千葉大学の青木伸之准教授は、原子層物質の一種である二硫化モリブデン(MoS2)に走査電子顕微鏡(SEM)で電子線を照射するだけで、半導体の性質を決める最も重要な値のひとつであるバンドギャップが大きくなる現象を世界で初めて発見し、半導体の性質を容易にコントロールできることがわかったと発表した。SUNYバッファロー大学のJ.P. Bird教授、Rice大学のR. Vajtai教授らとの共同研究による。

 現在のシリコンによる大規模集積回路(LSI)は、トランジスタを小さくして集積度を上げることで性能を伸ばしてきた。しかし、その方法は限界に近づいており、シリコンに代わりグラフェンやMoS2といった原子層物質による原子1層で作られたトランジスタが注目されているという。一方、半導体の性能を決める重要な特徴バンドギャップは、従来の材料ではその値は物質ごとに決まっていて変えることはできなかった。

 今回、研究グループは1層のMoS2単結晶で作られたトランジスタの中に性質の異なる部分があることを発見した。走査プローブ顕微鏡を複合的に用いて解析を進めていくと、性質が異なっている部分はバンドギャップが広くなっており、異なる性質との境界がトランジスタとしての動作の仕方を左右することが分かった。さらに検証を進めると、変化の原因は、資料の作製プロセスで使っていた電子線リソグラフィで使用する電子線照射によることが明らかになった。これにより、原子層物質ではSEMといった簡易な装置で電子線を照射するだけで、バンドギャップを容易にコントロールできることが分かったという。

 今後はバンドギャップコントロールと組み合わせることで、コンピュータやメモリだけでなく、LEDやレーザーなど様々なエレクトロニクスを原子層物質だけで実現できる可能性が期待される。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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