六⽅晶窒化ホウ素の⼤⾯積合成とグラフェン集積デバイスを実現

• グラフェンを始めとする原⼦の厚みしかもたない薄いシートが次世代半導体として⼤きな注⽬を集めているが、⼤⾯積の絶縁性⼆次元材料が必要とされていた。
• 本研究では六⽅晶窒化ホウ素と呼ばれる絶縁性⼆次元材料を⼤⾯積に合成し、グラフェンのデバイス特性を⼤きく向上させることに成功した。
• グラフェンなどの原⼦シートに基づく次世代の半導体研究とデバイス開発をさらに加速して、将来の半導体産業に⼤きく貢献するものと期待できる。

　現代社会を⼤きく⽀えているシリコン半導体デバイスは、微細化によって⾼速化や省電⼒化が進められてきましたが、その微細化も限界に近付きつつあります。この問題を解決する材料として期待されているのが、グラフェンを始めとする原⼦の厚みしかもたない究極に薄い⼆次元の原⼦シート（⼆次元材料）です。今回研究した六⽅晶窒化ホウ素は、絶縁性の⼆次元材料であり、グラフェンなどの他の⼆次元材料のデバイス特性を著しく向上させるとともに、様々な興味深い物性を引き出すのに不可⽋な材料です。しかし、六⽅晶窒化ホウ素は⼤⾯積の合成が難しく、現在でも研究では単結晶から得られる⼩さな剥離⽚が使われることがほとんどです。そのため、六⽅晶窒化ホウ素を⼤⾯積のデバイスに応⽤する報告はこれまで全くありませんでした。
　九州⼤学グローバルイノベーションセンターの吾郷浩樹主幹教授、パブロ・ソリス-フェルナンデス特任准教授、研究スタッフの深町悟⽒、⼤阪⼤学産業科学研究所の末永和知教授、産業技術総合研究所のユンチャン・リン主任研究員らの研究グループは、化学気相成⻑法と呼ばれる⽅法で均⼀な多層の六⽅晶窒化ホウ素を合成し、さらにそれを⽤いて⼤規模なグラフェンデバイスの特性向上につなげることに成功しました。特に、六⽅晶窒化ホウ素の合成法に加えて、グラフェンとの積層法やクリーニング法を詳細に検討することで、⼤⾯積に並んだグラフェンのデバイス特性を倍以上に⾼められることを実証しました。
　本研究は、これまで難しかった⼤⾯積での⼆次元材料のデバイス化を可能にするものであり、次世代半導体の実現を通じて今後の半導体産業に⼤きく貢献するものと期待されます。
　本研究の成果は2023年2⽉7⽇(⽕)午前1時（⽇本時間）発⾏の英国科学誌「Nature Electronics」オンライン版で公開されました。

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掲載誌：Nature Electronics
タイトル：Large-area synthesis and transfer of multilayer hexagonal boron nitride for enhanced graphene device arrays
著者名：Satoru Fukamachi, Pablo Solís-Fernández, Kenji Kawahara, Daichi Tanaka, Toru Otake,Yung-Chang Lin, Kazu Suenaga, Hiroki Ago
D O I ：10.1038/s41928-022-00911-x

グローバルイノベーションセンター　吾郷 浩樹　主幹教授