韓国研究チーム、次世代半導体の素材合成技術開発を発表…シリコン素材を代替

半導体 研究開発

韓国研究チーム、次世代半導体の素材合成技術開発を発表…シリコン素材を代替

韓国の研究チームが2次元半導体素材(原子水準の厚さを持つ薄い素材)を広く均等に成長させる技術の開発に成功した。この技術で合成された遷移金属カルコゲン化合物は、半導体素子の製作に使用できるぐらい大きい上に、優れた結晶性を持っていた。この技術で、シリコンに置き換わる次世代半導体素材の商用化が早まると予想される。
 
(参考記事:「韓国がパワー半導体のSiC素材検査技術を国産化…「日本の半分のコストで開発」」)
 
ウルサン科学技術大学校(UNIST)のパク・ヘソン教授とソンギュングァン大学校のガン・ジュフン教授の研究チームは、固体原料だけを使っていた既存の方式を改善し、液状原料と固体原料の両方を使用する方式で、結晶性(原子配列の規則性)の優れた遷移金属カルコゲン化合物を合成する技術を開発した。一般的に、液状原料は合成素材の結晶性を低下させるが、促進剤を用いることで結晶性の低下を防いだ。

遷移金属カルコゲン化合物は次世代半導体素材として注目を集めている。しかし、高温で蒸気に変換された固体前駆体(原料)を使用し、合成する方式では、蒸気の濃度が不規則であるため、均等な品質の薄膜を得ることが困難であり、大面積の合成も難しい。このような問題点を解消する方法として、液体原料(液状前駆体)を利用する方式が挙げられているが、液体原料を使うと、合成素材の結晶性などの品質が低下するという問題が発生する。

研究チームは、液状の遷移金属原料を基板上にコーティングし、蒸気状態のカルコゲン元素と反応させる方式を使った。この方法を用いると、液状原料に含まれている反応促進剤(金属ハロゲン化物)が「カルコゲン化(chalcogenization)」化学反応を促進し、結晶性の優れた化合物を得ることができる。また、促進剤を用いることで、化合物が水平方向にのみ成長し、一つの薄い層で構成された遷移金属カルコゲン化合物の合成が可能になる。

今回開発された合成法は、遷移金属カルコゲン化合物の種類に関係なく適用することができる。実際に、研究チームは、モリブデン(Mo)、タングステン(W)などの遷移金属と、硫黄(S)、セレン(Se)などのカルコゲン元素を組み合わせ、多様な単層遷移金属カルコゲン化合物の合成に成功した。

研究チームは、合成された半導体薄膜を利用した半導体素子製作にも成功した。二セレン化モリブデン(MoSe2)薄膜でトランジスタを制作し、薄膜が優秀な電気的特性(電子移動度)を持つことを確認した。

UNIST新素材工学科のパク・ヘソン教授は、「今回開発された合成法は、商用化が可能な、大面積かつ高性能、均等な品質の2次元半導体素材を生産できる技術」と説明し、「2次元素材基盤の電子素材開発及び商用化に寄与できるはず」と述べた。

この研究は、韓国研究財団の中堅研究者支援事業及び基礎研究室支援事業の支援で遂行された。この研究は、ナノ材料分野の国際ジャーナル「ACS Nano」に2月23日、掲載された。(論文題目: High-Crystalline Monolayer Transition Metal Dichalcogenides Films for Wafer-Scale Electronics)
 
(参考記事:「韓国KAIST「次世代量子光源のための半導体量子ドット対称性制御技術を開発」」)
(参考記事:「韓国が「エポキシ」の国産化に成功…対日輸入率9割の半導体核心材料」)
(参考記事:「韓国企業が「クォーツ」を国産化か…対日依存高い半導体先端素材 市場規模は1千億円超」)
 
(写真:iStock)


 
 
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