【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5118
利用課題名 / Title
二次元ヘテロ構造デバイスの研究
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
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）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）-
キーワード / Keywords
量子効果/ Quantum effect,電子線リソグラフィ/ EB lithography,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,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)
岩崎 拓哉
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
熊谷 直紀, 大胡 真実,宇澤 拳太郎,筒井 博隆,窪田 剛,吉永 悠馬
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
浦野 絵里,簑原 郁乃 ,河野 久雄,大谷 まさみ,吉田 美沙,渡辺 英一郎,藤井 美智子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
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-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-614：CCP-RIE装置 [RIE-200NL]
NM-662：低ダメージ精密エッチング装置 [Spica]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
グラフェンをはじめとする二次元層状物質を積層したファンデルワールス積層ヘテロ構造では、材料の組み合わせ・積層角度等、従来の材料では成しえなかった自由度が制御可能となり、新奇物理現象およびデバイス機能発現が期待されている。本研究では、二次元ヘテロ構造を用いた量子・電子・光デバイスにおける新奇物性の探索・制御およびデバイス機能の開拓を目的とする。デバイスの微細加工実施および二次元物質準備用アドレスマーク基板を作製するために微細加工設備を用いる。
実験 / Experimental
別の設備で作製したグラフェン、六方晶窒化ホウ素(hBN)を基礎とする積層ヘテロ構造に対し、電子ビーム描画装置(NM-601,635,661)を利用し微細構造パターンを描画した。コンタクト電極を作製するために、電子銃型蒸着装置(NM-609,610,665)により、金属(Cr,Ti,Pd,Au等)を蒸着した。エッチングをするためにCCP-RIE装置(NM-614)、低ダメージ精密エッチング装置(NM-662)を使用した。絶縁膜(Al2O3)を成膜するために原子層堆積装置(NM-611)を利用した。二次元物質準備用のアドレスマーク基板作製のため、マスクレス露光装置(NM-604)により6インチSiウェハーにフォトリソグラフフィを行い、電子線蒸着、リフトオフでアドレスパターンを作製後、ダイシングソー(NM-629)で基板を20mm角にカットした。二次元物質の膜厚測定、表面観察をするため、操作型プローブ顕微鏡(NM-622)を利用した。基板・サンプルの洗浄のために水蒸気プラズマ洗浄装置(NM-605,638)、UVオゾンクリーナー(NM-606)、赤外線ランプ加熱装置(NM-619)を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
微細加工設備により、グラフェンホールバー、グラフェン光検出器デバイスの作製を行った。電子線リソグラフィ（EBL）、エッチング、電子線蒸着を行い、hBN/グラフェン/hBNの積層ヘテロ構造にコンタクト電極を作製した。その後、EBL、エッチングを行い、ホールバー構造を形成した。レジストにはPMMA A6を使用した。Top hBNに直径1-2μmの穴をパターニングし、下にあるグラフェンでエッチングをストップするプロセスを最適化した（エッチング範囲が狭いため、範囲が広い場合とエッチング速度が異なることに注意した）。このプロセスにより、基板材料をエッチングせずにグラフェン/hBN構造のデバイスを作製することに成功した。今後、本プロセスを利用し、基板に様々な材料を利用した積層構造を基に新奇物性、デバイス機能開拓を進める。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1. 作製したhBN/グラフェン/hBNホールバーデバイス
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
様々な装置のオペレーショントレーニング指導、ライセンステストに丁寧に対応してくださった技術スタッフおよび関係者の皆様に感謝申し上げます。
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.
- 大胡真実，佐藤遥大，オ ビュンフン，小澤大知，北浦 良，渡邊賢司，谷口 尚，森山悟士，藤方潤一，岩﨑拓哉，“グラフェン/hBNヘテロ構造における光熱電効果による光通信光の検出”，2024年第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟），2024年9月16-20日
- 熊谷直紀，杉野温貴，宇澤拳太郎，筒井博隆，岩﨑拓哉，中払周，塚越隆行，小松克伊，大坊忠臣，森山悟士，“MoTe2縦型伝導素子における電極材料の影響” ，2024年第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟），2024年9月16-20日
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