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KAIST、2次元半導体を空中に浮かせて高性能素子を製造

電子移動能力は従来の2倍、光感知性能は10倍以上向上


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は新素材工学科のチョン・ヨンシク教授研究チームが次世代2次元半導体を空き空間が90%以上のナノスケールのドーム構造体の上に乗せて高性能電子素子を製造することに成功したと4月24日に発表した。研究チームはこの技術を活用して2次元半導体の電子移動能力を従来の技術に比べて2倍以上、光感知性能は10倍以上向上させた。

2次元半導体素材は既存のシリコン半導体の物理的性能の限界を克服するための代案として注目されている。だが原子層レベルの薄さのため周辺の影響を受けやすいく、特に2次元半導体が乗せられた基板からの不規則な影響により性能に対する信頼性が確保されていない。

こうした問題点を解決するために海外の研究チームも基板の影響を遮断するための方法を研究している。そのうち2次元半導体を空中に吊るす構造で設計する技術が報告されているが、半導体層の下端を支える構造物が存在せず機械的耐久性が充分でないという短所があった。

チョン・ヨンシク教授研究チームは2次元半導体の下端に酸化硅素の材質の超微細ドーム型構造物を隙間なく形成するアイデアでこうした問題を解決した。基板上に乗っているドーム型構造物は超微細ナノスケールであり空き空間が90%以上。ドーム状の構造物の上に2次元半導体を乗せるとまるで基板上に半導体が浮いているのと類似した効果を得られる。こうすることで機械的に安定し接触面積を減らして基板からの影響を最小化できる。ドーム状の形状のおかげで半導体の物理的性能が大幅に向上した。

一般的に超微細ドーム型構造物を製造するためにはパターンを刻む高価な装置が必要。しかし研究チームは分子が自ら移動してナノ構造物を形成する自己組織化現象を利用し、低コストで微細なドーム構造の配列の製造に成功した。また既存の半導体製造工程とも互換性を確保した。

研究に当ったチョン・ヨンシク教授は「2次元半導体素材以外に金属性の2次元素材であるグラフェンの特性向上にも応用できる。次世代柔軟ディスプレイの駆動トランジスタ用高速チャンネル素材や光検出器の核心素材である光活性層にも活用できるだろう」と話している。

研究結果は米国化学会が発刊する国際学術誌『Nano Letters』電子版に掲載された。





[2018-04-27]

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