2022 Fiscal Year Annual Research Report
Process temperature and resistance reduction for solid-phase deposition of multi-layer graphene by current application
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18K04289
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上野 和良 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (10433765)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 多層グラフェン / 固相析出 / 電流の作用 / 電極・配線 / 電子デバイス / エレクトロマイグレーション / 結晶化 / ドーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多層グラフェン（MLG）は、炭素(C)が六角格子状に結合したグラフェンを積層した物質で、電気伝導のキャリアが2次元平面に閉じ込められ、キャリア散乱が少ないという特徴を持つ。また、炭素間の強い結合によって、高電流密度に耐え、高温でも構造が安定であるという特徴を持つ。これらの特徴からMLGは、集積回路の配線材料として用いられている銅に代わる低抵抗で高信頼な配線材料として期待され、研究開発が行われてきた。一方、MLGのデバイス応用に向けて、転写を使わずにデバイス基板上に直接、高品質のMLG膜を形成し、ドーピングによって低抵抗化する必要がある。ニッケル（Ni)などの触媒膜から炭素を析出させMLGを形成する固相析出法は、デバイス基板上に直接、MLG膜を形成できる方法であるが、従来はMLG結晶性向上のため800℃程度の高温が必要で、配線応用に適した400℃以下にプロセス温度を低温化することが課題である。本研究では、固相析出中の触媒（Ni）に電流を流すことで、熱に加えて電流の作用により反応を促進し、低温化と結晶性の向上を目指すものである。さらにインターカレーションドーピングによって、キャリア密度を増やし低抵抗化を実現しようとするものである。昨年度までに、C/Ni積層膜からのMLG固相析出において、電流印加による結晶性の向上効果と配線プロセスで使用できる400℃への低温化が実現できることを明らかにしたが、析出膜の均一性改善が課題であった。今年度は、電流と温度を網羅的に変化させたときのMLG析出膜の結晶性と均一性変化を調べ、トレードオフ関係にある結晶性と均一性が均衡する最適条件を明らかにした。さらに、電流の増加速度（昇温速度）により、結晶性と均一性が変化することがわかり、電流増加速度とC/Ni積層構造を最適化することで、365℃の低温で均一性と結晶性を両立したMLG膜を得ることができた。
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