【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NM0046
利用課題名 / Title
シリコン微細素子及び2次元材料を用いた新機能デバイス作製とパッケージング
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,EB,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,トポロジカル量子物質,原子薄膜,原子層薄膜,ナノカーボン
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
森山 悟士
所属名 / Affiliation
東京電機大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
佐藤 遥大,野崎 敦也,冨塚 祐弥,杉野 温貴
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-614：CCP-RIE装置 [RIE-200NL]
NM-629：ダイシングソー [DAD322]
NM-632：ワイヤーボンダー [7476D #2]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
量子デバイス材料として新規電子機能材料の機能探索と応用可能性を探索し、新機能ナノエレクトロニクスの基盤技術の開発を目指している。その中で、シリコン微細素子、2次元層状物質材料であるグラフェンや六方晶窒化ホウ素（hBN）、遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）を積層することによる新機能デバイス応用に関する研究を推進している。今回、シリコン微細トランジスタのパッケージングおよび、2次元電子材料を基板上に転写するための絶縁性基板の作製，転写後の原子層薄膜の微細加工・電極形成によるデバイス構造の作製，さらに電気伝導特性を評価するための素子のパッケージングを実施した。
実験 / Experimental
2次元層状物質材料である、グラフェン、六方晶窒化ホウ素(hBN)、遷移金属ダイカルコゲナイドの層状原子膜物質材料をSiO2/Si基板上に転写し、原子層積層構造を作製した基板を準備する。この基板にレジストとしてPMMA（ポリメチルメタクリレート）を塗布する。そしてCADソフトで作製したパターンを電子線ビーム描画装置に読み込ませ、描画することで基板にエッチングマスクや金属電極蒸着のパターンを作製する。現像後、CCP-RIE装置を用いた原子層積層構造をエッチングによる形状の微細加工、電子銃型蒸着装置による原子層積層構造への金属電極蒸着を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
グラフェンをhBNでカプセル化したhBN/グラフェン/hBN積層構造に対しては、ホールバー形状への加工、グラフェンに電極をとるためのエッチングおよび金属電極蒸着を実施し、電気伝導特性を評価するデバイスを作製した。Fig. 1は作製したデバイスの光学顕微鏡写真を示す。室温および低温での電気伝導特性から、グラフェンのオーミックコンタクトの形成およびグラフェン特有の量子輸送特性を観測することに成功した。またTMDCの一つであるMoTe2をグラファイトで挟んだグラファイト/MoTe2/グラファイト積層構造に対しては、上下のグラファイトに金属電極を取り付け、MoTe2への電流注入を実現する縦型構造のデバイスを作製した。Fig. 2は作製したデバイスの光学顕微鏡写真を示す。室温での電気伝導特性からデバイスの動作実証を確認した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1: hBN/グラフェン/hBN原子層積層構造に、形状の加工と金属電極と取り付けて作製した電子機能素子の光学顕微鏡像。
Fig. 2: グラファイト/MoTe2/グラファイト積層構造に金属電極をグラファイトに取り付けた電子機能素子の光学顕微鏡像。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・競争的資金：科学研究費補助金基盤研究（B）課題番号21H01749
・技術支援者：河野久雄様、吉田美沙様、渡辺英一郎様（以上、NIMS微細加工PF）に深く感謝いたします。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 冨塚祐弥, Amir Zulkefli, 岩﨑拓哉, 渡辺英一郎, 津谷大樹, 若山 裕, 中払 周, 森山悟士: “グラファイト/MoTe2/グラファイト積層構造の作製と電気伝導特性評価”, 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会, 仙台, 9/20–9/23, 2022.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件