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2013 Fiscal Year Annual Research Report

分子線エピタキシャル成長によるウエハスケールグラフェン形成

Research Project

Project/Area Number 22310077
Research InstitutionNTT Basic Research Laboratories

Principal Investigator

前田 文彦  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (70393741)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 日比野 浩樹  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 部長 (60393740)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2014-03-31
Keywordsグラフェン / 分子線エピタキシャル成長 / 六方晶窒化硼素 / 欠陥 / ヘテロ成長 / 相互作用 / 拡散長 / X線光電子分光
Research Abstract

本研究は、最適条件探索に必要なホモエピタキシャル成長による成長過程の解明とヘテロエピタキシャル成長の試行による2段階で進めている。そして昨年度はヘテロ成長実験に着手し、六方晶窒化硼素(BN)上にグラフェンを成長しても界面反応は起こらず基板として適していることが判ったが、サファイア基板上のBNでは品質が不十分で高品質グラフェンの成長は困難であることも判明した。そこで、ヘテロ成長用最適下地探索のため、今年度は第一候補として高品質BN薄膜作製研究を進めるとともに新規基板探索にも取り組んだ。
具体的には、昨年度末に成長速度が実用的でないもののエピタキシャルにBNが成長することを示唆する結果が得られたSiC基板上のエピタキシャルグラフェンを基板として研究を進めた。そして、CVD法で成長ガス流量と成長前の水素ガス処理時間依存性を調べたところ、両者の増加がエピタキシャルグラフェンへの欠陥形成を促進し、成長速度が増加しても乱相BNが形成されて品質が劣化することが判明した。これは、水素や有機金属ガスを用いない成長であれば成長量の増加と高品質化を両立できることを示唆しており、今後BNのMBE成長プロジェクトへと展開する。
また、BN以外の最適下地を探索する目的で、SiC下地との結合をもつグラフェン構造で有り、吸着原子との相互作用が大きいと期待されるバッファー層上へグラフェンMBE成長を試みた。その結果、面内結晶軸のそろった成長が可能であることが判った。しかし、成長材料の拡散長が短いため、一層成長の完結前に二層目が成長するMulti Layer成長となり、単結晶領域面積が小さいことも判明した。以上より、結晶軸回転抑制にはある程度強く相互作用する下地が必要であること及び単結晶領域面積拡大に拡散長を増大した成長が必要という指針が得られた。今後この指針をベースに探索を進めて大規模集積化に適したグラフェンウエハ創製を実現していく。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Molecular beam epitaxial growth of grapheme using cracked ethylene2013

    • Author(s)
      Fumihiko Maeda and Hiroki Hibino
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 378 Pages: 404-409

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2012.12.073

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Core-level photoelectron spectroscopy study of interface structure of hydrogen-intercalated graphene on n-type 4H-SiC(0001)2013

    • Author(s)
      Fumihiko Maeda, Shinichi Tanabe, Shingo Isobe, and Hiroki Hibino
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 085422

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.085422

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural Instability of Transferred Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition against Heating2013

    • Author(s)
      Satoru Suzuki, Carlo Orofeo, Shengnan Wang, Fumihiko Maeda, Makoto Takamura, and Hiroki Hibino
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 117 Pages: 22123-22130

    • DOI

      10.1021/jp407734k

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SiC (0001)に形成したバッファー層上へのMBEによるグラフェン成長2014

    • Author(s)
      前田文彦,高村真琴,日比野浩樹
    • Organizer
      第61回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原市)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] SiC 上バッファ層の水素雰囲気下でのアニール - グラフェンリッジの生成とエッチング -2014

    • Author(s)
      高村 真琴, 高木 翔平, 前田 文彦, 日比野 浩樹
    • Organizer
      第61回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原市)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] グラフェン 積層 接合の電気特性2014

    • Author(s)
      茶谷洋光,奥村俊夫,伊澤輝記,井口宗明,中島健志,小林慶祐,呉龍錫,有月琢哉,松本卓也,永瀬雅夫,前田 文彦,日比野 浩樹
    • Organizer
      第61回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原市)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] Heating-induced disorder of graphene transferred to a substrate2014

    • Author(s)
      Satoru Suzuki, Carlo M. Orofeo, Shengnan Wang, Fumihiko Maeda, Makoto Takamura, and Hiroki Hibino
    • Organizer
      41st Conference on the Physics & Chemistry of Surface & Interface
    • Place of Presentation
      La Fonda Hotel, Santa Fe, New Mexico, USA
    • Year and Date
      20140112-20140116
  • [Presentation] Current-induced modulation of hydrogenated graphene/SiC(0001): Difference between current applied in vacuum and air2013

    • Author(s)
      F. Maeda, S. Isobe, and H. Hibino
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
    • Year and Date
      20131104-20131108
  • [Presentation] Growth of graphene by molecular beam epitaxy using cracked ethanol and ethylene2013

    • Author(s)
      Fumihiko Maeda and Hiroki Hibino
    • Organizer
      Paul-Drude-Institut Topical Workshop on MBE-Grown Graphene 2013
    • Place of Presentation
      Paul-Drude-Institut, Berlin, Germany
    • Year and Date
      20130919-20
    • Invited
  • [Presentation] 大気中通電が誘起するグラフェン/水素終端SiC(0001)における界面酸化反応と移動度の低下2013

    • Author(s)
      前田文彦,磯部真吾,日比野浩樹
    • Organizer
      第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京田辺市)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Ru(0001)表面に成長したグラフェンの凹凸構造II2013

    • Author(s)
      村田 祐也,鈴木 哲,前田 文彦,日比野 浩樹
    • Organizer
      第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京田辺市)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] 基板上に転写された CVD グラフェンの加熱に対する構造不安定性2013

    • Author(s)
      鈴木 哲, 前田 文彦, Shengnan Wang, Carlo M. Orofeo, 日比野 浩樹
    • Organizer
      第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京田辺市)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Current-induced oxidation at the interface of hydrogen-intercalated graphene/SiC(0001) under atmospheric ambient and mobility degradation2013

    • Author(s)
      F. Maeda, S. Isobe, and H. Hibino
    • Organizer
      5th International Conference on Research Progress in Graphene Research
    • Place of Presentation
      Tokyo Tech Front, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20130909-20130913
  • [Presentation] Graphene growth on graphene by molecular beam epitaxy2013

    • Author(s)
      F. Maeda
    • Organizer
      Crystal & Graphene Science Symposium
    • Place of Presentation
      Hilton Garden Inn, Waltham, MA, USA
    • Year and Date
      20130904-20130905
    • Invited
  • [Presentation] Photoelectron spectroscopy study of interface structure of hydrogen intercalated graphene/SiC(0001)2013

    • Author(s)
      F. Maeda, S. Tanabe, and H. Hibino
    • Organizer
      The 40th International Symposium on Compound Semiconductors
    • Place of Presentation
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • Year and Date
      20130519-20130523
  • [Remarks] NTTにおけるPublication List

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/people/fmaeda/index-j.html

  • [Remarks] 研究発表リスト

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/group/shitsuko-g/publication.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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