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室温・大気中グラフェンナノリボン合成とトランジスタ応用

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107531
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪府立大学

研究代表者

野内 亮  大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (70452406)

研究期間 (年度) 2014-07-10 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードグラフェン / ナノリボン / 光酸化 / 電界効果 / 電極接合 / 表面吸着 / 酸素吸着 / 電界効果トランジスタ
研究実績の概要

グラフェンは高い電荷キャリア易動度を有することから、高速電子素子への応用が期待されている。しかし、バンドギャップを有さないために、スイッチング素子応用に適さないという大きな欠点を有する。これに対し、極細のグラフェン(グラフェンナノリボン)は量子閉じ込め効果により有限のバンドギャップを有するため、スイッチング素子応用が期待されている。そのため、これまでに数多くのナノリボン合成手法が報告されてきた。

本研究は、グラフェンナノリボンを室温・大気中にて合成可能な新規手法の開発と、得られたナノリボンのトランジスタ応用を目指すものである。本手法は、研究代表者がこれまでに見出した新規現象「ゲート制御型端選択的グラフェン光酸化」を用いる。この現象は、動作中(即ちゲート電圧・ドレイン電圧を印加中)のグラフェン電界効果トランジスタに対し紫外光照射を行うと、グラフェンの端から中央部へと酸化が進行していくというものである。酸化グラフェンは絶縁体であるため、酸化の進行を全酸化の直前で停止させれば、グラフェンナノリボンを残すことができると期待される。本現象は室温・大気中という穏和な条件下で発現するため、熱に弱い柔軟性基板上でもナノリボン合成が可能になると期待される。

まず、ゲート制御型端選択的グラフェン光酸化における種々の実験パラメータの影響を調査し、当該現象の概形を理解した。これにより再現性高く当該現象が発現する実験条件(負ゲート、有限のドレイン電圧、高湿環境、長チャネル、長めの紫外光照射前待機時間など)に設定することで、本手法によるグラフェンナノリボン合成を目指した。その結果、トランジスタの室温での電流オンオフ比を3から50程度へと向上させることに成功した。これはグラフェンナノリボン化によるバンドギャップ導入の成功を示唆するものである。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Competitive interfacial charge transfer to graphene from the electrode contacts and surface adsorbates2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi, Katsumi Tanigaki
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 106 号: 8

    • DOI

      10.1063/1.4913669

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enhanced sensing response of oxidized graphene formed by UV irradiation in water2015

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiko Mitoma, Ryo Nouchi, Katsumi Tanigaki
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 26 号: 10 ページ: 105701-105701

    • DOI

      10.1088/0957-4484/26/10/105701

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Experimental signature of bandgap opening in bilayer graphene at metal contacts2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 105 号: 22

    • DOI

      10.1063/1.4903249

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ゲート制御型端選択的光酸化によるグラフェンナノリボン形成2016

    • 著者名/発表者名
      松本守広、野内亮
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Semiconducting graphene nanoribbon fabricated by gate-controlled, edge-selective photo-oxidation of graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Morihiro Matsumoto, Ryo Nouchi
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2016
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bandgap opening in bilayer graphene at metal contacts2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2016
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイドへの電極接合に対する端の効果2016

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 学会等名
      第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-02-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイドへの電極接合に対する端の効果2015

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Gate-controlled photo-oxidation of graphene2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi, Nobuhiko Mitoma, and Morihiro Matsumoto
    • 学会等名
      The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gate-controlled photo-oxidation of graphene2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi, Nobuhiko Mitoma, and Morihiro Matsumoto
    • 学会等名
      Sixth Graphene and 2D Materials Satellite Symposium
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-06-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二層グラフェンのバンドギャップ形成と電極接触抵抗2015

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 学会等名
      シリコン材料・デバイス研究会2015年6月度研究会
    • 発表場所
      名古屋大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-06-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Field-effect surface chemistry: Gate-controlled photo-oxidation of graphene2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on 3D & Materials Research 2015
    • 発表場所
      BEXCO, Busan (South Korea)
    • 年月日
      2015-06-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Field-effect surface chemistry: Gate-controlled photo-oxidation of graphene2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi
    • 学会等名
      2015 Energy Materials Nanotechnology Cancun Meeting
    • 発表場所
      The Westin Resort & Spa, Cancun (Mexico)
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電極接合に起因する二層グラフェンのバンドギャップ2015

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 電極接合に起因する二層グラフェンのバンドギャップ2015

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ゲート制御型グラフェン光酸化に対するグラフェン形状とジュール熱の効果2015

    • 著者名/発表者名
      松本守広,野内亮
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 電極接合に起因する二層グラフェンのバンドギャップ2015

    • 著者名/発表者名
      野内亮
    • 学会等名
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Competitive Interfacial Charge Transfer from Electrodes and Adsorbates to Graphene2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nouchi, Morihiro Matsumoto, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      2014 Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, U.S.A.
    • 年月日
      2014-11-30 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] グラフェンへの界面電荷移動効果に対する電極接合と表面吸着子の競合2014

    • 著者名/発表者名
      野内亮,松本守広,谷垣勝己
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学 札幌キャンパス
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-11-20   更新日: 2018-03-28  

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