原子ステップ・デコレーションを用いた自己組織化によるグラフェン・ナノワイヤの作製

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420692
• Research Institution: Kanagawa Industrial Technology Center
• Principal Investigator: 金子 智 神奈川県産業技術センター, その他部局等, 研究員 (40426359)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: グラフェン / レーザ蒸着法 / 絶縁基板 / 紙 / 鉛筆

Outline of Annual Research Achievements

シリコンの100倍の移動度や鉄鋼の200倍の強度を示すグラフェンは様々な応用が期待され、理論から実用に移る時期である。しかし、製膜温度が1000度を超える・触媒が必要である等、その作製方法が確立されていない。本研究では、敢えて酸化雰囲気中でのレーザー蒸着製膜法により炭素系製膜を行い、酸化分解によりアモルファスカーボンを除去して、高品質なグラフェン膜の作製を目指している。
これまでに原子間力顕微鏡の観察により炭素系材料のレイヤー・バイ・レイヤー成長した平坦な膜成長を確認していたが、酸化雰囲気での製膜条件を大きく変えることで、球状成長なども確認できた。各種基板上での炭素系材料の成長を試みているが、分子動力学的考察により、特にシリコン基板上での炭素の成長は不安定になり六員環が基板垂直方向に「立つ」状態が安定性を示している。球状成長などもこれらの不安定な成長モードに由来するものと考えられる。また、簡易な方法として、鉛筆で塗りつぶした紙にレーザー照射することで多層グラフェン粒の成長が確認されている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

レーザー蒸着法でのグラフェン作製では、層成長を確認しているが電気特性評価が進んでいない。これは表面が酸化されているため、評価前に充分な水素アニールが必要であると分かった。レーザー蒸着システムの老朽化のため、新システムへの移行を行っていた。また、鉛筆で塗りつぶした紙にレーザー照射することで多層グラフェン粒の成長が確認され、本結果については多数の招待講演を行っている。

Strategy for Future Research Activity

レーザー蒸着装置の更新がほぼ終了している。更に作製条件の検討を行い、低温でも高品質な膜の成長を試みる。電気特性評価については評価前水素アニール等の条件を見直す。また、レーザーの紙への照射による多層グラフェン作製では、シリコン基板上炭素膜を用いた実験を行い定量的な評価を試みる予定である。

Causes of Carryover

特許所得に関して、共同出願人である関連企業の決裁の遅れにより、現在、弁理士との調整を始めたところである。そのため、発表・論文投稿の遅れが生じている。

Expenditure Plan for Carryover Budget

特許出願後は論文投稿・発表を行うため、投稿料などに使用予定である。

Research Products

• [Journal Article] Multi Graphene Growth on Lead Pencil Drawn Silver-Halide Print Paper Irradiated by Scanning Fem- tosecond Laser (2016)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Yoshitada Shimizu, Takeshi Rachi, Chihiro Kato, Satomi Tanaka, Yasuhiro Na- ganuma, Toru Katakura, Kazuo Satoh, Mikio Ushiyama, Seiji Konuma, Yuko Itou, Hirofumi Takikawa, Goon Tan, Akifumi Matsuda, Mamoru Yoshimoto
  • Journal Title: Japanes Journal of Applied Physics Volume: 55 Pages: 01AE24-1-4
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.01AE24
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Graphetic growth on pencil drawn paper irradiated by femtosecond laser (2016)
  • Author(s): atoru Kaneko, Kazuo Satoh, Yu Motoizumi, Yoshitada Shimizu, Takeshi Rachi, Chihiro Kato, Satomi Tanaka, Manabu Yasui, Shalima Shawuti, Musa M. Can, Akifumi Matsuda, Mamoru Yoshimoto, and Tamio Endo
  • Journal Title: Nanoscience and Nanotechnology Lettres Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Graphene Growth: 10B Lead pencil, print Paper and Femtosecond Laser (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Takeshi Rachi, Manabu Yasui, Yoshitada Shimizu, Satomi Tanaka, Chihiro Kato, Kazuo Satoh, Shalima Shawuti, Musa Can, Tamio Endo
  • Journal Title: Proceedings of the 2nd International Conference on Microwave and Photonics ISBN 978-1-4673-6897-1 Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Multigraphen growth on pencil drawing area on print paper (2016)
  • Author(s): Satoru Kaneko
  • Organizer: The 24rd International Conference on Composites/Nano Engineering (ICCE-24)
  • Place of Presentation: Hainan Island, China
  • Year and Date: 2016-07-17 – 2016-07-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi Graphene on 10B Pencil Drawing Print Paper Irradiated by Femtosecond Laser (2016)
  • Author(s): Satoru Kaneko
  • Organizer: Energy Materials Nanotechnology (EMN)
  • Place of Presentation: Dubrovnik, Croatia
  • Year and Date: 2016-05-04 – 2016-05-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Laser Irradiation: from graphen growth to nanostructure fabrications (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Yoshitada Shimizu, Takeshi Rachi, Chihiro Kato, Satomi Tanaka, Manabu Yasui, Yu Motoizumi, Hirofumi Takikawa, Akifumi Matsuda, Mamoru Yoshimoto, Kazuo Satoh and Tamio Endo
  • Organizer: International Conference on Nanoscience, Nanotechnology & Advanced Materials (NANOS2015)
  • Place of Presentation: GITAM, Visakhaptnam, India
  • Year and Date: 2015-12-14 – 2015-12-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Graphen Growth:10B Lead Pencil, Print Paper, and Femtosecond Laser (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Takeshi Rachi, Manabu Yasui, Yoshitada Shimizu, Satomi Tanaka, Chihiro Kato, Kazuo Satoh, Shalima Shawuti, Musa Can, Tamio Endo
  • Organizer: nternational Conference on Microwave and Photonics (ICMAP2015)
  • Place of Presentation: Dhanbad, India
  • Year and Date: 2015-12-11 – 2015-12-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multigraphene growth on 10B pencil drawn paper irradiated using femtosecond laser (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Kzauro Sato, Yoshitada Shimizu, Takeshi Rachi, Kazuhara Sobue, Chihiro Kato, Satomi Tanaka, Manabu Yasui, Hirofumi Takikawa, Akifumi Matsuda, Mamoru Yoshimoto, Tamio Endo
  • Organizer: The 25th Annual Meeting of MRS-Japan
  • Place of Presentation: Yokohama Media & Comm. Center, Yokohama, Kanagawa, Japan
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Multi-graphene Growth on 10B Pencil Drawing Print Paper Irradiated by Femtosecond Laser (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko
  • Organizer: IUMRS-ICAM2015 (International Conference on Advanced Materials)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-10-24 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi Graphene Growth on Sliver-Halide Print Paper Irradiated by Femtosecond Laser (2015)
  • Author(s): Satoru Kaneko, Kazuo Satoh, Yoshitada Shimizu, Takeshi Rachi, Chihiro Kato, Satomi Tanaka, Manabu Yasui, Hirofumi Takikawa, Akifumi Matsuda, Mamoru Yoshimoto, Tamio Endo
  • Organizer: The 23rd International Conference on Composites/Nano Engineering (ICCE-23)
  • Place of Presentation: Chengdu, China
  • Year and Date: 2015-07-12 – 2015-07-18
  • Int'l Joint Research / Invited