2014 Fiscal Year Research-status Report
液相エピタキシャル成長法による高品質グラフェンの作製
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25600031
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
丸山 隆浩 名城大学, 理工学部, 教授 (30282338)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 慎一郎 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (00227141)
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
才田 隆広 名城大学, 理工学部, 助教 (90710905)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | グラフェン / LPE法 / SiC / Ga |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度製作した液相エピタキシャル成長（LPE)装置を用いて，スライドボート法により実際にグラフェンの作製を開始した。LPE法によるグラフェン作製の試みとして，炭素原料にグラファイト，およびSiC基板を用い，また，融点や蒸気圧を考慮してメルト（溶媒）にはGaおよびBiを用いてグラフェンが成長するかどうかについて検討を行った。なお，基板には高温で安定な単結晶サファイアを用いた。
グラファイトを炭素原料とした場合，GaおよびBiのどちらのメルトを用いた場合も，グラフェンの成長はみられなかった。各金属とグラファイトの状態図から判断し，本実験で用いたLPE装置の温度範囲（1000℃以下）では，メルト中へのグラファイトの溶融が生じなかったためと考えられる。また，SiC基板を炭素源にした場合も，Gaをメルトに用いた場合はメルト中への炭素の溶解はみられたものの，ボートをスライドさせてサファイア基板上にグラフェンを析出させることはできなかった。この原因として，Ga中への炭素の溶解度が非常に低く，十分な量の炭素を移送させることができなかったためであると考えられる。
以上の結果から，方針を変更し，スライドボート法をそのまま用いることをやめ，サファイア基板上に直接SiC原料を載せ，これをGaメルトにより溶解させることにより，グラフェンの作製を試みることにした。本手法を試みた結果，溶解と析出の温度を1000℃で行った場合，サファイア基板上にグラフェンが生成していることが，ラマン分光測定の結果，明らかとなった。G/D比や2Dピークの強度から，グラフェンの層数は数層程度と薄く，また結晶性も比較的良好であることがわかった。
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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
LPE法によるグラフェン成長は，当初の目論見とは異なり，スライドボート法をそのまま用いて行うことは，現有の装置では温度が不十分なため，困難であることがわかった。しかし，作製手法を工夫することにより，LPE法によりグラフェンを作製することができた。今後，温度や時間等の作製条件を最適化することにより，より良質のグラフェンを成長できる可能性がある。よって，本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度成功した，サファイア基板上への直接成長法により，引き続きLPE法によるグラフェンの作製を行う。昨年度は現有装置の限界である，1000℃で作製を行った場合のみ，グラフェンが成長したので，本年度は，原料に用いるSiCの量を制御することで，グラフェンの単層化や層数の均一化を図る。また，グラフェンの電子状態の解明についても進める予定である。
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| Causes of Carryover |
共同研究者の田中慎一郎准教授の実験で使用する消耗品の購入費用が，当初予定した金額よりも少なく抑えられたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
グラフェン作製に必要な試薬の購入費用にあてる。
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