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2017 年度 実施状況報告書

絶縁基板上グラファイト層間化合物集積化技術の開発とデバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K14223
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

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) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード黒鉛層間化合物
研究実績の概要

本研究は、これまで学術的な物性研究の興味の範疇に留まっていたグラファイト層間化合物のデバイス応用に向けた、絶縁基板上へのグラファイト層間化合物の集積化技術の確立を目的としている。独自に開発した金属蒸気を触媒として用いたCVD法を用いて絶縁基板上に直接成膜した厚膜グラファイトに各種原子を層間挿入した層間化合物基板を作成し、電気特性などの物性を評価する。更に、層間化合物を用いた新規デバイスを試作し層間化合物を用いた新しいデバイス応用を実証する。

今年度は、グラファイト膜の仕事関数のグラファイト膜成膜手法依存性を調査した。グラファイト成膜手法は大気圧熱CVD、減圧熱CVD、プラズマCVDの3種類で行った。大気圧熱CVDとプラズマCVDでは、初期のグラファイト膜の仕事関数が、減圧熱CVDと比較して高いことが分かった。また、真空加熱による仕事関数の低下も減圧熱CVDが顕著であり、大気圧熱CVDとプラズマCVDでは仕事関数の低下はわずかであった。これらのグラファイト膜を用いて、グラフェン/酸化膜/半導体積層構造の平面型電子放出デバイスを試作したところ、減圧熱CVDを用いて試作した平面型電子放出デバイスでは、電子放出効率が約50%まで向上することが分かり、従来の平面型電子放出デバイスと比較して1万倍の特性向上を達成した。減圧熱CVDによって成膜したグラファイトは大気圧熱CVDやプラズマCVDで成膜したグラファイトと比較して、膜厚分布にも優れ、結晶性も良好であるため、黒鉛層間化合物形成のための基材として適していることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

グラファイト層間化合物の基材となるグラファイト基板成膜手法を確立することができた。更に、この手法を用いてグラファイト/酸化膜/半導体積層構造の平面型電子放出デバイスを試作し、電子放出効率を従来素子と比較して1万倍以上向上することができた。上記により本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今後は、減圧熱CVDによって成膜したグラファイト膜へ、セシウム等のアルカリ金属を層間挿入することで、グラファイト層間化合物基板の作製を試みる。グラファイト層間化合物を用いた平面型電子放出デバイスを試作し、仕事関数制御により更なる電子放出効率の向上を目指す。

次年度使用額が生じた理由

当初費用として計上していた共同利用施設の分析装置の利用料が、利用施設の都合により無料となったため残額が生じた。今年度発生した残金は次年度の研究に必要な消耗品の購入に有効利用する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices2018

    • 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 ページ: 02C110~02C110

    • DOI

      10.1116/1.5006866

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Annealing effect on electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices2017

    • 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] 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

  • [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] 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] Annealing effect on electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices2017

    • 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] 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, 仙台
  • [学会発表] Graphene-oxide-semiconductor planar type electron emission device2017

    • 著者名/発表者名
      K. Murakami, M. Nagao
    • 学会等名
      Korea-Japan Vacuum Nanoelectronics Symposium
    • 国際学会
  • [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
      特願2017-197923

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公開日: 2018-12-17  

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