原子層半導体アンチモネンを用いたデバイス開発のための基礎研究

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本研究では二次元半導体アンチモネン(antimonene)について、デバイスへの応用を念頭に元素置換ドーピングなどの手法を用いてn型(p型)アンチモネンの合成法を確立し、その電子物性を走査トンネル顕微鏡(STM)等を用いて実験的に明らかにすることを目的としている。本年度は、前年度までに作成法を見出したBi薄膜上アンチモネンについて、ドナー及びアクセプタとして働くと考えられるK(ポタシウム)、Pb(鉛)を少量蒸着し、アンチモネンへのドーピング効果が見られるか検証した。結果として、アンチモネンは少量のK、Pbの異元素添加によって大きくは破壊されないことがわかった。ただし、Pbについては蒸着量を増やすとアンチモネンを破壊する様子が観察される。Kは凝集せずK原子が散らばったように配置するのに対し、Pbは凝集し島状になる様子が走査トンネル顕微鏡像によって観察された。Kについては、イオン化によって電荷を帯びたKがクーロン反発によって間隔をあけて配置していると考えられ、Kがドナーとしてはたらいていることを示唆している。また、Kはアンチモネン-Bi(111)のモアレポテンシャルが負となっていると予想される領域に優先的に吸着する様子が観察され、これもまたKがドナーとしてはたらいていることを示唆している。走査トンネル分光の結果からK、Pbの蒸着によって逆方向へのフェルミ準位のシフトが見られ、これは間接的にKからは電子、Pbからはホールのドーピング効果が表れていると解釈できる。