二次元材料：エッチングフラックスによる二次元半導体の核形成位置の決定論的制御

核形成の制御は半導体の堆積の根幹をなし、結晶性材料がいつ、どこで、どのように形成されるかを決める。従来の戦略によって核形成密度の調整は可能であり、領域選択成長を用いれば堆積範囲を指定領域に絞ることもできる。しかし、そうした方法では一般に、成長領域内のどこで個々の核が形成されるかを定められず、単一の核形成事象であってもその位置は確率的なままであり、結晶性材料の決定論的な構築が制限されている。今回我々は、単一の核形成事象の位置を決定論的に定めるための、エッチングフラックスを介した二次元（2D）半導体の単一中心核形成法を報告する。障壁から放出されるエッチングフラックスがパターン境界近傍の核を抑制することで、パターン中心に単一の核が残る。系統的な実験により、その機構が解明されるとともに、ゼロ、単一、複数の核形成レジームに対応した核形成の設計則が確立された。このエッチングフラックスを介した単一中心核形成によって、10 μmスケールの二硫化モリブデン単結晶の成長、最大117 cm² V⁻¹ s⁻¹の電界効果移動度、プロセス適合性を備えた大面積での均一性が実現された。この面内化学フラックス戦略は、空間的にプログラムされた成長を実現し、これによって、線状単結晶における核形成と成長の分離、大きな共通結晶内への複数のトランジスターの集積、自己整合コンタクトのための整列した2D面内ヘテロ構造が実証された。こうした能力は、高度な2D電子集積への道を開き、半導体堆積の制御を、材料がどこで成長するかから、結晶がどこで、どのように形成され始めるかへと拡張する。

目次へ戻る