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

通过控制二维材料单层片的成分建立带隙工程

• 批准号: 22K04881
• 负责人: 柳瀬 隆
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Toho University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04881/
• 关键词: 遷移金属ダイカルコゲナイド; 化学気相成長法; ２次元物質; バンドギャップエンジニアリング

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。

In this study, the composition control of 2D materials was achieved, and the modulation of 2D materials at 0.1eV level was demonstrated. Specifically, the mixed crystallization of MoS2 and HfS2 is controlled in the range of 1.3-1.8eV. The research implementation plan is to complete the construction of chemical vapor deposition device (CVD device) from the beginning of the research to the end of the research. The action is confirmed to be complete, and now it is normal. The synthesis of MoS2 from the raw materials of the first and second compounds was carried out on a 1cm×1cm substrate. The synthesis of MoS2 involves the introduction of new chemists in CVD equipment and the stabilization of the concentration of raw materials. The number of exchange cycles for the introduction of the catalyst was reduced. The results, low cost and high reproducibility of the device are achieved. Now, the synthesis of HfS2 is in the early stages of mixed crystallization. The synthesis of HfS2 with low reproducibility and high crystallinity has been successfully demonstrated. HfS2 synthesis related content will be implemented in the autumn of 2022 by the Institute of Applied Physics. The current point is the synthesis of HfS2 and the upward selection of reproducibility. Now, the raw material is ready for further development. In the middle of this year, the mixed crystallization of MoS2 and HfS2 will be implemented. Mo1-xHfxS2 composition control system is designed to be implemented in a predetermined manner.

项目成果

化学気相蒸着法によるHfS2薄膜の作製

化学气相沉积法制备HfS2薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroshi Matsuda;Sota Ishizu;Ryo Maeda;and Haruya Okimoto;柳瀬隆
• 通讯作者: 柳瀬隆