2018 Fiscal Year Annual Research Report
熱放射光学顕微法および表面分光法による二次元物質CVD成長の素反応解析と最適化
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18J20348
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平良 隆信 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 化学気相成長法 / 熱放射光学顕微法 / X線光電子分光法 / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に、放射光XPSによるグラフェン化学気相成長（CVD）過程の解析と、熱放射光学顕微法によるグラフェンCVD成長におけるホットフィラメントの効果の解析を行った。
Cu基板上でのグラフェンCVD成長が広く研究されており、グラフェンの大面積化、高品質化などを目指して成長条件が改善されてきた。しかしグラフェン生成の反応過程については未解明であり、その解明は成長条件を最適化するために重要である。本研究では、グラフェン生成反応の素過程の情報を得るため、Cu基板上でのグラフェンCVDを一定時間後にクエンチし、基板を放射光XPSで測定した。測定は高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリー(KEK-PF)のBL-13Bにて行った。本年度は、KEK-PFでグラフェンCVD成長を実行するためのCu箔通電加熱用装置を設計、製作した。放射光XPSを用いて、CVD反応中にメタンとともに供給するH2の有無による、C1s スペクトルの変化などを調べた。本成果については、次年度にさらに測定を行い、学会、論文で発表する予定である。
また、グラフェンCVD成長中にCu基板の上流に設置したWフィラメントの温度を変化させ、グラフェンの核密度と成長速度の変化を熱放射光学顕微法によるリアルタイム観察で評価した。結果、ホットフィラメントはグラフェンの核密度と成長速度を上げる効果があるが、フィラメント温度1300℃前後では核密度の増加は起こらずに成長の加速だけが起こることを示した。本成果は、これまで未解明であったホットフィラメントの核発生と成長速度に与える効果を明らかにし、大面積の単結晶グラフェンを短時間で成長させる手法を提供した点で有用である。また本成果は、国際会議ACSIN-14 & ICSPM26で発表し、そのproceedingとして査読付き論文誌Japanese Journal of Applied Physicsに受理された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
放射光施設でグラフェンCVD成長を行うための通電加熱装置の開発を行い、高分解能XPSを用いてグラフェンCVD成長過程を解析するための実験手法を確立した。
また熱放射光学顕微法によるリアルタイム観察により、ホットフィラメントが核発生と成長速度に与える効果を解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、今年度に開発した通電加熱用装置を改良し、グラフェンCVDの反応時間を変えて放射光XPS測定を行い、C1sスペクトルの経時変化を調べる。また、メタンとともに供給するH2の有無による変化についても調べる。
さらに、XPS測定と同条件でのCVD成長を熱放射光学顕微法によりリアルタイム観察し、グラフェンの核密度、成長速度などの光学像から得られる情報と、XPSの情報との相関を解析し、グラフェンCVD反応過程を解明する。
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Research Products
(3 results)
