2022 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富成 征弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (90560003) [Withdrawn]
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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プロセス後のポストトリートメントにて取り除く部分（Cu）とグラフェンシートとの電極接続部材として機能させる部分（CuNi合金）を同一基板上に作り込むための実験に着手した。取り掛かりとして、CuパターンとNiパターンの組み合わせによって形成されるテンプレートを部分的に合金化する際の最適条件を抽出する目的にて、特定のラインパターンからなるフォトマスクを新規作成した。これらをステンシル的に使いCuおよびNiのラインを同一の基板に重ね合わせてプロセスすることで、目的とするテンプレートの基本構造が作成可能となる。Cuによる微細パターンについてはリフトオフプロセスを駆使することにより１mmから0.01mmまでの線幅において再現性良くテストパターンを作成することに成功したが、この上に重ねてプロセスするNi微細パターンについては薄膜作製における熱拡散性がCuと大きく異なることが判明したことから、その制御性を改善するための実験を引き続き実施しているところであり、そのプロセス条件が固まり次第、テンプレートの熱処理条件最適化に着手する。さらに、テンプレート上におけるグラフェンシートの基本物性制御技術に繋がる手法として、グラフェンメッシュを有機分子ユニットからボトムアップ的に作成する際の分子材料として窒素を含むトリアジン誘導体を前駆体分子として用い、金基板上にてボトムアップ的に重合させることでグラフェンメッシュ状の構造が作製可能であることをSTM観察により確認した。この結果は、窒素を含む前駆体分子を通常の窒素を含まない前駆体分子と適宜混合して基板上重合させることでナノカーボンシートへの窒素ドーピングを制御できる可能性を示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度、CVD反応炉の排気能力強化に必要となる部材の入手が大幅に遅れたため、今年度前半は当該装置の立ち上げと基本性能の確認に時間を取られたことから、今年度に実施予定としいたCuNiテンプレートの熱処理やCuのみからなるテンプレートによるCVDプロセスの条件最適化に到達できなかった。一方、昨年度後半に得られたEBSDの結果によりサファイア基板がテンプレートを用いたCVDプロセスに最適な部材で有ることが判明していたことから、サファイア基板上へのメタルパターン構築に関しては当初の予定より早期に着手できたこともありほぼ想定通りの進捗となった。然しながら、年度途中に基板の微細加工を担当する研究分担者が退職したことにより、その技術の承継に多くの労力と時間を費やす状況となり、総合的な進捗状況としては「やや遅れている」状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、現在急ぎ取り組んでいるNi蒸着の最適化を早急に完了させ、後熱処理によるCuNiテンプレートの熱処理条件最適化および、CVDプロセス後のCuテンプレート部分の除去条件最適化に取り組み前年度の遅れを取り戻す。併せて、CuNi合金上に形成されるグラフェンシートの物理的特性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、電気的接続状況の評価等について一連 のSPM観察や分光学的測定、回路特性取得等によって詳細に評価する。それらの知見をとりまとめることで、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 |
新型コロナ禍による部材調達の遅れに加え、年度途中に研究分担者の一人が退職したため基板の微細加工に関わる作業に遅れが発生し、CVDプロセスに関わるガスや基板等の消耗部品、機材最適化に必要となる真空部品の調達が予想以上に少なかった。今年度は前任者技術の承継を早期に完了し、研究の遅れを取り戻す所存である。
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