2次元物質単層シートの組成制御によるバンドギャップエンジニアリングの確立

本研究は2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドを用いて2次元物質シートの組成制御を達成し、0.1eV単位でのバンドギャップの変調を実証することが目的である。具体的にはMoS2とHfS2の混晶化により1.3-1.8eVの範囲でバンドギャップを制御する。研究実施計画通りに研究開始直後から自動ガス供給システム付き化学気相蒸着装置(CVD装置)の構築に取り組み、すでに完成している。リークチェックなどを含む動作確認は完了しており、現在では定常的に運転している。初めに、塩化物原料によるMoS2の合成を行ったところ1cm×1cmのサファイア基板上に連続膜を作製することができた。MoS2の合成に取り組む過程で、CVD装置に新たな気化器を導入し、原料ガスの濃度の安定化を図った。気化器の導入により原料の交換回数を減らすことにも成功した。その結果、低コスト化と装置稼働率の向上および再現性の向上を実現できた。現在は混晶化の前段階としてHfS2の合成に取り組んでいる。再現性が低いものの、HfS2の合成にも成功しており六角形ドメインが観察され結晶性の高い多層膜を合成できることを実証した。HfS2の合成に関する内容で2022年秋の応用物理学会で口頭発表を行った。現時点ではHfS2の合成に関して再現性の向上に取り組んでいる。現在は原料ガスラインが1つなので、ラインをもう1本増設して本年度中にMoS2とHfS2の混晶化を実行できるようにする。そして、Mo1-xHfxS2の組成制御によりバンドギャップ変調の実証を行う予定である。

本研究は2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドを用いて2次元物質シートの組成制御を達成し、0.1eV単位でのバンドギャップの変調を実証することが目的である。具体的にはMoS2とHfS2の混晶化により1.3-1.8eVの範囲でバンドギャップを制御する。研究実施計画通りに研究開始直後から自動ガス供給システム付き化学気相蒸着装置(CVD装置)の構築に取り組み、すでに完成している。リークチェックなどを含む動作確認は完了しており、現在では定常的に運転している。初めに、塩化物原料によるMoS2の合成を行ったところ1cm×1cmのサファイア基板上に連続膜を作製することができた。MoS2の合成に取り組む過程で、CVD装置に新たな気化器を導入し、原料ガスの濃度の安定化を図った。気化器の導入により原料の交換回数を減らすことにも成功した。その結果、低コスト化と装置稼働率の向上および再現性の向上を実現できた。現在は混晶化の前段階としてHfS2の合成に取り組んでいる。再現性が低いものの、HfS2の合成にも成功しており六角形ドメインが観察され結晶性の高い多層膜を合成できることを実証した。HfS2の合成に関する内容で2022年秋の応用物理学会で口頭発表を行った。現時点ではHfS2の合成に関して再現性の向上に取り組んでいる。現在は原料ガスラインが1つなので、ラインをもう1本増設して本年度中にMoS2とHfS2の混晶化を実行できるようにする。そして、Mo1-xHfxS2の組成制御によりバンドギャップ変調の実証を行う予定である。