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PROCESS SOLUTIONS FOR

2次元材料

2次元材料は、原子1個分の厚さまで薄膜化できる極限の材料と言えます。これらの材料は、今日、研究者たちがエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、エネルギー応用のための次世代デバイスに活用しようとしている、非常に優れたエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクス特性を持っています。

グラフェンがこうした超薄膜材料の探求と応用のきっかけとなった一方で、窒化物(hBN)や遷移金属ダイカルコゲナイド(MoS2、WSe2など)といった他の2次元材料の探求や 応用という大きな分野を創出しました。これらの材料は自然界に存在し、バルク結晶から剥離することができる一方で、将来のデバイスのためのスケールアップを容易にするために、CVD法が用いられています。

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2次元材料作製:グラフェン EO (電気光学式) モジュレータのプロセス

オレンジ色で示されたプロセスがオックスフォード・インストゥルメンツのテクノロジー

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2次元材料アプリケーション

2次元材料は、現在、多くの研究者がエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フレキシブルデバイスといった次世代デバイスに活用する、非常に優れたエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクスの特性を示しています。

2次元材料のさまざまな側面は、アプリケーションにとってメリットがあり、アプリケーションによっては、高速移動度トランジスタ用のシングルレイヤーや、水分解のような触媒アプリケーション用の多方向マルチレイヤーを目標にすることも考えられます。

2次元材料に対するソリューション

グラフェン、MoS2、hBNなどの2次元材料は、現在のデバイスを向上させ、新しいデバイス・アーキテクチャを構築することに使用できる可能性があります。ユニークな特性を持つFETや バッテリー、フィルターなどが実現できると考えられています。

実績のあるプロセス

オックスフォード・インストゥルメンツのプラズマテクノロジーでは、高温CVDから低温ALDまで、幅広いプロセスにおいて豊富な実績があります。

グラフェン

CVD (化学気相成長) プロセスにより得られるグラフェンに対して有効な仕様となっています。

  • サンプル交換のために成長チャンバーの冷却が不要なため、ロードロックシステムは高いスループットを提供
  • Heパージガスが不要
  • グラフェン層の有無は、ラマン分光法のピーク2次元分析によって確認
  • 単層グラフェンはラマン分光法で確認
グラフェンに対するラマンピーク特性
データ通信向けグラフェン EO モジュレータ―の概略図

データ通信向けグラフェン EO モジュレーター


2次元 hBN

CVD により作製される窒化ホウ素について適用されます。プロセス実証のためホウ素源として B2H6 、窒素源として NH3 を使用し、触媒基板として Cu/Ni 箔を用います。

  • 温度 > 900 °C
2D hBN 2次元 hBNのラマンピーク

2次元 MoS2 や TMD(遷移金属ダイカルコゲナイド)

当社では、 MoS2や WS2 などの2次元層成長向けプリカーサーベーパー供給モジュールを備えたPECVDシステムを提供しています。

欠陥が少なく、強いフォトルミネッセンスを持つ優れた膜厚制御

高品質 MoS2

  • AFMにより、明確なステップ高さと滑らかで均一な膜を確認
  • ラマンスペクトルから、 21.1cm-1 間隔の特徴的なピークを持つシングルレイヤーが形成されていることがわかる。
2次元 MoS2のラマンピーク

PECVDによるグラフェン

プラズマ励起CVD法による絶縁体基板上へのナノ結晶性グラフェンの直接成長

  • 温度 > 900 °C

2Dヘテロ構造

2次元 MoS(二硫化モリブデン) グラフェンヘテロ構造のその場成長

当社では、グラフェン、MoS2、WS2などの材料の2次元層やヘテロ構造の成長用に、プリカーサーベーパー供給モジュールを備えたCVD/PECVD/リモートプラズマ(ICP) CVDシステムを提供しています。 

3ステップ プロセス:

  • ステップ 1: Cu 基板上にグラフェンを成長
  • ステップ 2: グラフェンを Cu 基板から SiO2 基板へ移動
  • ステップ 3: SiO2 上に転写したグラフェン上に MoS2 を成長

プロセスの特徴:

  • 温度 > 900 °C
  • ラマン分光法で確認された単層 MoS2 の成長
  • 完全な単層 MoS2 を確実に作製するためにはデポジション時間が極めて重要
  • MoS2 作製プロセス中のグラフェンの安定性には、グラフェンへの MoS2 析出温度とその品質が重要
MoS<sub>2</sub> のラマンピーク WS<sub>2</sub> のラマンピーク

垂直配向グラフェン

  • 温度 600°C - 900°C
  • サンプル交換のために成長チャンバーの冷却が不要なため、ロードロックシステムは高いスループットを提供
  • Heパージガスが不要
  • 核生成は基板と炭素源の組み合わせに影響 (Carbon, 2013, Vol. 58, 59–65)
PECVDによる垂直配向グラフェンの構造

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2次元材料向けプラズマプロセス ソリューション

2次元材料への原子層堆積法については、特に、当社の FlexAL システムを構成に組み込むことによりMoS2などの2次元遷移金属ダイカルコゲナイドを成長させることができます。FlexAL は硫化物用金属酸化物シード層の成長、high-k誘電体のデポジション、表面前処理、2次元材料のカプセル化に最適です。

  • リモートプラズマALDおよびサーマルALDを1台のフレキシブルツールで実現
  • リモートプラズマの使用により低ダメージを実現
  • レシピ主導のソフトウェアインターフェースによる制御可能な再現性の高いプロセス
  • 材料とプリカーサの選択における高いフレキシビリティ

FlexALについての詳細はこちら。

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FlexAL ALD システム

グラフェン以外の2次元材料に FlexAL ALDシステム 

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