【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1169
利用課題名 / Title
異種低次元材料を組み合わせた新規デバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
Single-walled carbon nanotubes, MoS2, vdW heterostructures, Photodiode, Photocurrent Mapping,光デバイス/ Optical Device,ダイシング/ Dicing,センサ/ Sensor,リソグラフィ/ Lithography,ナノチューブ/ Nanotube,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
丸山 茂夫
所属名 / Affiliation
東京大学工学系研究科機械工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
張子秋,大塚慶吾
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）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-501：卓上アッシング装置
UT-900：ステルスダイサー
UT-504：光リソグラフィ装置MA-6
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
SWCNT（単層カーボンナノチューブ）は高いキャリア移動度を持つ半導体材料であり，直径を調整することで広範な波長範囲に応答できる特性を持つ．一方，単層MoS2(二硫化モリブデン)はn型の直接遷移型半導体であり，高い吸収係数を持ち，光キャリアを高効率で生成できる．また，可視光領域で高い外部光応答性を示すことから，光電変換性能の向上が期待される．これらの特性を活かし，SWCNTとMoS2を組み合わせたヘテロ構造は，高性能なフォトダイオードの開発に適した構造であると考えられる．本研究では，カイラリティが明確になった単一のSWCNTとMoS2のヘテロ界面を構築と，その光応答特性（IV特性、スペクトル、温度依存性）を測定することで，ヘテロ界面における光電変換メカニズムを解明することを目的とする．
実験 / Experimental
光リソグラフィ装置を用いて水晶基板に触媒ラインをパターニングし，ステルスダイサーで基板をカットした．カットされた水晶基板に触媒を蒸着し，化学気相成長法(CVD法)によって水平配向SWCNTを合成した．続いて武田CRにてレーザー直接描画装置 DWL66+および卓上アッシング装置を用いて不要なSWCNTをエッチングした．その後，機械的剝離法によって単層MoS2を転写し，SWCNT－単層MoS2ヘテロ構造を構築した．ヘテロ構造を構築後，武田CRのレーザー直接描画装置を用いて電極部を加工した．加工された基板に金属を蒸着し，デバイスを作製した．
結果と考察 / Results and Discussion
Back Gate構造の水平配向SWCNT-単層MoS2フォトダイオードの製作を行い（Fig. 1），それに対する電気測定および光応答特性の評価を行った．電気測定の結果，On/Off比は10⁵以上を示し，低い暗電流を実現できることが確認され，光照射によるPhotogating効果を確認でき(Fig.2)，最大光応答がSWCNTの先端部分に存在することが明らかとなった(Fig.3)．SWCNT先端部分への電場集中がこの光応答特性に寄与している可能性が示唆された．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 Images of the HASWCNT Heterojunction Photodiode. (a) Optical microscopy image. (b)SEM image.
Fig. 2 Transfer curve of Monolayer MoS2-HASWCNT photodiode under illumination.
Fig.3 Noise-reduced lock-in photocurrent mapping results.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
- Z. Zhang, K. Otsuka, S. Chiashi, S. Maruyama, 「Photocurrent spectroscopy measurements of MoS2 and it’s heterostructures with single-walled carbon nanotubes」, 第67回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム, 高知, 2P-21, (2024.9.2)
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