「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～」
東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻の長汐晃輔教授らのグループは、物質・材料研究機構および名古屋大学と共同で、有機金属化学気相成長法（MOCVD法）でサファイア基板上に成長した単結晶MoS2について、これまで必要とされていた別基板への「転写工程」を経ずに、そのままトランジスタとして動作させることに成功しました。基板界面に残った硫酸基や水分子による"隠れた電子ドーピング"が性能低下の要因であることを解明し、微細加工後にガス熱処理を行う独自の「完全ドライ界面制御」プロセスによってこのボトルネックを解消したとしています。研究成果は国際学術誌「Advanced Materials」に2026年7月5日（現地時間）掲載されました。
出典：科学技術振興機構（JST） 2026年7月9日 プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260709-3/index.html
MoS2（二硫化モリブデン）に代表される2次元半導体は、原子層レベルまで薄くしても半導体特性を保つ材料として、次世代の集積回路や低消費電力デバイスの候補と位置づけられています。ただ、これまでは高品質な結晶が得られる基板と、実際にデバイスを作りやすい基板が別だったため、成長後に薄膜をはがして別基板に貼り替える「転写工程」が実装のボトルネックになっていました。転写にはしわ・破れ・汚染がつきまとい、量産化の障害となっています。
研究グループは、MOCVD法でサファイア基板上に成長させた単結晶MoS2をそのまま使い、転写工程を挟まずにトランジスタとして動作させることに成功しました。これは高品質な結晶を成長基板上でそのままウエハーとして扱う道を開く成果で、2次元半導体を集積回路向けに扱うプラットフォームづくりのマイルストーンと位置づけられます。
直接動作を妨げていた要因として、研究グループは基板界面に残存した硫酸基や水分子による"隠れた電子ドーピング"を突き止めました。そのうえで、微細加工後にガス熱処理を行う独自の「完全ドライ界面制御」プロセスを導入し、界面に残る不純物を取り除いてボトルネックを根本から解消したとしています。
高品質なサファイア基板上単結晶MoS2を「ウエハー」としてそのまま直接利用できるようになれば、2次元半導体を集積回路用材料として扱う際の主要な工程を短縮できます。研究グループはこの成果を「2次元半導体の活用基盤構築における極めて重要なマイルストーン」と位置づけています。
2次元半導体は、材料としての可能性は広く知られてきたものの、量産プロセスに乗せるうえでは「転写」がボトルネックとして立ちはだかってきました。今回の成果は、界面に残る硫酸基や水分子という具体的な要因を特定し、それに対応するプロセス（完全ドライ界面制御）を提示している点で、実装に向けた次のステップに乗る材料といえます。ウエハーサイズ化・歩留まり・他の2次元材料への展開が今後の焦点になりそうです。なお本研究は、JST戦略的創造研究推進事業CREST、JST次世代エッジAI半導体研究開発事業、JST未来社会創造事業などの支援を受けています。