Hexagonal-Ge結晶薄膜形成による光機能創発

通过形成六方Ge晶体薄膜实现光学功能

• 批准号: 22K04869
• 负责人: 安武 裕輔
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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-22K04869/
• 关键词: hexagonal; germanium; germanane; germanene; molecular beam epitaxy; ゲルマニウム; Hexagonal; 原子層; 低次元構造

Cubic-diamond型Ⅳ族半導体(c-Si・c-Ge)の性能限界を打破する試みとして、Hexagonal-lonsdaleite型Ge(Hex-Ge)の単結晶薄膜成長手法の確立に注目が集まっている。Hex-Geはzone-foldingによる擬似直接遷移化・有効質量変調による電子移動度向上など、従来のc-Geとは異なる物性の発現・機能向上が期待される。これまでCa介在Geエピタキシ法を用いて、Ⅳ族半導体基板上に成長したCaGe2 結晶薄膜への化学修飾処理によりHex-Ge骨格を有するGe薄膜が形成されることを見出してきたが結晶性の向上が課題であった。そこでRHEEDパタンの精査、XRD評価からCaGe2薄膜の成長条件の最適化を行った。CaGe2下結晶薄膜の評価として、塩酸処理によるCa除去を行い、水素終端処理したHex-Ge原子層(Germanane)の伝導特性を評価したところ、15 KにおいてバルクGeを凌駕する100000 cm2/Vsの正孔移動度と6500 %の磁気抵抗を示すことを見出した。これはHex-Geと良好な接触を形成可能な金属電極材料の探索とCaGe2成長時の最適な基板温度追跡の結果である。また化学処理を用いないHex-Ge結晶薄膜の形成に向けて、Hex-Geと格子整合する新規下地層の探索を行い、下地層上にGeをエピタキシャル成長させることに成功した。今後は透過電子顕微鏡によるHex-Ge構造の直接観察、中赤外領域の光学計測系整備からHex-Geバンドギャップに相当する4um近辺における光機能に関する物性評価に注力する。

There is a great deal of attention to be paid to the establishment of a single crystal thin film growth method for Cubic-diamond type group IV semiconductors (c-Si·c-Ge). Hex-Ge Zone-folding, pseudo-direct migration, mass transfer, electron mobility upward, and physical properties development, function upward. This paper presents the problem of growing CaGe2 crystalline thin films on group IV semiconductor substrates by chemical modification of Ge crystals on Hex-Ge lattice. The optimization of growth conditions of CaGe2 thin films was investigated by XRD and RHEED analysis. Evaluation of the conductivity of crystalline thin films under CaGe2, Ca removal during acid treatment, and conductivity of Hex-Ge atomic layer (Germanane) after water termination treatment. The mobility of positive pores above 100000 cm2/Vs at 15 K and magnetic resistance of 6500% were evaluated. This paper discusses the possibility of forming good Hex-Ge contact and the optimum substrate temperature tracking for CaGe2 growth. The chemical treatment was successful in the formation of Hex-Ge crystalline thin films and the exploration of Ge lattice integration in the lower strata. In the future, we will focus on the direct observation of Hex-Ge structure through electron microscope, the optical measurement system development in the middle and outer regions, and the property evaluation related to the optical function of Hex-Ge structure in the near future.

项目成果

Conformation-dependent photophysical properties of butadiyne-linked π-extended BODIPY dimers

丁二炔连接的 π 延伸 BODIPY 二聚体的构象依赖性光物理性质

• DOI: 10.1142/s1088424623500232
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines
• 影响因子: 1.5
• 作者: Sato Yuma;Shimada Takahide;Mori Shigeki;Yasutake Yuhsuke;Fukatsu Susumu;Furuta Hiroyuki;Ishida Masatoshi
• 通讯作者: Ishida Masatoshi