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2018 年度 実績報告書

二次元デバイスのプラットフォームとなる六方晶窒化ホウ素の高結晶多層膜の創製

研究課題

研究課題/領域番号 17K19036
研究機関九州大学

研究代表者

吾郷 浩樹  九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (10356355)

研究分担者 光原 昌寿  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (10514218)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード六方晶窒化ホウ素 / CVD法 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 触媒・化学プロセス
研究実績の概要

近年、グラフェンをはじめとする原子層物質が、そのユニークな電子・光物性等から次世代デバイス材料として大きな注目を集めている。しかし、シリコン基板の表面粗さや電荷不純物、格子振動によって、それらの特性が著しく低下するため、原子レベルの平坦性を有し、絶縁性に優れた六方晶窒化ホウ素(hBN)の多層膜が基板として大きく注目されている。世界的に利用されているhBNはテープで剥離した薄片であるため、非常に小さく、また層数均一性に劣ることから、原子層デバイスの発展の大きな妨げとなっていた。そこで、本研究では熱CVD法によって高結晶性で均一な多層hBN膜を合成することに挑戦するとともに、CVD法で得られる多層hBNが他の二次元原子膜の特性向上に寄与できるのかという点も明らかにすることを狙った。
本研究は2年間の計画で行ったものであり、2年目の平成30年度は、前年度に見出したFe-Niからなる合金を触媒として用いたCVD法に関する知見をブラッシュアップし、均一性に優れた多層hBNの合成法の確立を目指して研究を行った。同時に、hBNの生成メカニズムについて、金属触媒の結晶構造の変化と関連づけて理解を深めることができた。さらに、グラフェンとhBNからなる積層ヘテロ構造を作製し、ラマンスペクトルの変化から、多層hBN上ではグラフェンの歪みが大きく解消していることを見出した。研究期間全体としての成果としては、従来は困難であった多層hBNの均一成長に道を開くとともに、本研究で得られた多層hBN膜を用いることで遷移金属カルコゲナイドの原子膜の発光特性の向上を実証することができた。これらの一連の成果はACS Nanoをはじめとする論文発表や複数の学生の学会での受賞、そして多くの招待講演につながった。本研究成果を今後さらに発展させていくことで、二次元材料の世界に大きなイノベーションをもたらすものと期待できる。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 8件、 招待講演 9件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] National Physical Laboratory(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      National Physical Laboratory
  • [雑誌論文] Formation of environmentally stable hole-doped graphene films with instantaneous and high-density carrier doping via a boron-based oxidant2019

    • 著者名/発表者名
      Kanahashi Kaito、Tanaka Naoki、Shoji Yoshiaki、Maruyama Mina、Jeon Il、Kawahara Kenji、Ishihara Masatou、Hasegawa Masataka、Ohta Hiromichi、Ago Hiroki、Matsuo Yutaka、Okada Susumu、Fukushima Takanori、Takenobu Taishi
    • 雑誌名

      npj 2D Materials and Applications

      巻: 3 ページ: 7

    • DOI

      10.1038/s41699-019-0090-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Imaging of local structures affecting electrical transport properties of large graphene sheets by lock-in thermography2019

    • 著者名/発表者名
      Nakajima H.、Morimoto T.、Okigawa Y.、Yamada T.、Ikuta Y.、Kawahara K.、Ago H.、Okazaki T.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 ページ: eaau3407

    • DOI

      10.1126/sciadv.aau3407

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A novel graphene barrier against moisture by multiple stacking large-grain graphene2019

    • 著者名/発表者名
      Gomasang Ploybussara、Kawahara Kenji、Yasuraoka Kenta、Maruyama Mina、Ago Hiroki、Okada Susumu、Ueno Kazuyoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 3777

    • DOI

      10.1038/s41598-019-40534-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Controlled Growth of Large-Area Uniform Multilayer Hexagonal Boron Nitride as an Effective 2D Substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Uchida Yuki、Nakandakari Sho、Kawahara Kenji、Yamasaki Shigeto、Mitsuhara Masatoshi、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 ページ: 6236~6244

    • DOI

      10.1021/acsnano.8b03055

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceleration of Photocarrier Relaxation in Graphene Achieved by Epitaxial Growth: Ultrafast Photoluminescence Decay of Monolayer Graphene on SiC2018

    • 著者名/発表者名
      Imaeda Hirotaka、Koyama Takeshi、Kishida Hideo、Kawahara Kenji、Ago Hiroki、Sakakibara Ryotaro、Norimatsu Wataru、Terasawa Tomo-o、Bao Jianfeng、Kusunoki Michiko
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 ページ: 19273~19279

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b06845

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Surface-Mediated Aligned Growth of Monolayer MoS2 and In-Plane Heterostructures with Graphene on Sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Suenaga Kenshiro、Ji Hyun Goo、Lin Yung-Chang、Vincent Tom、Maruyama Mina、Aji Adha Sukma、Shiratsuchi Yoshihiro、Ding Dong、Kawahara Kenji、Okada Susumu、Panchal Vishal、Kazakova Olga、Hibino Hiroki、Suenaga Kazu、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 ページ: 10032~10044

    • DOI

      10.1021/acsnano.8b04612

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] van der Waals interaction-induced photoluminescence weakening and multilayer growth in epitaxially aligned WS22018

    • 著者名/発表者名
      Ji Hyun Goo、Maruyama Mina、Aji Adha Sukma、Okada Susumu、Matsuda Kazunari、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 29790~29797

    • DOI

      10.1039/C8CP04418J

    • 査読あり
  • [学会発表] Ni-Fe合金上における六方晶窒化ホウ素の成長ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      内田勇気, 河原憲治, 秋山将人, 山崎重人, 光原昌寿, 吾郷浩樹
    • 学会等名
      第56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
  • [学会発表] エピタキシャルCVD法に基づく高品質二次元材料の創製と応用開発に向けた取り組み2019

    • 著者名/発表者名
      吾郷浩樹
    • 学会等名
      グラフェンコンソーシアム 第19回研究講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 二次元材料の高品質CVD成長2019

    • 著者名/発表者名
      吾郷浩樹
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Controlled growth of high-quality graphene and various 2D materials for enhancing their applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ago
    • 学会等名
      CIMTEC 2018 (International Conference on Modern Materials and Technologies)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CVD Growth of Large-Area, Uniform Multilayer h-BN as a Platform for 2D Material Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Uchida, S. Nakandakari, K. Kawahara, S. Yamasaki, M. Mitsuhara, H. Ago
    • 学会等名
      Graphene 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフェン~原子の厚みの超極薄シート~ その魅力と将来への展望2018

    • 著者名/発表者名
      吾郷浩樹、河原憲治
    • 学会等名
      第175回 SAM会
    • 招待講演
  • [学会発表] Controlled synthesis of high-quality 2D materials for electronic and photonic applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ago
    • 学会等名
      IUMRS-IECM 2018 (International Conference on Electronic Materials 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ni-Fe合金を用いた多層h-BNの成長制御とその成長メカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      内田勇気, 仲村渠翔, 河原憲治, 山崎重人, 光原昌寿, 吾郷浩樹
    • 学会等名
      第55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
  • [学会発表] Epitaxial growth of large monolayer h-BN and its application to gas barrier layer2018

    • 著者名/発表者名
      A. B. Taslim, H. Nakajima, Y.-C. Lin, Y. Uchida, K. Kawahara, T. Morimoto, T. Okazaki, K. Suenaga, H. Hibino, H. Ago
    • 学会等名
      第55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
  • [学会発表] 合金箔を用いた六方晶窒化ホウ素のCVD成長とグラフェン積層膜への応用2018

    • 著者名/発表者名
      田中大地, 内田勇気, 河原憲治, 吾郷浩樹
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] グラフェンをはじめとする二次元材料のCVD成長と生成機構2018

    • 著者名/発表者名
      吾郷浩樹
    • 学会等名
      化学工学会 第50 回秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェンのCVD成長と応用開発、そして二次元材料への展開2018

    • 著者名/発表者名
      吾郷浩樹
    • 学会等名
      近畿化学協会講演会「炭素系先端材料の新展開」
  • [学会発表] CVD Growth of large-area, uniform multilayer h-BN as a platform of 2D material applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ago
    • 学会等名
      9th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Electronics, Energy and Environment
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial growth of large grain, monolayer h-BN and application to gas barrier layer2018

    • 著者名/発表者名
      A. B. Taslim, H. Nakajima, Y.-C. Lin, Y. Uchida, K. Kawahara, T. Morimoto, T. Okazaki, K. Suenaga, H. Hibino, H. Ago
    • 学会等名
      9th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Electronics, Energy and Environment
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlled CVD synthesis of high-quality 2D materials for electronic and photonic applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ago
    • 学会等名
      First International Workshop on 2D Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Controlled CVD synthesis of high-quality 2D materials for electronic and photonic applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ago
    • 学会等名
      3rd EU-JP Flagship Workshop on Graphene & 2DMs
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Large-area CVD growth of uniform multilayer h-BN as an excellent template for 2D materials2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Uchida, S. Nakandakari, K. Kawahara, S. Yamasaki, M. Mitsuhara, H. Ago
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting 2018
    • 国際学会
  • [備考] 九州大学グローバルイノベーションセンター(吾郷研究室)

    • URL

      http://www.gic.kyushu-u.ac.jp/ago/

  • [産業財産権] 非公開2018

    • 発明者名
      吾郷浩樹他
    • 権利者名
      JST
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      非公開
  • [産業財産権] 非公開2018

    • 発明者名
      吾郷浩樹他
    • 権利者名
      JST
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      非公開

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公開日: 2019-12-27  

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