絶縁体基板上でのグラフェンナノメッシュの直接形成技術の開発と電子特性の解明
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23K04536
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
鈴木 仁 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (60359099)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 秀吉 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究センター長 (40284608)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 / 自己組織化 / ラジカル化 / グラフェンナノ構造 / グラフェンナノメッシュ / ボトムアップ |
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| Outline of Research at the Start |
電子デバイスへの応用が期待されているグラフェンナノメッシュにおいて，穴の配列や間隔などの構造を精密に制御する技術は未踏であり，その構造と電子特性の相関は実験的に解明されていない．本研究では，前駆体となる芳香族有機分子を触媒機能を有する加熱銅表面に接触させてラジカル化させ，それらを超高真空中の基板上でボトムアップ的に重合させることで，絶縁体基板上に精密に構造制御されたナノメッシュ構造を直接作製する技術を開発する．さらに形成されたナノメッシュ構造の解析とその本質的な電子特性を実験的に解明することをめざす．
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度，加熱機構を持つ銅製ノズルを自作し，従来のクヌーセンセル蒸着源に接続することでラジカル化蒸着源を自作した．加熱機構は銅製ノズルの周囲に石英ガラスの筒をかぶせ，その外側に巻いた金属ワイヤに電流を流すことで約200度までノズルの温度を上げることができた．当該装置を用いて，超高真空下においてヘキサブロモトリフェニレン（HBTP）分子を金（111）表面上に蒸着し，走査トンネル顕微鏡によって観察した．銅製ノズルの温度が200度の状態で分子を蒸着したところ，3種類の形状が金表面に観察された．一つ目は，三つ葉状の形状であり，すでに観察されているHBTP分子の形状に一致していた．しかし，この形状の観察数は少数であった．二つ目は，長さが約2.1nmの直線状の形状であり，これが両端をそろえて0.5nmの間隔で平行に並んで列を形成し，さらにこの列が複数平行に並んでいた．三つ目は，0.5nmの円状の形状であり，これらがランダムに吸着していた．
二番目および三番目の構造については，銅製ノズルに接触することで変化した分子と考えられる．この分子の化学組成はC18H6Br6であり，この分子同じ炭素数のアルカンの長さは約2.2nmであり，観察された構造の長さとほぼ一致する．これらを考えると，銅製ノズルによって，HBTP分子が分解され，アルカンに変化し，それらが基板上で配列したと考えられる．また円状の形状は分解された分子の一部と考えられる．
今年度の成果では銅製ノズルが分子構造を変化させることを実証できたが，臭素原子だけの解離は観察できなかった．これは銅製ノズルの温度が高すぎたことを示唆しており，温度依存性について詳細な実験が必要である．
h-BN基板の原子分解能レベルでの評価のために，真空中への導入および清浄化のための技術の検討とテストを試みている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ラジカル化蒸着源の作製とその基本的な性能評価を達成できているが，銅製ノズル温度に対する分子の分解条件の探索が十分にできていない．
真空中チャンバー内へのhBN試料の導入およびその清浄表面の準備手法の確立がまだ不十分であり，hBN基板の原子分解能レベルでの評価が実現できていない点はやや計画から遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
ラジカル化蒸着源の銅製ノズルの温度に対する分子構造の変化を調べる．銅製ノズルの温度を100度，150度などに設定し，これを通してヘキサブロモトリフェニレン分子を金基板上に蒸着する．蒸着した分子は，走査トンネル顕微鏡で観察し，分子構造および分子が形成する構造を評価する．これにより，臭素原子の解離させ，かつ金基板上で蒸着後のアニールなしに重合構造を形成する温度条件を確立する．
hBN基板の超高真空チャンバーへの導入および清浄表面の準備を進める．基板表面の清浄化には，チャンバー内での劈開を利用する．hBN基板上に接着剤で治具を固定し，チャンバー内で治具に力を加えて機械的剥離させることを試みる．表面の清浄性，平坦性の評価には非接触原子間力顕微鏡を用いておこなう．
さらに，このhBN基板上に上記の加熱銅製ノズルを通して臭素を解離させたヘキサブロモトリフェニレン分子を蒸着し，形成される構造を非接触原子間力顕微鏡によって観察する．
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
