2020 Fiscal Year Research-status Report
シリコンナノ構造表面への単層-多層グラフェン膜の3次元形成制御
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20K21135
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
深田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (90302207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
J. Wipakorn 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (40748216)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノワイヤ / シリコン / グラフェン / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異種基板上へのグラフェンの形成・成長法としては、剥離を利用したグラファイト結晶からの転写、化学気相堆積（CVD）法等による金属基板上への成長及びSiCの熱分解を利用した方法が研究されている。SiCの熱分解法においては、予め微細加工した基板を使用した結果も報告されているが、何れの場合も基本的には平坦な基板表面への形成・成長となっている。
本研究では、従来は2次元平面にしか形成、成長できていないグラフェン層（単層-多層グラフェン膜）を、3次元形状を有するナノ構造表面に自在に形成するための技術を確立し、グラフェン層/Siナノ構造からなる新規複合材料の機能性と構造的利点を活かした高効率・フレキシブル特性を有する新規光電変換素子の開発に繋げることを目的とする。
本年度は、Siナノワイヤ上への多層グラフェン層の形成プロセスに関する研究を実施した。まず、Siナノワイヤ表面に熱酸化により酸化膜を形成し、その上にNi薄膜をスパッタリング法を利用してコーティングした。ここで、Ni薄膜はグラフェン層の成長の触媒として働き、酸化膜はNiとSiナノワイヤ表面が直接反応し、シリサイド化するのを防止するために挿入した。メタンガスを利用したCVD後にTEM観察およびラマン分光を行った結果、Ni表面に多層グラフェン層の形成を確認できた。Siナノワイヤ表面上への多層グラフェン層の形成を調べるためにNi薄膜を硝酸によるエッチングで取り除いた。その結果、Ni薄膜と酸化膜の間にも多層グラフェン層が形成できていることを明らかにし、Siナノワイヤ表面上への多層グラフェン層3次元的形成に成功した。
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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
本研究課題は2年間で計画されており、初年度はSiナノワイヤ表面上への多層グラフェン層の3次元的形成であり、2年目はその新規構造を利用した太陽電池素子応用となっている。研究実績の概要に記載したように、初年度の研究において当初の予定通りにSiナノワイヤ表面上への多層グラフェン層の3次元的形成に成功している。また、本成果を2報の論文としてまとめることができた。
したがって、現在までの研究進捗状況は概ね順調と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、新規な多層グラフェン/Siナノ構造を利用したショットキー型太陽電池素子応用へと研究を展開する。これまでの他の研究者による報告では、Siナノワイヤ上部にグラフェン層を乗せただけの単純な構造となっており、ショットキー接合領域が極端に限られ、ナノワイヤ構造が有する構造上の利点による光誘起キャリアの分離特性を活かせていない。本研究ではSiナノワイヤ表面上に3次元的に多層グラフェンを既に形成できており、この新構造を利用したショットキー型光電変換素子の形成を行う。その結果、光誘起キャリア分離促進による短絡電流の増加による高い変換効率を示すナノ構造太陽電池の開発を行う。
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| Causes of Carryover |
当該年度はコロナ禍の影響により、研究代表者所属のNIMS内のファウンドリの使用が6月下旬まで完全に停止し、その後も装置使用に制限が生じた。また、コロナ禍により、外部への全ての出張が不可能となった。以上の理由により、次年度使用額が生じた。
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Research Products
(4 results)
