ガスソースおよびハライドアシスト分子線エピタキシー法による遷移金属ダイカルコゲナイドの結晶成長

摘要

遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)は三原子の厚さをもつ原子層物質であり、基礎物性からデバイス応用に亘って大きな注目を集めている。現在、TMD原子層の結晶成長には、固体原料を用いた熱CVD法が広く用いられているが、固体原料を連続的に安定して昇華・供給することが難しく制御性および均一性に課題がある。このため、より制御性の良い結晶成長法として分子線エピタキシー(MBE) 法の適用が検討されつつある。MBE法では、超高真空チャンバー中で原料を基板に供給し、基板上で拡散・反応を経て結晶が成長する。原料は分子線として供給するため、シャッター操作によって原料供給を急峻に切り替えることが可能であり、層数の精密な制御さらにはヘテロ構造への展開が可能となる。当研究室ではこれまでに、EB 加熱および K セルによってNBおよびSeをそれぞれ供給することで単層NbSe_2のMBE成長に成功している。しかし、原子間力顕微鏡 (AFM) 像（図1）から分かるように、MBE成長したNbSe2は典型的なCVD成長によるTMD原子層の結晶サイズ（マイクロメートルオーダー）よりも小さい。そこで、本研究ではMBE法を用いたTMD原子層の結晶サイズの伸長を目指し、以下の2つを試みた。：①有機金属源を用いたMBE(MetalOrganic MBE、本研究で用いたMOMBE装置の模式図と写真を図2に示す)、②NaCl分子線を同時に供給するNaClアシストMBE ―これらの詳細の結果は当日議論する。