気相成長法による配向性平面六方晶窒化ホウ素薄膜の研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23310096
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 渡邊 賢司 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主席研究員 (20343840)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 結晶成長 / 六方晶窒化ホウ素 / 原子層物理 / グラフェン / 電子デバイス / 気相成長

研究概要

本年度は、平成24年度に設計・開発した赤外線レーザーによる直接基板加熱機構を駆使し、1000°C以下の低温成長から1300°Cを越える高温成長まで広範囲な基板温度における成長を試み、基板温度と結晶性などの関係を明らかにした。特に高圧下における温度差法により得られた単結晶六方晶窒化ホウ素基板を用いたホモエピタキシャル成長の結晶成長条件の最適化を行い、良好なエピタキシャル成長が得られる成長条件を見いだした。このホモエピタキシャル成長においては、高温下、特に1300℃における成長により良好な薄膜成長が達成されていることを顕微ラマン散乱分光法により確認した。
一方、六方晶窒化ホウ素はグラファイトと類似の結晶構造を持つ絶縁体であり、この六方晶窒化ホウ素原子層を用いたグラフェンの基板としての応用研究はさらに研究が進んだ。対向する六方晶窒化ホウ素層により絶縁保護されたグラフェンは理想に近い均一な二次元電子ガス状態を保つが、このグラフェンに1次元(ライン)接触させた金属電極を取り付けると、他の物質系では得られない高いキャリア移動度を室温で観測することができることを見いだした。対照的に、グラフェンと六方晶窒化ホウ素を原子配列のレベルで配向させ積層するとグラフェン電子構造の変調現象も観測でき、グラフェンと六方晶窒化ホウ素の組み合わせはその層間相互作用を制御することができる興味ある物質系であることが明らかとなった。今後の応用の上でエピタキシャル成長の重要性が広く認識され、今後の大きな課題である。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Dielectric screening of the Kohn anomaly of graphene on hexagonal boron nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Forster, A. Molina-Sanchez, S. Engels, A. Epping, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. Wirtz, and C. Stampfer
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 ページ: 085419
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.085419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth of single-domain graphene on hexagonal boron nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: W. Yang, G. Chen, Z. Shi, C.-C. Liu, L. Zhang, G. Xie, M. Cheng, D. Wang, R. Yang, D. Shi, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Yao, Y. Zhang, and G. Zhang
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 12 ページ: 792-797
  • DOI: 10.1038/nmat3695
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of High-Mobility Graphene p-n-p Junctions Encapsulated by Hexagonal Boron Nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Masubuchi, S. Morikawa, M. Onuki, K. Iguchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, and T. Machida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 110105
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.110105
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Dimensional Electrical Contact to a Two-Dimensional Material (2013)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, I. Meric, P. Y. Huang, Q. Gao, Y. Gao, H. Tran, T. Taniguchi, K. Watanabe, L. M. Campos, D. A. Muller, J. Guo, P. Kim, J. Hone, K. L. Shepard, and C. R. Dean
  • 雑誌名: Science 巻: 342 ページ: 614-617
  • DOI: 10.1126/science.1244358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hofstadter’s butterfly and the fractal quantum Hall effect in moire superlattices (2013)
  • 著者名/発表者名: C. R. Dean, L. Wang, P. Maher, C. Forsythe, F. Ghahari, Y. Gao, J. Katoch, M. Ishigami, P. Moon, M. Koshino, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. L. Shepard, J. Hone, and P. Kim
  • 雑誌名: Nature 巻: 340 ページ: 1427-1430
  • DOI: 10.1038/nature12186
  • 査読あり
• [学会発表] 高圧合成法による高純度窒化ホウ素単結晶研究の現状と新しい応用展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 第15回応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会新領域研究会
  • 発表場所: KDX 名古屋駅前ビル名城大学名駅サテライト,名古屋
  • 年月日: 20131122-20131122
  • 招待講演
• [学会発表] 高温高圧法により育成した六方晶窒化ホウ素単結晶劈開面のカソードルミネッ センス像観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 第27回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 日本工業大学,埼玉県埼玉郡宮代町
  • 年月日: 20131120-20131122
• [学会発表] Synthesis of high purity hBN single crystals by using solvent growth p rocess (2013)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚、渡邊賢司
  • 学会等名: 5th International Conf on Recent Progress in Graphene Research
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス,東京
  • 年月日: 20130909-20130913
  • 招待講演
• [学会発表] Luminescence image of cleaved crystal in hexagonal boron nitride grown by temperature gradient method (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 第32回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖,滋賀県守山市
  • 年月日: 20130710-20130712
• [学会発表] Optical Properties of Boron Nitride Single Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi
  • 学会等名: CLEO-PR 2013
  • 発表場所: Kyoto international conferene center,Kyoto
  • 年月日: 20130630-20130704
  • 招待講演
• [備考] 窒化ホウ素の研究
  • URL: http://www.nims.go.jp/personal/BN_research