　東北大学と慶應義塾大学は2024年6月20日、ジルコニウムテルライド（ZrTe₅）を用いて、大面積な薄膜を製造する新しい手法を開発したと発表した。ZrTe₅は一次元原子鎖が弱い分子間力でつながる「擬一次元ファンデルワールス物質（quasi1D－vdW）」の1つで、量子効果の増幅や高い熱電性能などの特性から半導体デバイスへの応用が注目されている。

　この手法は、遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）の大面積成膜で用いられる二段階プロセス技術を活用している。まず、物理蒸着法（PVD）プロセスであるスパッタリング法により、アモルファス薄膜を作成。これに熱処理を施し、結晶化させることで規則的に配列した二次元層状物質を成膜する。

（左）ZrTe5材料の結晶構造。（右）ガラス基板上に成膜されたZrTe5薄膜の成膜ままと熱処理後［クリックで拡大］出所：東北大学

　アモルファス相から結晶相への相変化に伴う電気抵抗率を調べたところ、4桁に及ぶ大幅な減少を確認。光学バンドギャップも0.91eVから約0.16eVへと縮小していた。ラマン分光および硬X線光電子分光法（HAXPES）から、これらの変化はアモルファスZrTe₅に存在するZr－ZrとTe－Teのホモポーラ結合が、Zr－Te結合に置き換えられることによるものと考えられる。

さまざまな温度でアニーリングされたZrTe5薄膜のラマン分光スペクトル出所：東北大学

ZrTe5材料のバンド構造と局所的な原子配置の模式図出所：東北大学

　半導体プロセスと互換性がない従来の手法とは異なり、PVDプロセスは半導体産業における一般的な手法で、量産可能な製造方法の開発が期待される。研究グループは今後、成膜プロセスの最適化と材料特性の評価を進め、次世代のトランジスタや光検出器、熱電デバイスの開発を目指す考えだ。

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら

東北大学サイエンスパーク構想が本格始動、優秀な研究者と共創できる仕組みとは？
東北大学と三井不動産は、両者のパートナーシップによる「東北大学サイエンスパーク構想」を本格始動したと発表した。
次世代コンタクトレンズの基盤技術に関する共同研究を開始
東北大学は、東京大学、メニコンと共同で、2024年4月より「次世代コンタクトレンズ及びコンタクトレンズの流通・製造に関する基盤技術構築」に向けた研究を開始する。
高輝度放射光施設のNanoTerasuを活用する産学共創の研究施設を設立
東北大学は、産学共創の研究施設「NAGASE×東北大学 Delivering next．共創研究所」を設立する。共創パートナーとなる長瀬産業は、3GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu（ナノテラス）」を活用する考えだ。
東北大がメタマテリアルで6G通信向け周波数チューナブルフィルターを開発
東北大学は、次世代の第6世代移動通信システム通信帯で利用できる周波数のチューナブルフィルターを開発したと発表した。
蟹殻が半導体や蓄電池に利用できる可能性を発見
東北大学は、キトサンのナノファイバーシートが、半導体特性と蓄電特性を有することを発見した。キトサンは、通常は廃棄される蟹殻などから得られるバイオマス化合物だ。