都立大ら，トンネル効果を示す層状半導体で接合構造

東京都立大学，産業技術総合研究所，筑波大学，埼玉大学，東京大学は，次世代の半導体材料として注目されている遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）の多層結晶において，異なる二種類のTMDCが同一の面内で接合した構造の作製に成功した（ニュースリリース）。

低消費電力な電子デバイスの実現に，固体中のトンネル電流を利用した電界効果トランジスタ（FET）が注目を集めている。この電子デバイスはトンネルFET（TFET）とも呼ばれ，従来のFETの限界を超える低電圧で電流をスイッチングできる。

こうした中，層状構造を持つ半導体の遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）は，TFET応用に適した材料として多くの研究が報告されてきた。TFETでは，電流の担い手（キャリア）となる電子およびホールを高濃度に含む半導体の両方が必要とされ，それらが接合した構造を利用する。

この要求に対し，TMDCは組成や層数に応じて電気的性質を制御可能であり，異なる組成のTMDCの結晶を張り合わせて重ねる，もしくは同一の面内で接合できるという利点を持つ。これまで，TMDCを利用したTFETは，主に異なる組成のTMDCを重ねた構造を中心に研究が行なわれていた。

研究グループは今回，化学気相成長を利用した多層TMDCの面内接合の作製，そしてトンネル電流の観測に取り組んだ。成長条件を最適化することで，最初に張り付けた多層TMDCの結晶の端からMoS₂を成長させることに成功した。

この多層構造を利用することで高濃度に電子もしくはホールを含むTMDCの接合が可能になる。さらに，この接合界面において，電子のトンネル効果に起因した電流（トンネル電流）が流れている特徴を観測した。

また，異なるTMDCが同一の面内で接合した構造において，トンネル電流が流れている証拠を実験的に検証した。これは，低消費電力TFET応用に向けた新たなデバイス構造の提案や，性能改善に向けた重要な指針となる。さらに接合構造は化学気相成長によって作製でき，将来的な産業応用にも有用な手法だとする。

発光素子などの光・電子デバイスの高性能化に関しても半導体材料の接合技術の開発は必要不可欠であり，TMDCを利用した様々なデバイス応用に関する波及効果が期待される。また，異なる結晶が接合された界面は，通常の結晶内部では見られない多くの物理現象が発見されてきた。研究グループは，新たな機能や物性を探索する新たな候補材料としての展開も期待されるとしている。