計測するためには非導電性基板上でのゲルマネン作製が必要となる。そこで、層状半導体であり、理想ゲルマネンとの格子不整合が1%と小さいセレン化インジウム基板上でのGeシート作製を試みた。現在までのところ、十数nm程度のアイランドの形成を確認している。今後は電気伝導計測が可能な大面積のシート形成を目指していく。また、電気伝導計測に用いる多探針走査プローブ顕微鏡については、そのベースシステムの準備を行った。今後はプローブの数を追加して運用を開始する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本年度の目標は、非導電性基板上に大面積のゲルマネンを作製すること、および、多探針走査プローブ顕微鏡（MP-SPM）システムの準備を行うことであった。後者については、運用を開始するには至っていないが、次年度に向けた準備ができた。また、分担者の方では既存のMP-SPMを用いて層状半導体である硫化レニウムに電流を流した状態での電位分布計測に成功するなど、実際の電気伝導特性計測に向けた体制は整いつつある。また、前者に関しては必ずしも達成したとはいえないが、今後の作製方針に対する知見としては有意なものが得られたと考える。加えて、非導電性基板ではないものの、Al(111)基板上にGeの六員環構造が形成されることを見出した結果はレター雑誌に掲載された。関連研究についても学術雑誌への掲載や国際会議、国内会議で発表を行うなど、当初の目標以上に進んだ面もある。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
まずは前年度から準備している多探針走査プローブ顕微鏡のベースシステムに対してプローブを追加し、実際の電気伝導特性計測に向けた運用を開始する。非導電性基板上でのゲルマネン作製に向けて前年度より行っているセレン化インジウムを成長基板としたGeシート作製については大面積のシートの形成に至っていないため、基板温度などの成長パラメータを変えて大面積シートの作製を目指す。作製した膜については、走査トンネル顕微鏡などを用いて均一性や配列構造、電子状態を評価してゲルマネンとしての性質を持つかどうかを評価する。また、第一原理計算によってディラックコーンを維持したゲルマネンの形成が予想されるコランダム系結晶のc面を基板としたゲルマネン作製も試みる。一方、最近ではゲルマネンの両面を水素やアルキル基で終端した材料・ゲルマナンが溶液中の反応で作製できることが報告されている。さらに水素終端したゲルマナンから水素を脱離させることでゲルマネンを作製できることが示唆されていることから、このゲルマナンの作製にも取り組む。以上の実験から非導電性基板上でのゲルマネン作製プロセスを見出し、多探針走査プローブ顕微鏡による電気伝導特性評価を行っていく。得られた結果は適宜学会や投稿論文にて発表を行う。
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