2011 Fiscal Year Research-status Report
基板微細加工を援用した選択的結晶成長によるグラフェンのナノ物性制御
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23560003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10342841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川合 祐輔 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20451536)
小嗣 真人 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進研究部門, 研究員 (60397990)
米田 忠弘 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312234)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 基板微細加工 / グラフェン / SiC |
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| Research Abstract |
本年度は、三つの研究細目を実施した。一つ目の細目は、Si(100)の基板の微細加工である。電子ビームリソグラフィーと異方性エッチングの組み合わせにより、微視的なSi(100)面及びSi(111)面を、Si(100)基板上に露出させることに成功した。このことにより、Si(100)の基板の微細加工という一つ目の細目の目標が達成されたと結論される。二つ目の細目は、微細加工Si基板上へのSiC薄膜形成技術の確立である。本細目においては、一つ目の細目において作製した微細加工Si基板上にSiC薄膜を形成することを行なった。このSiC成膜は、有機シランガス(モノメチルシラン)を原料ガスとして用いたガスソース分子線エピタキシー法を用いて行なった。このSiC成膜は、X線光電子分光及び顕微Raman分光を用いて分光学的に実証した。具体的には、X線光電子分光によるC1s内殻準位スペクトル測定によるC-Si化学結合種の検出、及び、顕微Raman分光によるSi-C結合の縦波光学(TO)フォノンモードの検出である。三つ目が、微細加工Si基板上に成膜したSiC表面のグラフェン化である。このグラフェン化は、微細加工Si基板上に、モノメチルシランを原料ガスとして用いたガスソース分子線エピタキシー法により成膜したSiC薄膜上に、表面熱改質により行う。この表面熱改質を施した表面の評価は、顕微低速電子回折(micro-LEED)及び顕微Raman分光により行なった。Micro-LEEDにより、SiC及びグラフェンの六角形状のスポットが確認された。これらのスポットの形状及び強弱から、微細加工Si基板上に成膜したSiC表面の上にグラフェンが形成されていることが明らかとなった。このグラフェン形成は、顕微Raman分光によっても確認された。
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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
本研究の計画においては、平成23年度は、三つの研究細目「Si(100)の基板の微細加工」、「微細加工Si基板上へのSiC薄膜形成技術の確立」「微細加工Si基板上に成膜したSiC表面のグラフェン化」を実施することと計画されていた。これら三つの研究細目は全て達成された。詳細を下に述べる。まず、一つ目の細目：Si(100)の基板の微細加工に関してだが、電子ビームリソグラフィー及び異方性エッチングの組み合わせにより、この研究細目は達成された。二つ目の細目：微細加工Si基板上へのSiC薄膜形成技術の確立に関してだが、有機シランガス(モノメチルシラン)を原料ガスとして用いたガスソース分子線エピタキシー法を用いてSiC成膜を行なった。この薄膜の評価をX線光電子分光及び顕微Raman分光により行なった結果、この二つ目の細目が達成されたことを確認した。三つ目の細目：微細加工Si基板上に成膜したSiC表面のグラフェン化に関してだが、微細加工Si基板上に、モノメチルシランを原料ガスとして用いたガスソース分子線エピタキシー法により成膜したSiC薄膜表面の熱改質によりグラフェンの形成を行なった。このSiC表面の熱改質は、試料を1500K付近で真空中で加熱することにより行なった。このように作製した白ゆを顕微低速電子回折(micro-LEED)及び顕微Raman分光により検証した。この検証結果により、三つめの細目も達成されたことを明らかにした。 また、顕微Raman分光の結果から、次年度の計画に関係する微視的な面方位により積層構造の制御が可能であることを示唆する結果を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本3年度の研究計画は、三つの細目全てに関して達成された。ゆえに、今後の計画は、計画予定通りに行う。次年度は、選択エピ成長させたグラフェンのナノ構造制御を実施する。そのための、二つの研究細目を実施する。一つ目は、「グラフェンの積層構造・層数の低速電子顕微鏡(LEEM)・原子間力顕微鏡観察」であり、二つ目は、「グラフェン/SiC界面化学構造の光電子顕微鏡(PEEM)による観察」である。これらの細目は、関連のこれまでの研究成果に基づく予想：「Si(100)面上のグラフェン：界面層無し・回転積層」及び「Si(111)微斜面上：界面層有り・Bernal積層」を持って、客観的かつ効率的に研究を推し進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度の使用計画は、今後の推進の方策の所で述べたような当初の研究計画内容に沿うものとする。但し、次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成24年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。
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