2015 Fiscal Year Annual Research Report
グラフェンエレクトロニクス実現を加速するＳｉ基板上エピグラフェンの革新的高品質化
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25286053
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
末光 眞希 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00134057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
焦 賽 東北大学, 電気通信研究所, 教育研究支援者 (80710475)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 3C-SiC / ヘテロエピタキシ / グラフェン / 表面化学反応 / 積層欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は申請者らが開発した、Si基板上に成長させた立方晶SiC薄膜（3C-SiC）にエピタキシャルグラフェンを形成するグラフェン・オン・シリコン（GOS）技術の一層の向上をめざし、（I）3C-SiC薄膜の革新的品質向上を通してグラフェンのグレインサイズの増大及び3C-SiC薄膜の高抵抗化を同時に図り、(II)GOSを用いた電界ドープ・グラフェンデバイスを実証するものである。
平成27年度は、Si(111)基板上3C-SiCヘテロエピタキシャル膜の欠陥と応力低減に注力した。エピタキシャル成長中の反応前駆体組成をSiリッチにすることでグラフェン形成に適した平滑表面が得られることは判明しているが、本研究では敢えてCリッチな反応前駆体組成にすることで欠陥密度と応力の低減を試みた。なぜならば、平滑な(111)表面においては、これと平行な結晶面内に拡張すべきショックレー型部分転位(SDL)が導入されず、3C-SiC/Si界面のせん断応力緩和機構が不全となるためである。さらに、(111)面内のSDLの不在は{-111}面におけるSDLの拡張を優先させ、3C-SiC(111)表面に露出する積層欠陥(SF)密度を増加させてしまう。
そこで本研究では3C-SiCの原料であるモノメチルシラン(MMS)にアセチレン(C2H2)を添加することにより、Si面の成長速度をC面よりも増加させ、3C-SiC表面に{-111}ファセットを形成した。形成されたファセットを起点として(111)面内にSDLが導入され、せん断応力の緩和と{-111}面内のSF密度低減(<1200本/cm)が実現された。次いで、最終的に得られる3C-SiC表面を平滑化するため、常圧水素雰囲気中における低温水素処理(500℃、300分、100％水素雰囲気)を施し、算術平均粗さ(Ra)で1nm以下の平滑表面が得られることを実証した。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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