2次元半導体の直接成長ウエハー上でのトランジスタ基本動作を初実証～転写プロセスに頼らない集積回路用プラットフォームへ道～

普段、皆さんが使っているスマートフォンやパソコン。その中には、たくさんの小さな「スイッチ」のようなものが詰まっています。これが「トランジスタ」と呼ばれるもので、電気信号をオン・オフすることで、複雑な計算や情報処理を可能にしています。このトランジスタを作る上で、近年注目されているのが「2次元半導体」という、原子数個分の薄さしかない特別な材料です。

この2次元半導体、すごーく薄いので、従来の半導体を作るのとは全く違う技術が必要になります。これまで、この2次元半導体をトランジスタに仕立てるには、一度別の場所に作った材料を、別の基板（土台）に「転写」するという手間のかかる方法が一般的でした。例えるなら、クッキー生地を一度作って、それを別の皿に移してから焼くようなイメージです。

今回、東京大学の研究グループは、なんと、この「転写」というステップを省くことに成功しました。しかも、サファイアという、もともと半導体を作るのに使われる土台の上に、直接、2次元半導体（MoS2：二硫化モリブデンという物質）を成長させる方法で、トランジスタがちゃんと電気信号のオン・オフをする、という基本動作を初めて実現したのです！これは、クッキー生地を最初からお皿の上に直接置いて焼くようなイメージ。工程がぐっとシンプルになりますね。

では、なぜこれまでうまくいかなかったのでしょうか？研究チームによると、サファイア基板の上に直接成長させたMoS2では、トランジスタの性能が落ちてしまう原因があったそうです。その原因とは、材料の表面に残ってしまっていた「硫酸基」という、ちょっとした「汚れ」のようなもの。これが電気の流れを邪魔していたのです。今回の研究では、この硫酸基を取り除く技術も確立し、本来の性能を引き出すことに成功しました。

この成果は、将来の集積回路、つまり、たくさんのトランジスタを一つにまとめたチップを作る上で、とても大きな一歩となります。転写プロセスが不要になることで、より効率的に、そして低コストで高性能な半導体を作れるようになるかもしれません。スマホやパソコンはもちろん、電気自動車やAIなど、さまざまな分野で使われる電子機器の進化につながる可能性を秘めています。