電子波デバイス応用に向けた窒化ホウ素／グラフェン系バリスティック伝導構造の研究

• 研究課題/領域番号: 15F15314
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 青木 伸之 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60312930)
• 研究分担者: CHUANG CHIASHAIN 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2015-11-09 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2015年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
• キーワード: グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / 量子伝導現象 / 化学気相成長法 / 走査ゲート顕微法 / エピタキシャルグラフェン / 化学気相成長法（CVD） / ドメイン境界 / グラフェン量子ドット / 磁気力顕微鏡 / プラズマエッチング / 窒化ホウ素（BN） / バリスティック伝導 / 磁気伝導度ゆらぎ / 窒化ホウ素

研究実績の概要

（１）化学気相成長（CVD）法で作製されたグラフェンに対して細線状に加工を行った試料を作製し、低温にて走査ゲート顕微法（SGM）による観察を行った。不規則性の強いCVDグラフェンであっても量子干渉効果が観測され、それらは磁場や電場およびホットキャリアによって変調可能であることを見出した。低磁場印加によるSGM像の変化に対しては弱局在現象と量子干渉効果に基づいて解析を進め、磁気振動から見積もられる干渉領域と広がりと、試料構造との関係を議論した。
（２）h-BN/単層グラフェン/h-BNサンドイッチ構造を有する試料の低温時期伝導現象を観測した。この構造により移動度は100,000 cm2/Vsまで劇的に上昇し、これにより準バリスティック伝導領域での量子干渉効果を議論することができるようになった。拡散伝導領域で観測されていたエルゴード理論（電場と磁場に対する伝導度ゆらぎが等価であるという理論）の破れが観測され、それがグラフェンにおける本質的な性質であることが示された。さらに磁場の印加により明瞭なシュブニコフ－ド・ハース振動が観測され、その解析からh-BN/グラフェン/h-BN系でのキャリアの位相緩和時間等について議論を行った。
（３）低キャリア密度のエピタキシャルグラフェンの低温磁気伝導について観測し、電子－電子相互作用による温度依存性や、バリアブルレンジホッピング伝導、電荷トラップ現象、化学ドーピングによる半導体／金属転移現象の観測に成功した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学(台湾)
• [国際共同研究] アリゾナ州立大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
• [国際共同研究] 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学(台湾)
• [国際共同研究] アメリカ標準局（NIST）/アリゾナ州立大学(米国)
• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
• [国際共同研究] 国立台湾大学/国立嘉儀大学(台湾)
• [国際共同研究] 北京大学(中国)
• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
• [国際共同研究] 国立標準局(米国)
• [雑誌論文] Hot carriers in CVD-grown graphene device with a top h-BN layer (2018)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Mineharu, N. Matsumoto, M. Matsunaga, C.-W. Liu, B.-Y. Wu, Gil-Ho Kim, L.-H. Lin, Y. Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, C.-T. Liang and N. Aoki
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large, non-saturating magnetoresistance in single layer chemical vapor deposition graphene with an h-BN capping layer (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, C.-T. Liang, Gil-Ho Kim, R.E. Elmquist, Y. Yang, Y.P. Hsieh, Dinesh K. Patel, K. Watanabe, T. Taniguchi, and N. Aoki
  • 雑誌名: Carbon 巻: 136 ページ: 211-216
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.04.067
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shubnikov-de Haas measurements on a high mobility monolayer graphene flake sandwiched between boron nitride sheets (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Matsumoto, Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga,Chiashain Chuang, Yuichi Ochiai, Kenichi Oto, Gil-Ho Kim,Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K. Ferry, Carlo R. da Cunha and Nobuyuki Aoki
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 29 号: 22 ページ: 225301-225301
  • DOI: 10.1088/1361-648x/aa6d36
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conductance fluctuations in high mobility monolayer graphene: Nonergodicity, lack of determinism and chaotic behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: C. R. da Cunha, M. Mineharu, M. Matsunaga, N. Matsumoto, C. Chuang, Y. Ochiai, G.-H. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. K. Ferry, and N. Aoki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep33118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of electron density and electron-electron interactions in monolayer epitaxial graphene grown on SiC (2016)
  • 著者名/発表者名: Chieh-Wen Liu, Chiashain Chuang, Yanfei Yang, Randolph E Elmquist, Yi-Ju Ho, Hsin-Yen Lee and Chi-Te Liang
  • 雑誌名: 2D Materials 巻: 4 号: 2 ページ: 025007-025007
  • DOI: 10.1088/2053-1583/aa55b9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variable range hopping and nonlinear transport in monolayer epitaxial graphene grown on SiC (2016)
  • 著者名/発表者名: Chieh-I Liu, Bi-Yi Wu, Chiashain Chuang, Ya-Chi Lee, Yi-Ju Ho, Yanfei Yang, Randolph E Elmquist, Shun-Tsung Lo, Chi-Te Liang
  • 雑誌名: Semiconductor Science and Technology 巻: 31 号: 10 ページ: 105008-105008
  • DOI: 10.1088/0268-1242/31/10/105008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge Trapping in Monolayer and Multilayer Epitaxial Graphene (2016)
  • 著者名/発表者名: Chieh-I Liu, Pengjie Wang, Jian Mi, Hsin-Yen Lee, Chi Zhang, Xi Lin, Chiashain Chuang, Nobuyuki Aoki, Randolph E. Elmquist, and Chi-Te Liang
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2016 ページ: 7372812-7372815
  • DOI: 10.1155/2016/7372812
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition graphene wide constriction by scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Li-Hung Lin, Kenichi Oto, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 号: 12 ページ: 123105-123105
  • DOI: 10.1063/1.4944637
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing weak localization in chemical vapor deposition graphene wide constriction using scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Matsunaga, F-H. Liu, T-P. Woo, N. Aoki, L-H. Lin, B-Y. Wu, Y. Ochiai and C-T. Liang
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 27 号: 7 ページ: 075601-075601
  • DOI: 10.1088/0957-4484/27/7/075601
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Study of plant leaf-derived grapheme quantum dots through magnetic force microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga, Prathik Roy, Rini Ravindranath, Huan-Tsung Chang, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Investigation of plant leaf-derived graphene quantum dots via magnetic force microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga,Nobuyuki Aoki, Rini Ravindranath, Prathik Roy,
  • 学会等名: 25th International Conference on Processing Fabrication of Advanced Materials
  • 発表場所: The University of Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2017-01-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hot carriers in disordered grapheme with hexagonal-boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Mineharu1, N. Matsumoto, M. Matsunaga,C.-W. Liu, B.-Y. Wu, G.-H. Kim, L.-H. Lin, Y.Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, Dinesh Kumar, C.-T. Liang, N. Aoki
  • 学会等名: EDISON20(The 20th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors)
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal carriers in disorderedgrphene with hexagonal-Boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Chuang Chiashain, Mineharu M., Matsunaga M., Liu C.-W., Wu B.-Y., Kim G.-H., Lin L.-H., Ochiai Y., Liang C.-T., Aoki N
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Temperature-induced carrier redistribution in a CVD-grown grapheme wide constriction (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Che-Hsiu Hsueh, Tak-Pong Woo, Makoto Tsubota, Wenchin Wu, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition graphene wide constriction using scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 33rd International Conference on the Physics of Semiconductor (ICPS 2016)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2016-07-31
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of e-beam-resist-free quasi-ballistic h-BN/graphene/h-BN electronic devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Masaaki Mineharu, Naoki Matsumoto, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Gil-Ho Kim, Chi-Te Liang, Randolph E. Elmquist, Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 19th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2016-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of e-beam-resist-free quasi-ballistic h-BN/graphene/h-BN electronic devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Mineharu Masaaki, Matsumoto Naoki, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Gil-Ho Kim, Nubuyuki Aoki
  • 学会等名: 19th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices (ICSNN 2016)
  • 発表場所: Hong Kong (China)
  • 年月日: 2016-07-25
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal current-induced charge redistribution in wide CVD-grown grapheme constriction (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: Compund Semiconductor Week(CSW2016)
  • 発表場所: Toyama International Conference Center, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal current-induced charge redistribution in wide CVD-grown graphene constriction (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi, Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2016 (CSW 2016)
  • 発表場所: Toyama International Conference Center
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition grapheme wide constriction by scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chianshain Chung, Masahiro Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Li-Hung Lin, Bi-Yi Wu, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [備考] 千葉大学大学院先進理化学専攻物質科学コース・青木研究室
  • URL: http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html
• [備考] 量子ナノデバイス研究グループ（青木研究室）
  • URL: http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html