2011 Fiscal Year Annual Research Report
表面分解法によるカーボンナノチューブ/SiCヘテロ接合の作製と物性評価
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21510119
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
丸山 隆浩 名城大学, 理工学部, 教授 (30282338)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 表面・界面 / ヘテロ接合 / 表面分解法 |
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| Research Abstract |
本年度は、研究実施計画に基づき、以下の3つのテーマについて研究を進めた。各テーマの実績を項目ごとに記す。
1.「SiC表面分解法による高品質カーボンナノチューブ(CNT)膜の作製」
雰囲気ガス種と圧力を制御しながら、2000℃程度まで加熱が可能な超高温真空加熱炉を製作した。これを用いることにより、最大1μm程度までの膜厚のCNT膜をSiC上に作製することが可能となった。本装置を用いて、生成時の加熱温度、昇温レートと膜厚や膜質(結晶性)の関係の詳細をSEM、TEMおよびラマン分光により調べ、膜厚を精密に制御しながら、比較的良質のCNT膜を作製できるようになった。さらに、上記データの解析からCNT生成時の活性化エネルギーを決定した。
2.「CNT/SiCヘテロ接合の電気的特性の評価」
6H-SiC基板上に表面分解法を用いてCNT膜を作製し、CNT/SiCヘテロ接合界面の電気的特性に関する測定を行った。測定の結果、本接合が整流特性を示すことが明らかとなった。さらに、高分解能光電子分光測定から界面に障壁高1.38eV程度のショットキー障壁が形成されていることがわかった。以上の結果を用いて、CNT/SiCヘテロ接合界面の電子構造を決定した。本成果は、"理想的な"CNT/半導体ヘテロ接合界面系を作製し、実際に測定結果を得た例としては、世界でも始めてのものである。
3.「放射光を用いたCNT生成メカニズムの解明」
NEXAFS測定により、CNT生成の初期過程に形成されるカーボンナノキャップ生成のその場測定を行った。高温測定対応の試料ホルダーを新たに作製し、測定を試みたところ1000～1300℃付近におけるナノキャップ生成過程のNEXAFSその場測定に成功した。1000℃以上の高温でのNEXAFSその場測定は、意味ある結果が得られた報告としては、本研究が世界でも最初である。データの詳細については現在解析中であるが、カーボンナノキャップ生成時のC-C結合の方向の変化など興味深い結果が得られている。
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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
研究実施計画に記した各項目は全て順調に進んでいる。特に「CNT/SiCヘテロ接合の電気的特性の評価」と「放射光を用いたCNT生成メカニズムの解明」に関しては、当初目的とした6H-SiC基板を用いた実験はほぼ終了しており、現在、新たに4HタイプのSiCに対する電気的特性の評価や、表面分解法によりSiC上にグラフェンが形成される際の形成過程についても研究を展開しつつある。「SiC表面分解法による高品質カーボンナノチューブ膜の作製」に関しては、昨年度より表面清浄化処理による結晶性の改善を試みており、こちらも順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は順調に進展しており、研究計画の大幅な変更は予定していない。また、今のところ研究遂行上、大きな問題は生じていない。今後は、これまでの成果をもとに、(1)CNT膜のさらなる結晶性の改善、および(2)CNT/SiCヘテロ接合のデバイス応用、を中心に研究をより発展させていく。(1)に関しては、水素中加熱による表面清浄化処理に加え、Si蒸着法による清浄化についても検討を始めている。これらの手法を用いて、結晶性の向上やCNT構造(直径・層数)のさらなる均一化を図る。(2)に関しては、これまでに得られた成果をもとに新たにデバイス構造を設計し、その特性について調べる。また、これまで6H-SiCを用いたCNT成長やCNT/SiCヘテロ接合に関する研究を中心に進めてきたが、電子デバイス用途に一般に使用される、よりバンドギャップの大きい4H-SiCを用いたCNT/SiCヘテロ接台の物性の解明についても研究を開始する。
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