触媒効果による層状化合物原子膜の低温単結晶成長実現

利用催化效应实现层状化合物原子膜的低温单晶生长

基本信息

批准号：
21K04826
负责人：
上野啓司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1) これまでの研究から、二硫化タングステン（WS2）薄膜の原子層堆積法（ALD）成長において、銅薄膜が効果的な触媒効果を示すことが示唆されていた。令和4年度はラマン分光、X線光電子分光、原子間力顕微鏡の各手法を用い、銅薄膜上と銅薄膜から離れたSiO2/Si基板上でのWS2薄膜の成膜状況を、成長温度を変えつつ比較検討した。その結果、基板温度400℃及び380℃においては、銅薄膜上にのみ結晶性のWS2薄膜が成長することが示され、銅薄膜の触媒効果が確認された。更に基板温度を下げた場合についての実験を進めている。(2) 銅薄膜が高い触媒効果を示すことを利用して、微小なギャップを挟んだ2つの銅薄膜の間隙に、結晶性のWS2薄膜を選択的にALD成長することを試みた。まず基板上に約1μmの間隙を持つ銅薄膜２つを光リソグラフィー法により形成し、続いて370℃でWS2薄膜のALD成長を行い、さらに硫黄雰囲気下で試料を650℃でアニールした。その結果、銅薄膜上と銅薄膜の1μmのギャップ間にのみ、結晶性のWS2薄膜が選択的に成長し、銅薄膜の無いSiO2/Si基板上には結晶性WS2薄膜が成長していないことが、ラマン分光法により確認された。(3) 低温ALD成長したWS2膜を硫黄雰囲気下でアニールした試料がp型のFET動作を示すことがこれまでに判明していたが、このp型動作は、WS2膜内に取り込まれたW前駆体由来の窒素がp型ドーパントとして働き、アクセプター準位が形成されたためであると、密度汎関数法による理論計算から導かれた。

（1）先前的研究表明，铜薄膜在二硫化钨（WS2）薄膜的原子层沉积（ALD）生长中表现出有效的催化作用。 2020财年，我们利用拉曼光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜研究了铜薄膜上和远离铜薄膜的SiO2/Si衬底上WS2薄膜的生长条件以及生长温度I。做了一些改变并进行了比较。结果表明，在400℃和380℃的衬底温度下，结晶WS2薄膜仅在铜薄膜上生长，证实了铜薄膜的催化作用。我们还在进行降低基板温度的实验。 (2)利用铜薄膜的高催化作用，我们尝试通过ALD在两层间隙较小的铜薄膜之间选择性生长结晶WS2薄膜。首先，利用光刻技术在基板上形成两层间隙约为1μm的铜薄膜，然后在370℃下进行ALD生长WS2薄膜，并在硫气氛中于650℃下对样品进行退火。结果，仅在铜薄膜上以及铜薄膜之间的1μm间隙之间选择性地生长了结晶WS2薄膜，并且在没有铜薄膜的SiO2/Si基板上没有生长结晶WS2薄膜。经拉曼光谱证实。 (3)之前已经发现，通过在硫气氛中对低温ALD生长的WS2薄膜进行退火而获得的样品表现出p型FET行为，但这种p型行为是由于W并入WS2薄膜中造成的使用密度泛函理论的理论计算表明，这是因为源自前体的氮充当p型掺杂剂并形成受主能级。