2019 Fiscal Year Annual Research Report
Heteroatom doping into graphene by high-energy ion irradiation
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17K18373
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
圓谷 志郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (40549664)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グラフェン / 高エネルギーイオン照射 / 異種原子ドーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンの原子レベルの構造制御によって電子状態や物理的性質の制御を可能にするために，グラフェンをはじめとした二次元層状物質と異種原子を含む薄膜とのヘテロ構造に高エネルギー重イオンを照射することで任意の異種原子をドーピングする方法（高エネルギーイオン照射法）の開発を行っている。本年度は以下の2点について研究開発を実施した。
(1) 高エネルギーイオン照射法による二次元層状物質へのヘテロ原子ドーピング
六方晶窒化ホウ素（h-BN）とフッ化リチウム薄膜の界面に高エネルギーイオンを照射することで，h-BNへのフッ素原子のドーピング（フッ化h-BNの形成）を実現した。X線吸収分光や第一原理計算を用いることで，フッ化h-BNの原子構造を詳細に明らかにした。フッ化リチウム薄膜のないh-BNに高エネルギーイオンを照射した際にはh-BNに欠陥が形成されることや同原子構造を明らかにした。さらに，グラフェン上に窒素分子を吸着させ高エネルギーイオンを照射することで得られる窒化グラフェンは，化学的手法で合成された窒化グラフェンとは異なり，原子空孔のないグラフェン構造を有する窒化グラフェンが形成されることを明らかにした。
(2) 局所パターンドーピング法の開発
昨年度までに開発したイオン照射装置を用いて本年度は，グラフェン上の局所領域のみにイオン照射する方法と，グラフェン上の局所的な領域のみにヘテロ構造を作製しグラフェンの全領域にイオン照射する2つの方法による局所パターンドーピング法の開発に取り組んだ。各々の手法の利点・欠点について明らかにし，素子作製プロセスとの親和性について検討を行っている。
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