研究課題
近年、二次元物質が大きな注目を集めているが、構成する原子が表面に露出していることから、基板表面やガス吸着などの影響を強く受け、理論通りの優れた物性を実際に得るのは困難である。これらの影響を排除して、二次元物質がもつポテンシャルを引き出すことができる材料が六方晶窒化ホウ素（h-BN）である。例えば、グラフェンとSiO2基板の界面に多層h-BNを挿入することでグラフェントランジスタの移動度を3-5倍に向上できる。しかし、これまでの研究では単結晶のh-BN粉末からの剥離片（大きさ10ミクロン程度）が使われており、今後の二次元物質の科学と応用の発展に向けて、大面積の多層h-BNの合成法の実現が強く求められている。本研究では、高い結晶性と均一な厚みを有する多層h-BNの合成法を確立し、その優位性をグラフェントランジスタで実証することを目指した。初年度は、ボラジン分子を原料として、スピネル基板やMgO基板の上に堆積したFe-Ni合金薄膜を用いて、均一性の高い多層h-BNの合成の可能性を見出すことに成功した。多層h-BNを使うことでMoS2の蛍光を非常に強くすることができ、かつSiO2由来のトリオン発光を抑制できることも確認した。2020年度は、より大面積に入手可能なサファイア基板を用いて多層h-BNの合成を行った。興味深いことに、対称性の低いr面のサファイア基板が効果的であることを見出した。金属の結晶面の解析を通じて、ダイナミックな触媒の結晶性の変化が多層h-BN成長と密接にかかわっていることを明らかにした。また、グラフェンのラマン2Dバンドの先鋭化も観察するとともに、部分的ではあるものの優れたデバイス特性も得られた。以上のように、本研究を通じて、CVD法で得られる大面積のh-BNの可能性を大きく広げ、今後につながる成果を得ることができた。
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