金属蒸気触媒CVDによるグラフェンの絶縁基板上直接合成と高効率MOS冷陰極の開発

• 研究課題/領域番号: 15H05522
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2016-2017); 筑波大学 (2015)
• 研究代表者: 村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2015年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: グラフェン / 化学気相成長 / 電子放出デバイス / 真空ナノエレクトロニクス / 平面型電子放出デバイス

研究成果の概要

ガリウム蒸気を触媒として用いた絶縁基板上へのグラフェン合成手法を開発した。グラフェンの初期成長過程の観察から、グラフェン成長の初期に結晶核が発生し、結晶核が成長し核同士がつながっていく様子が観察できた。また、高分解能透過型電子顕微鏡による原子レベル構造解析により、結晶ドメインサイズは50～200 nm程度であり、ドメイン内は結晶欠陥の無いグラフェンであることが分かった。
開発したグラフェン合成手法を用いて、グラフェンを上部電極としたグラフェン／酸化膜/半導体積層構造の平面型電子放出素子を試作し特性評価を実施した。従来素子と比較して電子放出効率が100倍以上向上することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices (2018)
  • 著者名/発表者名: Murakami Katsuhisa、Tanaka Shunsuke、Iijima Takuya、Nagao Masayoshi、Nemoto Yoshihiro、Takeguchi Masaki、Yamada Yoichi、Sasaki Masahiro
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena 巻: 36 号: 2
  • DOI: 10.1116/1.5006866
  • NAID: 120007133905
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing effect on electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices (2017)
  • 著者名/発表者名: Murakami Katsuhisa、Nagao Masayoshi、Iijima Takuya、Yamada Yoichi、Sasaki Masahiro、Nemoto Yoshihiro、Takeguchi Masaki
  • 雑誌名: Technical digest 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference 巻: - ページ: 114-115
  • DOI: 10.1109/ivnc.2017.8051568
• [雑誌論文] Process technology for volcano-structured double-gate Spindt-type field emitter arrays (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagao Masayoshi、Murakami Katsuhisa、Gotoh Yasuhito、Neo Yoichiro、Mimura Hidenori
  • 雑誌名: Technical digest 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference 巻: - ページ: 122-123
  • DOI: 10.1109/ivnc.2017.8051572
• [雑誌論文] グラフェンを用いた低真空・低電圧で動作可能な高効率平面型電子放出デバイス (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、古家遼、飯島拓也、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、鷹尾祥典、山田洋一、佐々木正洋
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117 ページ: 1-4
• [雑誌論文] 微小電子源の作製技術を利用した超小型エレクトロスプレースラスタの試作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、長尾昌善、井上直樹、鷹尾祥典、Khumpuang Sommawan, 原史朗
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117 ページ: 47-50
• [雑誌論文] マルチエミッタ評価装置によるボルケーノ構造スピント型エミッタの動作チップの放出電流測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田口広大、村田英一、六田英治、下山宏、長尾昌善、村上勝久
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117 ページ: 39-42
• [雑誌論文] グラフェンをゲート電極に用いた平面型電子放出素子 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、長尾 昌善、根本 善弘 、竹口 雅樹、藤田 淳一
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 166 ページ: 37-40
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Murakami, Shunsuke Tanaka, Takuya Iijima, Masayoshi Nagao, Yoshihiro Nemoto, Masaki Takeguchi, Jun-ichi Fujita
  • 雑誌名: Technical digest 29th International Vacuum Nanoelectronics Conference 巻: - ページ: 61-62
  • DOI: 10.1109/ivnc.2016.7551466
  • NAID: 120007133905
• [雑誌論文] Direct synthesis of large area graphene on insulating substrate by gallium vaporassisted chemical vapor deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Murakami, S. Tanaka, A. Hirukawa, T. Hiyama, T. Kuwajima, E. Kano, M. Takeguchi, and J. Fujita
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 号: 8 ページ: 093112-093112
  • DOI: 10.1063/1.4942885
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高放出効率を目指した平面型グラフェン電子源の試作 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古家遼、村上勝久、長尾昌善、鷹尾祥典
  • 学会等名: 平成29年度宇宙輸送シンポジウム
• [学会発表] マトリクス駆動とビーム集束を実現するボルケーノ構造ダブルゲートスピント型電子源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長尾昌善、村上勝久、後藤康仁、根尾陽一郎、三村秀典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 放電ガスにKrを用いたHPPMSによるSpindt型エミッタ作製の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷口日向, 中野武雄, 大家渓, 長尾昌善、大崎壽, 村上勝久
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 超小型イオンエンジン用高効率平面型グラフェン電子源の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古家遼、村上勝久、長尾昌善、鷹尾祥典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] SEM搭載電子源としてのGOS型電界電子放出陰極 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮路丈司、村上勝久、長尾昌善、根尾陽一郎、三村秀典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 絶縁基板上へのグラフェン直接合成とグラフェン/酸化膜/Si積層構造からの高効率電子放出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、宮路丈司、古家遼、飯島拓也、長尾昌善、根本善弘、竹口正樹、鷹尾祥典、山田洋一、佐々木正洋、根尾陽一郎、三村秀典
  • 学会等名: 第15回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 低真空・低電圧で動作するグラフェンを用いた高効率平面型電子源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、宮路丈司、古家遼、安達学、飯島拓也、長尾昌善、根本善弘、竹口正樹、鷹尾祥典、山田洋一、佐々木正洋、根尾陽一郎、三村秀典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] GOS(Graphene-Oxide-Semiconductor)型電子源の電子放出特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯島拓也、田中駿丞、長尾昌善、根本善弘、竹口雅樹、山田洋一、佐々木正洋、藤田淳一、村上勝久
  • 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（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Annealing effect on electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Murakami, T. Iijima, M. Nagao, Y. Nemoto, M. Takeguchi, Y. Yamada, M. Sasaki
  • 学会等名: 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Process technology for volcano-structured double-gate Spindt-type field emitter arrays (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nagao K. Murakami, Y. Goto, Y. Neo, H. Mimura
  • 学会等名: 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマ電位を制御した HPPMS による Spindt 型エミッタの作製（3） (2017)
  • 著者名/発表者名: ．谷口日向, 中野武雄, 大家渓, 長尾昌善、大崎壽, 村上勝久
  • 学会等名: 2017年真空・表面科学合同講演会
• [学会発表] ミニマルファブを用いたエレクトロスプレースラスタの試作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長尾昌善、井上直樹、鷹尾祥典、辰巳憲之、村上勝久、Khumpuang Sommawan, 原史朗
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋期学術講演会
• [学会発表] マルチエミッタ評価装置によるボルケーノ構造スピント型エミッタの個々の動作チップの放出電流測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田口広大、村田英一、六田英治、下山宏、長尾昌善、村上勝久
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋期学術講演会
• [学会発表] 微小電子源の作製技術を利用した超小型エレクトロスプレースラスタの試作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、長尾昌善、井上直樹、鷹尾祥典、Khumpuang Sommawan, 原史朗
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
• [学会発表] グラフェンを用いた低真空・低電圧で動作可能な高効率平面型電子放出デバイス (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久、古家遼、飯島拓也、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、鷹尾祥典、山田洋一、佐々木正洋
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
• [学会発表] High-density electrospray thruster using FEA fabrication technique (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nagao, N. Inoue, Y. Takao, K. Murakami
  • 学会等名: Korea-Japan Vacuum Nanoelectronics Symposium
• [学会発表] Graphene-oxide-semiconductor planar type electron emission device (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Murakami, M. Nagao
  • 学会等名: Korea-Japan Vacuum Nanoelectronics Symposium
• [学会発表] HPPMSを用いたSpindt型エミッタの作製におけるキャビティの穴径依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口日向, 中野武雄, 大家渓, 長尾昌善、大崎壽, 村上勝久
  • 学会等名: スパッタリングおよびプラズマプロセス技術部会第14回技術交流会・第156回定例研究会
• [学会発表] 金属蒸気触媒CVDによるグラフェンの絶縁基板上直接合成とデバイス応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、飯島 拓也、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、山田 洋 一、佐々木 正洋、藤田 淳一
  • 学会等名: 共用・計測合同シンポジウム201
  • 発表場所: NIMS千現地区（茨城県つくば市）
• [学会発表] グラフェンを用いた低真空・低電圧で動作可能な高効率平面型電子放出素子 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、 飯島 拓也、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、山田 洋一、佐々木 正洋、藤田 淳一
  • 学会等名: 第１４回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • 招待講演
• [学会発表] グラフェンを利用した電子源の最近の動向 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久
  • 学会等名: 第13回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム
  • 発表場所: 機械振興会館（東京都港区）
  • 年月日: 2016-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] Electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission device (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、飯島 拓也、長尾 昌善、根本 善弘, 竹口 雅樹、藤田 淳一
  • 学会等名: 29th International Vacuum Nanoelectronics Conference
  • 発表場所: The University of British Columbia (Vancouver, Canada)
  • 国際学会
• [学会発表] Planar type electron emission devices using graphene gate electrode (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久
  • 学会等名: The 8th Japan-Korea Vacuum Nanoelectronics Symposium
  • 発表場所: Sizuoka University (Hamamatsu, Shizuoka)
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and characterization of planar-type electron emission devices based on graphene-oxide-semic onductor structure (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、藤田 淳一
  • 学会等名: 11th International Vacuum Electron Sources Conference
  • 発表場所: Koreana Hotel (Seoul, Korea)
  • 国際学会
• [学会発表] GOS(Graphene-Oxide-Semiconductor)型電子放出素子の電子放出特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、藤田 淳一
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
• [学会発表] グラフェンをゲート電極に用いた平面型電子放出素子 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、田中 駿丞、長尾 昌善、根本 善弘 、竹口 雅樹、藤田 淳一
  • 学会等名: 電子デバイス研究会「電子管と真空ナノエレクトロニクス及びその評価技術」
  • 発表場所: 三重大学（三重県津市）
• [学会発表] 大面積グラフェン合成手法の確立とグラフェンナノエレクトロニクスへの展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久
  • 学会等名: 第１回NRP育成対象者成果発表会
  • 発表場所: 日経ビル６階大手町セミナールーム２ (東京都千代田区)
• [学会発表] GOS(Graphene-Oxide-Semiconductor)型電子放出素子の電子放出特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上勝久
  • 学会等名: 電子線応用技術研究会
  • 発表場所: 日立ハイテクノロジーズ本社（東京都千代田区）
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of GOS(Graphene/Oxide/Semiconductor) Type Electron Emission Devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Tanaka, Katsuhisa Murakami, Masayoshi Nagao, Jun-ichi Fujita
  • 学会等名: International Display Workshop
  • 発表場所: 大津プリンスホテル（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2015-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Ga蒸気触媒CVD法におけるグラフェン初期成長過程の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 顧 西子、田中 駿丞、飯島 拓也、村上 勝久、藤田 淳一
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] GOS(Graphene/Oxide/Semiconductor)型電子放出素子の作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、宮下 晃、田中 駿丞、顧 西子、飯島 拓也、長尾 昌善、藤田 淳一
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Direct growth of large area graphene on insulator substrate by chemical vapor deposition using gallium vapor catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Murakami, Shunsuke Tanaka, Ayaka Hirukawa, Tomoya kuwajima, Emi Kano, Masaki Takeguchi, Jun-ichi Fujita
  • 学会等名: The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [産業財産権] 電子源及び電子線照射装置並びに電子源 (2017)
  • 発明者名: 村上勝久、長尾昌善
  • 権利者名: 村上勝久、長尾昌善
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-197923
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] グラフェンの成膜方法及びその装置 (2017)
  • 発明者名: 村上勝久、長尾昌善
  • 権利者名: 村上勝久、長尾昌善
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-249655
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] グラフェン膜、電子透過電極及び電子放出素子 (2015)
  • 発明者名: 村上 勝久、藤田 淳一
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-167777
  • 出願年月日: 2015-08-17