2013 Fiscal Year Research-status Report
グラフェン膜の介在による電極特性の制御とその２次元評価
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24560369
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
塩島 謙次 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70432151)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 明弘 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10251985)
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| Keywords | 窒化物半導体 / グラフェン / ショットキー電極 / 二次元評価 |
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| Research Abstract |
本研究は表面に未結合手が無い安定した構造をもつグラフェン膜を半導体上に形成し、原子オーダーの表面保護膜を実現することに着目している。金属/グラフェン/半導体構造を形成し、その電気的特性の制御を行うことが本研究の目的である。
H25年度は、GaN上にグラフェンを形成する際、密着性を高める要因を明らかにする検討を行った。本研究ではSiCを高真空中で熱処理し、表面に高品質なエピタキシャルグラフェンを大面積形成している。グラフェン上に金属膜を堆積し、SiC基板から剥離して、GaN表面に転写する手法を用いた。しかし、転写の最終段階である、金属膜/グラフェン/GaN構造から金属膜を酸により溶解する際に、グラフェン膜がGaN表面に吸着しない問題が発生した。この原因をグラフェンの構造から解析した。グラフェンの端面はジグザグ型、及びアームチェアー型の構造をもった場合に安定することが計算結果から明らかになった。我々は高品質大面積グラフェン膜転写に重きを置いたが、この考えはグラフェン表面がダングリングボンドをもたないことから疎水性であるGaN表面との密着性においては不利な条件であることが実験的に見出された。グラフェン端面は比較的規則的な原子配列をもち、密着性を高めると予想されるので、むしろ小面積グラフェンを貼り合わせる方針で研究を進めることとした。
本研究のもう一つの軸である電極界面の２次元評価においては、GaN表面に存在する数原子オーダーの汚染層を敏感に像として検出できることを示した。更に、Au/Ni電極の熱劣化も、２次元像として捉え、電気的特性と相関を得ることに成功した。これらの結果は電極界面にグラフェンが介在した場合でも有効的に評価できることを示唆するものである。また、ｎ形、ｐ形GaNショットキー接触の基本特性の理解においても、いくつかの成果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
グラフェン形成においては、グラフェンとGaNとの密着性の悪さの原因を究明することができた。そして、大面積単一グラフェン膜ではなく、端面でGaNと密着性をもつ構造が本研究において有利であることを見出した。
電極の２次元評価は予想以上に進んでおり、装置の構築においては２μｍ以下の空間分解能を実現し、光電流からショットキー障壁高さを算出するプログラムも完成した。その結果、約１時間半で２００μｍ角を３μｍの分解能で測定することが可能となった。信号強度の安定性、ノイズ対策等を強化することにより、電極界面の原子オーダーの汚染層を敏感に検出できるようにした。現状の性能で電極界面の単層グラフェンの有無が２次元評価できるものと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度はGaN表面へのグラフェン形成に注力し、グラフェン介在電極の二次元評価を達成する。
H26年度は、グラフェン堆積手法として、グラフェンの層間を剥離する作用のある溶液にある程度薄膜化した高配向グラフェン塊を溶き、溶液中にグラフェンが単膜で浮遊する状態まで十分に浸透させる。この溶液をGaN基板上に塗布し、溶液を蒸発させることにより、確実にグラフェンをGaN表面に堆積する手法を取る。堆積されたグラフェンはレーザラマン顕微鏡、レーザ顕微鏡等で膜厚、膜質を評価し、本手法との相関をとる予定である。また、ｎ形、及びｐ形GaN基板上を用いて実験を行うことにより、電流輸送機構の理解を深める予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
3月末の出張期間を急遽短縮したため、差額分を次年度使用金とした。
国内、国外学界への参加費、旅費の一部として使用する予定である。
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