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グラフェンは原子一つ分の厚みをもつ炭素シートであり、その端には構造に依存した特異な電気的および磁気的性質を示すため、大きな関心を集めており、端構造の制御や清浄な試料の作製が困難であることが実験的な研究における課題となっている。本研究では、水素エッチングにより端構造の制御されたグラフェンナノリボンを作製し、端の物性を実験的に明らかにすることを目的とした。しかし、試料を成長基板から絶縁体基板に転写する際、ポリマー溶液を塗布するため、清浄な試料が得られなかった。そこで本年度は、ポリマー塗布せずにCVDグラフェンを六方晶窒化ホウ素(h-BN)基板上へ転写する、新規プロセスの開発と評価をおこなった。
h-BN基板上へのCVDグラフェンの転写は、銅箔上のグラフェンを基板に直接固定し、銅をエッチング溶液により除去することにより行った。光学顕微鏡観察から、グラフェンは転写前の構造を保持したまま、h-BN基板上に転写されることがわかった。グラフェンナノリボンについても、同様の転写プロセスにより、h-BN基板上に転写可能であった。
原子間力顕微鏡による試料表面の観察から、得られた試料は、通常のポリマーを用いた転写法と比べて、清浄な表面を有することが分かった。ポリマー塗布プロセスを経た試料では、しわと高さ数ナノメートル程度の球状のポリマー残余がみられたが、本手法により転写したグラフェンでは、それらはほとんど見られなかった。その一方で、グラフェンとBNの間に生じる気泡が今後の課題である。
電気二重層トランジスタを作製し、電気特性の比較を行った結果、本手法による転写試料では、電荷中性点が0付近で、ヒステリシスもほとんど見られず、対照的なゲート電圧依存性などが観測された。これらの結果は、ポリマーフリー転写グラフェンにおいて、キャリア散乱や不純物準位などが抑制されたことを示している。
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