サブナノ厚の半導体のみを単離する手法――ランダムに基板上へ剥離された2D半導体を短時間で選別してデバイス作製へと繋ぐ方法――研究成果

2024年1月10日
東京大学

発表のポイント

• 溶媒内で超音波処理を行うことで、わずか1分という短時間でサブナノスケール厚である2次元半導体の単層を基板上に単離させることに成功しました。
• 単層と同時に基板上に転写されてしまう99％の不要なバルク結晶群を除去するメカニズムを解明しました。
• 孤立単層の実現により、デバイス作製時のレイアウトの自由度が向上するため、複雑なデバイス設計が可能となります。

発表概要

　東京大学大学院総合文化研究科の桐谷乃輔准教授（研究開始当時：大阪公立大学）と中本竜弥特別研究学生（研究当時）は、溶媒内超音波処理によるサブナノ厚の2次元半導体単層を選択的に単離する手法を見出しました。

　2次元（2D）半導体は、わずか3原子で形成された単層（約0.7 nm厚）であっても半導体としての挙動を示し、省電力・高速動作を可能にする次世代デバイスの有力な材料候補として、年間1,500報を超える研究報告がなされています。この研究分野が極めて活発である理由の一つに、剥離法と呼ばれる結晶調製方法が挙げられます。接着テープに貼り付けた2D半導体結晶に対して剥離を繰り返して薄くした後、基板上へと転写する方法です。とても簡単な方法で、かつ良質な結晶性の極薄膜を得ることができます。半導体結晶作製のプロでなくとも、最先端の半導体材料を扱うことが可能です。しかしながら、単層と同時に、99％を占める多量の厚いバルク結晶も基板上に付随して得られます。そして、実際にデバイスを設計する際には、多量に点在するバルク結晶を避けながら単層結晶を利用する必要があり、不要なバルク結晶の存在はデバイス設計の自由度を大きく低下させていました。そのため、バルク結晶を選択的に除去しつつ、単層だけを基板上へと残す単離手法が望まれていました。

　本研究では、わずか1分という短時間の溶媒内処理により、基板上に転写された単層を選択的に孤立させることに成功しました。この手法を用いることで、従来では困難であった多数の電極を有した単層デバイスの作製が可能となるなど、2D半導体関連研究をさらに活性化する一助となると期待されます。

発表詳細

大学院総合文化研究科のページからご覧ください。