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熱放射光学顕微法および表面分光法による二次元物質CVD成長の素反応解析と最適化

Research Project

Project/Area Number 18J20348
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

平良 隆信  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsグラフェン / 化学気相成長法(CVD法) / 熱放射光学顕微法 / X線光電子分光法 / 放射光 / 水素 / 化学気相成長法
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、グラフェンの化学気相成長(CVD)をリアルタイム観察できる熱放射光学顕微法(Rad-OM法)、およびKEK-PF BL-13Bにて行ったRad-OM法とin-situの放射光XPS(SR-XPS)を組み合わせた測定により得られた結果を詳細に解析し、グラフェンCVD成長における水素の効果を研究した。工業生産を目指したグラフェンCVD成長では、1000℃程度の銅箔基板に原料ガスのメタンとともに水素を供給するのが一般的であるが、水素の主要な効果については未解明であった。
水素有りの条件のCVD成長中に水素を停止した実験をRad-OM法により観察・解析した結果、水素有りCVD中は六角形のグラフェンドメインが発生したが、水素供給停止後には六角形ではないドメインが急増することが明らかになった。
Rad-OM法とSR-XPSを組み合わせた測定から、Cu箔基板表面の炭素量は水素無しCVD後の方が水素有りCVD後よりも多く、水素有り条件で高温アニール後は、炭素量が減少することが明らかになった。水素有りアニール後にはC1sスペクトルのピークシフトが起こったが、ピーク分離解析の結果からシフトはドメインサイズの縮小に起因するものと考察した。これらの結果は水素がグラフェンをエッチングする効果をもつことを示している。また、水素有りCVDでは六角形ドメインが形成されやすい傾向について、Rad-OM法とSR-XPSの測定結果にもとづき、水素のエッチング効果によって、Cu基板表面の炭素量、グラフェンの核密度、成長速度が減少し、拡散律速成長が起こりにくくなったことによると考察した。
以上から、グラフェンCVD成長における水素の主要な効果はグラフェンのエッチングであることを結論づけた。この効果により、グラフェンCVD成長中の水素導入は、核発生を抑制し、大面積かつ六角形の単結晶グラフェンを成長させるのに有利な条件であることを示した。本成果は、グラフェンCVD成長条件の最適化に寄与できると考えられる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] <i>In-situ</i> Optical Microscopy of Crystal Growth of Graphene Using Thermal Radiation2019

    • Author(s)
      TERASAWA Tomo-o、TAIRA Takanobu、OBATA Seiji、SAIKI Koichiro、YASUDA Satoshi、ASAOKA Hidehito
    • Journal Title

      Vacuum and Surface Science

      Volume: 62 Issue: 10 Pages: 629-634

    • DOI

      10.1380/vss.62.629

    • NAID

      130007726598

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • Year and Date
      2019-10-10
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-time observation on hot-filament-assisted CVD growth of graphene2019

    • Author(s)
      Takanobu Taira, Takuya Shinohara, Seiji Obata, and Koichiro Saiki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of hydrogen on chemical vapor deposition growth of graphene on Au substrates2019

    • Author(s)
      Tomo-o Terasawa, Takanobu Taira, Satoshi Yasuda, Seiji Obata, Koichiro Saiki, and Hidehito Asaoka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 熱放射光学顕微法および放射光XPSによるグラフェンCVD成長における水素の効果のin-situ観測2020

    • Author(s)
      平良 隆信、崔 永賢、土原 悠、向井 孝三、田中 駿介、吉信 淳
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェンCVD成長における水素の効果2020

    • Author(s)
      平良 隆信、崔 永賢、土原 悠、中野 紫苑、向井 孝三、田中 駿介、吉信 淳
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Real-time Observation on Hot-Filament-Assisted CVD Growth of Graphene2018

    • Author(s)
      Takanobu Taira, Takuya Shinohara, Seiji Obata, and Koichiro Saiki
    • Organizer
      ACSIN-14 & ICSPM26
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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