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シリセン上へのケイ素の蒸着により金属的な二次元状ケイ素を形成

シリセン上へのケイ素の蒸着により金属的な二次元状ケイ素を形成
-シリセンと良好な界面をもつ金属的な新コンタクト材料として期待-

ポイント

  • シリセンはグラフェンのケイ素版と言える原子層物質。このシリセンにケイ素を蒸着した結果、構造と電子状態の異なる層が新たに形成された。
  • 新たに形成された二次元状ケイ素は、シリセンとは異なる金属的な性質をもつ。

 北陸先端科学技術大学院大学(JAIST)(学長・浅野 哲夫、石川県能美市)の先端科学技術研究科応用物理学領域高村 由起子准教授アントワーヌ・フロランス助教らは、UCL-JAIST協働研究指導プログラムの修了生であるトバイアス・ギル博士とともに、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(UCL)、ブルックヘヴン国立研究所と共同で、二ホウ化物上のシリセンにケイ素を蒸着することで金属的な電子状態をもつ新しい二次元状のケイ素の同素体が形成されることを発見しました。
 シリセンは、原子一層分の厚みしかない、究極に薄いケイ素(Si)の二次元的な結晶です。1994年に日本人研究者によってシリセンの安定な構造を理論的に研究した成果が発表されています。その後、炭素(C)の二次元結晶「グラフェン」に関する研究成果が2010年度のノーベル物理学賞を受賞するなど大きな注目を集め、そのSi版であるシリセンの研究が世界的に行われるようになりました。JAISTの研究チームは、2012年にSiウェハー上のエピタキシャル二ホウ化ジルコニウム薄膜上にシリセンが自発的に形成されることを発見しました。今回、そのシリセン上にケイ素を蒸着したところ、シリセンとは異なる構造の新たなケイ素の二次元状同素体が形成されることが低速電子線回折と走査トンネル顕微鏡観察から明らかとなり、さらに放射光施設における角度分解光電子分光によりこの新しい二次元状ケイ素が金属的な電子状態をもつことが明らかとなりました。
 この成果により、シリセンにその構成元素であるケイ素を付与するだけで、シリセンや、電子デバイスに使用される半導体材料でダイヤモンド構造をもつケイ素のシリコンとも異なる、金属的な二次元状ケイ素の形成が可能であることが明らかとなりました。この新しい金属的なケイ素はシリセンをデバイス化する際のコンタクト材料として期待されます。
 本成果は、2月17日(金)に英国物理学会出版局の発行する電子ジャーナル「2D Materials(ツー・ディー・マテリアルズ)」誌に掲載されました。
 なお、本研究は、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構、科学研究費補助金などの支援を受けて行われました。

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<今後の展開>
 シリセンにケイ素を付与することで形成された金属的な新しい二次元状ケイ素は、隣接するシリセンの電子状態に影響を与えることなく、原子レベルで急峻な界面を形成しており、シリセンをデバイス化する際のコンタクト材料として期待されます。今後は、伝導特性の測定などを通して実際にどのような電気的コンタクトが形成されているのかを調べたいと考えています。

<論文>
"Metallic atomically-thin layered silicon epitaxially grown on silicene/ZrB2"( 二ホウ化ジルコニウム上シリセンの上にエピタキシャル成長された金属的なケイ素の原子層物質)
DOI: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa5a80
Tobias G Gill, Antoine Fleurence, Ben Warner, Henning Prüser, Rainer Friedlein, Jerzy T Sadowski, Cyrus F Hirjibehedin, and Yukiko Yamada-Takamura
2D Materials 4, 021015 (2017).

LCN(London Centre for Nanotechnology)ニュース
https://www.london-nano.com/research-and-facilities/highlight/metallic-atomically-thin-layered-silicon

平成29年2月21日

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