2017 Fiscal Year Research-status Report

テンプレーティングCVD法によるグラフェンナノコンフォメーションの制御と評価

Research Project

Project/Area Number	17K05011
Research Institution	National Institute of Information and Communications Technology
Principal Investigator	田中秀吉国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究マネージャー (40284608)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鈴木仁広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (60359099) 富成征弘国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (90560003)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	ナノカーボン / CVD / ファインプロセス
Outline of Annual Research Achievements	グラフェンシート形成に関わる触媒機能を持つ金属薄膜セルの基板上の位置や形状を一連のファインプロセスに基づいて精密に制御したうえでCVDプロセスのテンプレートとして活用することで、高精度にてコンフォメーション制御された高品質なグラフェンシートを基板上に形成させるための基盤技術（パターンドセルCVDプロセス）を開拓することが本研究の達成目標である。初年度の取り組みとして、まずはデバイスの基本構造や幾何学的な微細構造を模した微細パターンに基づく、構造テンプレートとしてのCVDセル作成技術の開発に着手した。試行錯誤の結果、平坦化処理を行った石英基板上に形成した厚さ100nm程度の銅薄膜に対して、ポジ型レジストを用いたリフトオフプロセスを適用することで、その形状や大きさを相応のレベルにて制御したCVDセルの基本構造を作り込むことに成功した。この成果を足がかりとしてプロセス条件やセル構造、セルサイズの最適化を進めているところである。また、このCVDセルをもとにグラフェンシート形成に関わるCVDプロセスを実施するため、これまでの真空下CVDプロセスシステムの改良発展型であるコールドウォール型真空下CVD炉を新たに開発した。このCVD炉によれば、プロセスチャンバー内の環境を高真空に保ったまま、１インチサイズの基板に対して複数のガス種による精密なパターンドセルCVDプロセスをが実施可能となることから、次年度以降の研究進捗に大きな役割を果たすものと考える。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の要となるCVDセルについてはその作成プロセスがほぼ確立し、目下その制御性の精密化を目的とする条件最適化を行っているところであるが、CVDプロセスを行う反応システムの構築に時間を要したため、セルの形状や構造と形成されるグラフェンシートのミクロスコピックなコンフォメーションを対応付ける段階までにはまだ到達していない。その一方、基板上に形成された有機分子体の自己組織化構造の基板上結合反応によってグラフェンナノ構造を作成する試みについては、STMによる分子分解能観察によって、グラフェンナノ構造の形成プロセスと自己組織化構造との間に相関があることを示す興味深いデータが得られるなど予想以上に進捗している。それらから得られる知見はCVDセルのミクロスコピックな形状に基づいてグラフェン形成プロセスを精密に制御するための方法を確立する際に重要な役割を果たすものと期待される。
Strategy for Future Research Activity	初年度に得られた成果を足がかりとし、CVDセルの構造や加工条件を最適化することでセル構造を精密化し、それを起点として形成されるグラフェンシートの成長形態とセル形状との関係をSPMや分光手法を手段として詳細に調べる。さらに、セルを構成する金属のバリエーションや反応に使用するガス種や分子種のバリエーションを拡充し、形成されるグラフェンシートやグラフェンナノ構造の諸物性との対応を得る。これらを通じて得られた基礎的知見をもとに、デバイス基本構造の直接作成や隣接セル間のギャップを活用したナノブリッジ構造の作成へと研究を進めていく。
Causes of Carryover	パターンドCVDプロセスの足がかりとなるテンプレートの作成技術開発に多くの時間と労力を要したこと、今後の実験を効率的に進めるために当初の計画になかった高真空下CVD反応炉を新たに立ち上げたことなどにより、パターンドセルを用いたCVDプロセス条件の最適化実験への着手が当初計画より遅れ気味となった。そのため、基板などCVDプロセスに必要となる消耗品購入の一部が次年度送りとなった。