2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of transfer-less fine pattern formation and electrode connection method for graphene on an insulating substrate and evaluation in nano-meter scale
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21K04844
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
田中 秀吉 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 室長 (40284608)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 仁 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (60359099)
富成 征弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (90560003)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | グラフェン / CVD / 基板上反応 / テンプレート / SPM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、CVDプロセス後のCu部分を効率的に取り除くための条件を絞り込む目的で、既設の真空下CVD成膜装置に新たに大型ターボ分子ポンプを付加して真空作成維持能力を強化するとともに外部加熱ランプの出力強化および、発熱量の増加に対応するため冷却機構の強化を行った。
この作業と併せて、テンプレートを部分的にCuNi合金化する手法についてもプロセス条件の最適化に用いるテストパターンの検討に着手するとともに、テンプレート上でのCVD成膜条件の最適化にも取り組んだ。これまでの実験経験として一般に使用されている石英基板よりもサファイア基板の方がより高品質なグラフェンシートが形成されることが知られていたが、その効果を定量的に評価する目的にてSEM（Scanning Electron Microscopy）観察にEBSD（Electron Backscatter Diffraction Pattern)観察を組み合わせることで、種々の基板上に作製したCuテンプレートの結晶配列構造がCVDプロセス前後でどの様に変化するか詳細に観察した。その結果、プロセスに伴ってテンプレート表面に形成されるドメインの結晶方位性について基板種に対する大きな依存性があることが判明した。
さらに、テンプレート上におけるグラフェンシート形成の制御性を高める目的で、ナノカーボンシートを有機分子ユニットからボトムアップ的に作成する手法の開発も進めた。その結果、テンプレートとして用いる材料種や指数面によって形成される構造に大きな違いがあることが真空下SPMによる単一分子レベルの観察によって明らかになった。
これらの結果はより良質なグラフェン回路形成に必要となる各種条件の最適化に大きく貢献するものと確信する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨今の半導体不足やサプライチェーン混乱の影響により、CVD反応炉の排気能力強化に必要となる部材の調達が予定より大幅に遅れたことに加え、基板上に形成されたテンプレートの金属組成評価に必須となるEPMA装置の故障対応にも想定以上の時間を要した。このため、本課題の主目的である、CVDプロセス後の下地テンプレート除去条件の最適化や電極接続機能を有したテンプレートのプロトタイピングに大きな遅れを生じた。一方、こららと並行して進めていたEBSD観察の立ち上げが当初予定よりも早く進んだことから、テンプレートの下地基板として最適な部材の選定やテンプレート形状の最適化に必要となる各種知見の取得が前倒しにて進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は前年度に機能強化したCVDプロセス炉を使用して、CVDプロセス後のテンプレート除去条件最適化に取り組む。併せて、複数種の触媒金属からなる微細パターンを局所的に合金化する手法の開発に向けテストパターンの作成に着手しするとともに、反応条件の最適化に重点的に取り組むことで、前年度の研究の遅れを取り戻す。併せて、テンプレート上におけるグラフェンシートの形成プロセスの詳細やテンプレート除去後のグラフェンシートの安定性などについて一連のSPM観察や分光学的測定によってその詳細に関わる知見を得ることで、複数種の触媒からなるより本研究の達成目標である「転写レス微細グラフェン回路作製法」の有用性を確認、原理実証する。
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| Causes of Carryover |
半導体不足やサプライチェーン混乱の影響により実験装置の調達が遅れ、これらの装置によって実施する実験計画が次年度に持ち越しとなったため。
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