2012 Fiscal Year Annual Research Report
超平滑な酸素還元触媒を用いた純水中でのGe表面の金属フリー・原子レベル平坦化
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24686020
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
有馬 健太 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10324807)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 酸素還元触媒 / グラフェン / 半導体表面 / 平坦化 |
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| Research Abstract |
超LSIの微細化が極限に達しつつある今日、従来までのシリコンよりも二倍以上の高いキャリア移動度を有するゲルマニウムを基板としたトランジスタ開発が世界中で進められている。半導体デバイスの信頼性は、デバイス構築前の半導体デバイスの平坦性で決まる。国際的な半導体に関するロードマップによると、マイクロラフネスを0.2nm以下に抑える技術が必要とされているが、これはGe表面においては未だ実現されていない。本研究の目的は、金属汚染が一切残留しない条件下でゲルマニウム単結晶表面を原子スケールで平坦化できる、純水中の溶存酸素が介在した低環境負荷・超清浄型の表面創成プロセスを開発することである。これを実現する為にはまず第一に、非貴金属系の酸素還元触媒を開発することが必要である。今年度は、液相法によりカーボンの積層構造体からグラフェンフレークを剥離する手法を開発すると共に、得られたグラフェンフレークに窒素原子をドーピングする実験装置を開発した。窒素原子のドーピングは、高純度アルゴンガスにより希釈されたアンモニアガス中でのランプ加熱法により行った。また、触媒材料の酸素還元活性を評価するため、ポテンシオスタット等から成る電気化学測定装置を製作した。これにより、形成したグラフェン触媒の酸素還元活性を他の一般的な触媒材料(白金等)と定量的に比較する手法を獲得した。また、純水とGeO_2/Ge基板との反応性を分子スケールで明らかにする実験にも着手した。一例として、気相中の極めて低湿度の環境下であっても、Ge基板上のGeO_2表面は水分子を取り込む特性があることを明らかにした。これは、純水によるGe表面のエッチングを微視的に制御する上で重要な知見であると考える。
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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
当該研究を推進するにあたり、重要な開発項目は二つある。一つは純水中の溶存酸素を効率的に還元できる非金属系の酸素還元触媒の開発、もう一つは、純水中でのGe表面のエッチング微視的機構の解明である。当該年度中に複数の実験装置を独自に開発すると共に、得られた成果を誌上及び学会発表しており、本研究は計画通りにほぼ順調に推移していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当該年度に着手した実験をさらに進め、窒素ドープグラフェンの構造及び電子状態の最適化、さらには、超平滑Sic等の基材上へのグラフェン触媒の塗布技術の開発を行う予定である。また、水分子とGe表面と子スケールでの相互作用に関しても、引き続き詳細に調査していく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
グラフェンフレークに窒素原子をドーピングするためのランプ加熱装置に関して、学内の別装置から部品・部材を集めて再利用することにより、低価格で組み上げることができたため、未使用額が発生した。次年度は、ランプ加熱装置及び電気化学測定装置の高性能化、さらには水分子とGe表面との反応性を電気的に検出するための計測装置の開発に研究費を使用する予定である。
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