Growth mechanism and thermoelectric conversion property of transition metal dichalcogenides thin films

过渡金属二硫属化物薄膜的生长机理及热电转换性能

基本信息

批准号：
22K04181
负责人：
冨谷茂隆
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）は、室温領域で高い熱電変換性能が期待されている。TMDC薄膜は、機械的剥離法や液相剥離法などにより良質なフレーク状の単結晶膜が得られているが、ウエハ面内に大面積で均一に形成することは困難である。RFスパッタ法は、汚染の懸念も少なく大面積で均一に成膜でき、汚染の懸念も少なく半導体プロセスへの整合性に適している。一方、スパッタ時に硫黄抜けによる化学量論比が不均衡になりやすいため、硫黄雰囲気下でアニール処理を施す必要がある。また、結晶粒径が小さく、低結晶性という課題がある。本研究では、RFスパッタ法によるTMDC薄膜において成膜過程や硫黄雰囲気下でのアニール処理等による構造変化をトレースし、その成膜・成長機構の解明を目的とした。併せて、その構造と熱物性・電気特性との相関を把握することもスコープとしている。そこで、１年目は、成膜機構の解明に向けて以下の知見を得た。① Moグリッドを用いた低レートスパッタ成膜法により、通常のスパッタ法に比べ、MoS2膜の結晶粒サイズの増大を確認し、化学量論組成に近づく。② スパッタによるアモルファス状MoS2膜は、アルゴン雰囲気下でのアニールにより結晶化し、ある一定の温度までアニール温度が高くなるにつれ、その結晶粒サイズが増大する。さらに、アモルファス状MoS2膜は結晶性MoS2膜に比べて、硫黄雰囲気下アニールにより、その結晶粒サイズが大きく、また、化学量論組成に近くなることを明らかにした。

过渡金属二分法（TMDC）预计在室温范围内具有高热电转化性能。尽管已经通过机械剥离和液相剥离获得了高质量的片状单晶膜，但很难在晶圆表面形成大面积并均匀地形成大面积。 RF溅射方法允许在大面积的污染物较少关注的大面积上形成均匀的薄膜，并且适合与半导体过程一致，污染的关注点更少。另一方面，由于在溅射过程中由于去除硫而导致的化学计量趋于不平衡，因此有必要在硫大气中进行退火。此外，存在一个问题，即晶粒尺寸很小，结晶度低。这项研究旨在使用RF溅射阐明TMDC薄膜的形成和生长机制，以及在硫大气中膜形成和退火引起的结构变化。另外，范围是了解其结构与热性能与电性能之间的相关性。因此，在第一年，获得了以下知识，以澄清膜沉积机制。 1）使用MO电网的低率溅射膜形成方法与通常的溅射方法相比，MOS2膜的晶粒尺寸增加了，并接近化学计量组成。 2）无定形的MOS2膜通过在氩气气氛下退火而结晶而结晶，并且随着退火温度升高至一定温度，晶体晶粒尺寸会增加。此外，据透露，与结晶的MOS2膜相比，通过在硫磺气氛下退火，无定形的MOS2膜具有更大的晶体晶粒尺寸，并且比结晶MOS2膜更接近化学计量组成。

项目成果

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专利数量（0）

Improvement of MoS2 film quality by solid-phase crystallization from PVD amorphous MoSx film

通过PVD非晶MoSx薄膜固相结晶提高MoS2薄膜质量

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryo Ono;Shinya Imai;Takamasa Kawanago;Iriya Muneta;Kuniyuki Kakushima;Kazuo Tsutsui;Tetsuya Tatsumi;Shigetaka Tomiya;Hitoshi Wakabayashi
通讯作者：
Hitoshi Wakabayashi

Grain-Size Enlargement of MoS2 Film by Low-Rate Sputtering with Molybdenum Grid

DOI：
10.1109/edtm55494.2023.10103043
发表时间：
2023-03
期刊：
2023 7th IEEE Electron Devices Technology & Manufacturing Conference (EDTM)
影响因子：
0
作者：
Shinya Imai;Ryo Ono;I. Muneta;K. Kakushima;T. Tatsumi
通讯作者：
Shinya Imai;Ryo Ono;I. Muneta;K. Kakushima;T. Tatsumi

Positive Seebeck coefficient of niobium-doped MoS2 film deposited by sputtering and activated by sulfur vapor annealing

DOI：
10.35848/1347-4065/ac7621
发表时间：
2022-06
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Taiga Horiguchi;T. Hamada;M. Hamada;I. Muneta;K. Kakushima;K. Tsutsui;T. Tatsumi;S. Tomiya;H. Wakabayashi
通讯作者：
Taiga Horiguchi;T. Hamada;M. Hamada;I. Muneta;K. Kakushima;K. Tsutsui;T. Tatsumi;S. Tomiya;H. Wakabayashi