2014 Fiscal Year Annual Research Report
SiCをプラットフォームとする新規グラフェン成長手法の確立
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26706014
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
乗松 航 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30409669)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | エピタキシャル成長 / グラフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiC基板の熱分解によって成長するエピタキシャルグラフェンは、高品質かつ大面積であり、非常に注目されている。本研究では、このSiC上エピタキシャルグラフェン成長技術をさらに発展させ、SiC基板をプラットフォームとして、その上に様々な炭化物薄膜を成長させ、その熱分解により様々な特徴を持つグラフェンを成長させることを目標としている。
初年度は特に、SiC基板上への炭化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化チタンの結晶成長を試みた。SiC基板と、蒸気炭化物の原料を共存させて真空炉で過熱した結果、これら全ての物質がSiC上にエピタキシャル成長することがわかった。ここで、物質によって成長温度が大きく異なり、炭化アルミニウムでは約1400℃、炭化ホウ素では約1300℃、炭化チタンでは約1500℃で比較的薄い数nmの厚さの薄膜が成長した。結晶学的には、SiC{0001}表面上に、炭化アルミニウムAl4C3(0001)面、炭化ホウ素B4C(0001)面、および炭化チタンTiC(111)面がエピタキシャルに成長することがわかった。特に炭化ホウ素および炭化チタンは、成長後の表面が原子レベルで非常に平滑であり、グラフェン成長に適していることが明らかになった。一方、炭化アルミニウム薄膜は均一性が他の物質と比べて十分ではなかったものの、基板とは明確な方位関係を有しているため、今後の高品質化は十分に可能であると考えられる。また、SiC基板上にアモルファスカーボンを蒸着し、真空加熱を行うことで、炭素のグラファイト化が進行することがわかった。さらに、より高度な制御のために超高真空薄膜成長装置（パルスレーザー堆積装置）の導入を行い、この装置を用いた炭化物薄膜の成長にも取り組んでいる。
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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
初年度の目標は、SiC基板上への炭化アルミニウム、炭化ホウ素、および炭化チタン薄膜の結晶成長であった。現在までに、ほぼ当初の計画通り、SiC上基板上へのこれら炭化物薄膜エピタキシャル成長に成功した。また、当初計画に従い、より高精度な膜厚制御のため、超高真空薄膜成長装置を導入し、薄膜成長を開始した。主に3種類の炭化物薄膜成長を行っており、それぞれに結晶性や成長機構が異なることがわかってきた。これもほぼ計画通りであることから、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 |
今後は、炭化物薄膜の高品質化と膜厚制御を行いながら、平行して炭化物薄膜のグラフェン化およびその新規物性開拓を目指していく。
まず、初年度に導入した超高真空薄膜成長装置に、基板加熱と成長時のその場解析が可能な薄膜結晶解析装置を取り付け、膜厚や結晶構造の観察を成長時に行うことで高品質化および膜厚制御を実現する。さらに、薄膜の成長機構と原子レベルの界面構造を解明し、高品質化につなげていく。その後、炭化物薄膜を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で加熱して炭素以外の成分を昇華除去することで、グラフェンを成長させる。そして、そのグラフェンの電子物性測定を行っていく。
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