2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultrahigh efficiency planer-type electron emission devices using a stacked structure of atomic layer materials
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18H01505
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 洋一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20435598)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / 平面型電子放出デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はGraphene/h-BN積層構造を利用した平面型電子放出デバイスを開発し、絶縁層および上部電極での電子の非弾性散乱の抑制により、電子の放出効率と放出電流密度を飛躍的に向上させた超高効率平面型電子放出デバイスを創出することを目的とする。また、Graphene/h-BN積層構造に流れる電子の伝導機構の分析、電子放出効率の膜厚依存性、放出電子のエネルギー分析を実施することにより、これまで詳細に研究されていない、グラフェン、h-BNのc軸方向に対する10 eV帯の低エネルギー電子の散乱確率や平均自由行程を明らかにする。最終的に、電子放出効率数十%、放出電流密度数百mA/cm^2の超高効率平面型電子放出デバイスを実現し、原子層物質のへテロ構造を用いた新しいデバイスを実証することを目的としている。本年度は、Graphene/h-BN/n-Si積層構造の作製プロセスの開発及び、Graphene/h-BN/n-Si積層構造の電子放出デバイスの試作とその特性評価を実施した。Cu箔上にCVD合成したh-BNをn-Si基板に大面積に再現性良く転写可能なプロセスを開発した。これにより、Graphene/h-BN/n-Si積層構造の平面型電子放出デバイスを半導体プロセスにより作製することが可能となった。このプロセスを用いてエミッションエリア10ミクロン角のGraphene/h-BN/n-Si積層構造の電子放出デバイスを試作し電子放出特性を評価したところ、グラフェン電極に電圧を13V程度印加したところから電子放出を確認し、最大で2 A/cm^2の高電流密度での放出電流が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
早期にGraphene/h-BN/n-Si積層構造の平面型電子放出デバイスの作製プロセスを完成することができた。また、試作したデバイスが実際に動作することを確認し、最大放出電流密度2A/cm^2を達成し、当初目標としていた放出電流密度数百mA/cm^2を超える放出電流密度を達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は研究計画に従って、放出電子のエネルギー分布計測を実施する予定である。また、h-BNの金属箔からの転写プロセスでは転写工程での皺やクラックの発生、積層構造界面での汚染などの懸念があるため、h-BNのCVDによる直接成膜手法について検討する。
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Research Products
(11 results)
