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2016 Fiscal Year Annual Research Report

精密パラメータ制御プラズマ活用グラフェンナノリボン集積デバイスの創成

Research Project

Project/Area Number 16J02495
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鈴木 弘朗  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
KeywordsプラズマCVD / グラフェンナノリボン / ウェハスケール集積化
Outline of Annual Research Achievements

三年計画の初年度において,精密パラメータ制御プラズマ活用グラフェンナノリボン集積デバイスの創成に向け,プラズマ化学気相堆積(CVD)中のグラフェンナノリボン合成機構解明と,その合成機構に基づいたグラフェンナノリボンのウェハスケール集積化合成に取り組んだ.
1. プラズマCVD中のグラフェンナノリボン合成機構解明
グラフェンナノリボンの合成機構解明に向けて,Ni薄膜を用いた系統的な実験,及び分子動力学シミュレーション及びフェーズダイアグラム計算による理論解析を行った結果,プラズマ照射によるNi中炭素濃度上昇によりNiと基板との濡れ性が向上することで,Niナノバー構造を高温下で維持可能となることが明らかになった.また架橋構造形成ダイナミクスに関して,冷却過程におけるグラフェン析出に伴うNi中炭素濃度の減少によりNi構造が不安定化し,最終的に架橋グラフェンナノリボンが合成されることが明らかとなった.
2. グラフェンナノリボンのウェハスケール集積化合成
上記の合成モデルに基づきプラズマ照射時間の制御によって高温下におけるNiナノバー構造の安定化と,冷却過程におけるNiナノバーの不安定化による架橋構造形成が両立される条件の同定を行った.その結果,プラズマ照射時間が最適な合成条件においては98%以上の高い効率でグラフェンナノリボンが合成されることが明らかになった.また合成条件最適化によって約1,000,000本のグラフェンナノリボンをウェハースケールで高密度集積化することに世界で初めて成功した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

二年計画の初年度にあたる今年度は,プラズマCVD中のグラフェンナノリボン合成機構解明を行う予定であったが,さらに次年度に行う予定であったグラフェンナノリボンの集積化にも着手し,合成機構に基づいた合成条件最適化によりウェハスケールでのグラフェンナノリボンの集積化合成に世界で初めて成功した.以上の成果が得られているため,本研究を"当初の計画以上に進展している"と評価した.

Strategy for Future Research Activity

二年計画の初年度にあたる今年度は,ウェハスケールでのグラフェンナノリボンの集積化合成に成功した.一方でそれらを用いたデバイス動作はまだ実証されていない.そこで今後はグラフェンナノリボンを用いた電子デバイスを作製し,高性能電子デバイス動作を実証する.

  • Research Products

    (10 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Wafer-scale fabrication and growth dynamics of suspended graphene nanoribbon arrays2016

    • Author(s)
      H. Suzuki, T. Kaneko, Y. Shibuta, M. Ohno, Y. Maekawa and T. Kato
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 7 Pages: 11797-11806

    • DOI

      10.1038/ncomms11797

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 架橋グラフェンナノリボンアレイのウェハースケール高集積化合成と光電子デバイス応用2017

    • Author(s)
      鈴木 弘朗, 金子 俊郎, 澁田 靖, 大野 宗一, 前川 侑毅, 加藤 俊顕
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜 (横浜市,神奈川県)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
    • Invited
  • [Presentation] Structural-Controlled Growth of Graphene Nanoribbon by Advanced Plasma CVD2016

    • Author(s)
      和藤勇太, 鈴木弘朗, 金子俊郎, 加藤俊顕
    • Organizer
      第26回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館 (横浜市, 神奈川県)
    • Year and Date
      2016-12-19 – 2016-12-22
  • [Presentation] 急速加熱プラズマCVD成長架橋グラフェンナノリボンの合成機構解明と光電子デバイス応用2016

    • Author(s)
      鈴木 弘朗, 加藤 俊顕, 金子 俊郎
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第33回年会
    • Place of Presentation
      東北大学 (仙台市,宮城県)
    • Year and Date
      2016-11-29 – 2016-12-02
  • [Presentation] 架橋グラフェンナノリボンアレイのウェハースケール高集積化合成2016

    • Author(s)
      鈴木 弘朗, 金子 俊郎, 澁田 靖, 大野 宗一, 前川 侑毅, 加藤 俊顕
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟市,新潟県)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Wafer-scale integration of suspended graphene nanoribbons and its growth mechanisms2016

    • Author(s)
      H. Suzuki, T. Kaneko, Y. Shibuta, M. Ohno, Y. Maekawa, T. Kato
    • Organizer
      第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      かでる2・7 (札幌市,北海道)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] 先進プラズマCVDによるグラフェンナノリボン合成におけるナノバー触媒種の効果2016

    • Author(s)
      和藤勇太, 鈴木弘朗, 金子俊郎, 加藤俊顕
    • Organizer
      第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      かでる2・7 (札幌市,北海道)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] 先進プラズマCVDによるグラフェンナノリボン合成におけるナノバー触媒種の効果2016

    • Author(s)
      和藤勇太, 鈴木弘朗, 金子俊郎, 加藤俊顕
    • Organizer
      第10回プラズマエレクトロニクスインキュベーションホール
    • Place of Presentation
      静岡県御殿場市国立中央青年交流の家(御殿場市, 静岡県)
    • Year and Date
      2016-08-31 – 2016-09-02
  • [Presentation] Optoelectronic properties of densely aligned suspended graphene nanoribbons array fabricated by plasma CVD2016

    • Author(s)
      H. Suzuki, T. Kato, and T. Kaneko
    • Organizer
      The 17th International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials
    • Place of Presentation
      University of Vienna (Vienna, Austria)
    • Year and Date
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Large Scale Fabrication of Suspended Graphene Nanoribbon Arrays2016

    • Author(s)
      H. Suzuki, T. Kato, and T. Kaneko
    • Organizer
      Compound Semiconductor Week 2016
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山市,富山県)
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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