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。

为了突破立方金刚石 IV 型半导体 (c-Si/c-Ge) 的性能极限，人们的注意力集中在建立六方菱形锗型 Ge (Hex-葛）。 Hex-Ge预计将表现出与传统c-Ge不同的物理特性和功能改进，例如通过区域折叠实现伪直接跃迁以及通过有效质量调制提高电子迁移率。迄今为止，我们发现利用Ca介导的Ge外延对在IV族半导体衬底上生长的CaGe2晶体薄膜进行化学改性可以形成具有Hex-Ge骨架的Ge薄膜，但结晶度得到改善。的问题。因此，我们基于对 RHEED 图案和 XRD 评估的仔细检查，优化了 CaGe2 薄膜的生长条件。为了评估 CaGe2 下的晶体薄膜，我们使用盐酸处理去除 Ca，并评估氢封端的 Hex-Ge 原子层（锗烷）的导电性能，发现其具有 6500% 的孔迁移率和磁阻。这是寻找能够与 Hex-Ge 形成良好接触的金属电极材料并跟踪 CaGe2 生长过程中最佳衬底温度的结果。此外，为了无需化学处理即可形成Hex-Ge晶体薄膜，我们寻找了一种与Hex-Ge晶格匹配的新底层，并成功在底层上外延生长了Ge。未来，我们将重点关注使用透射电子显微镜直接观察Hex-Ge结构，开发中红外区域的光学测量系统，以及评估4 um附近光学功能的物理特性，这对应于 Hex-Ge 带隙。

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
• 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