数層グラフェン薄膜のナノスケール伝導特性の解明

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19310085
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 永瀬 雅夫 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (20393762)
• 研究分担者: 日比野 浩樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (60393740) ; 関根 佳明 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 社員 (70393783) ; 影島 博之 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (70374072) ; 山口 浩司 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 部長 (60374071) ; 岡本 創 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 社員 (20350465)
• キーワード: ナノ材料 / マイクロ・ナノデバイス / 計測工学 / グラフェン / 低エネルギー電子顕微鏡 / ナノギャップ電極

研究概要

ポストシリコンの高性能エレクトニクス材料とし期待される数層グラフェン薄膜の電子物性解明を目的に研究を進めている。昨年度までに、低エネルギー電子顕微鏡(LEEM)を用いて、SiC上にエピクキシャル成長した数層グラフェンの層数を同定する技術を確立した。今年度は、LEEMによるSiC上熱成長グラフェンのミクロスコピックな層数、及び、形態制御技術を確立すると共に、成長制御グラフェンの局所電子物性を、独自開発した集積化ナノプローブにより評価して新たな知見を得ることを目標に検討を進めた。
昨年度、着手したナノグラフェン(実効幅30nm程度)の電子物性について集積化ナノギャップ電極プローブでの計測結果の解析を進め、伝導度が幅に比例する現象は閉じこめ効果によることを明確にした。ナノ構造に対してリソグラフィを適用することなくその電子物性評価が可能であることを示した意義は大きい。今年度は、LEEMによる成長制御技術を用いて作製した高均一グラフェンについての検討を開始し、SiC基板上のステップ構造を越えてテラス幅よりも大きなドメインの単結晶2層グラフェンの成長に成功した。さらに、この均一グラフェンの局所電子物性を集積化ナノギャップ電極プローブを用いて評価し、ステップ構造部での導電率変調現象を発見した。SiC上グラフェンのデバイス応用を実現するためには、基板構造のグラフェン電子物性への影響を理解し制御する必要があり、本成果はその第一歩と位置づけられる。また、今年度はグラフェンの機械的な物性評価の準備としてナノ構造の機械特性計測法の探索も開始した。グラフェンの優れた電子物性と、優れた機械物性の相関を明確にすることができれば、新たな応用分野が拓ける。
これらの成果の発表・論文化を進める一方、多くの招待講演・取材・執筆依頼を受けた。これらはグラフェン研究の注目度の高さを示していると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] グラフェンのエレクトロニクスへの展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永瀬雅夫
  • 雑誌名: 未来材料 9 ページ: 38-45
• [雑誌論文] Number-of-layers dependence of electronic properties of epitaxial few-layer graphene investigated by photoelectron emission microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, M. Kotsugi, F. Maeda, F. -Z. Guo, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 79 ページ: 125437
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェンのミクロスコピックな物性の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永瀬雅夫
  • 雑誌名: セラミックス(日本セラミックス協会誌) 44 ページ: 181-182
• [雑誌論文] Thickness Determination of Graphene Layers Formed on SiC Using Low-Energy Electron Microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, F. Maeda, M. Nagase, Y. Kobayashi, H. Yamaguchi
  • 雑誌名: e-J. Surf. Sci. Nanotech. 6 ページ: 107-110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Height Dependence of Young's Modulus for Carbon Nanopillars Grown by Focused-Ion-Beam-Induced Chemical Vapor Depositio (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nonaka, K. Tamaru, M. Nagase, H. Yamaguchi, S. Warisawa, S. Ishihara
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 47 ページ: 5116-5119
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-plane conductance measurement of graphene nanoislands using an integrated nanogapprobe (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Nanotechnology 19 ページ: 495701
  • 査読あり
• [学会発表] SiC上に成長したエピタキシャルグラフェンの積層ドメイン構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 日比野浩樹, 水野清義, 影島博之, 永瀬雅夫, 山口浩司
  • 学会等名: 2009年(平成21年)春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学, つくば市
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] SiC(0001)面上エピタキシャルグラフェン形成に関する第一原理計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 影島博之, 日比野浩樹, 永瀬雅夫, 山口浩司
  • 学会等名: 2009年(平成21年)春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学, つくば市
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] Novel microscopies for graphene on SiC" : [Invited] (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: 2009 RCIQE Int. Seminar on "Advanced Semiconductor Materials and Devil
  • 発表場所: Conference Hall Hokkaido Univ., Sapporo. Japan
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] Local Conductance of Deformed Graphene Near Atomic Steps on SiC (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: Int. Symp. Nanoscale Transport and Technol. (ISNTT2009)
  • 発表場所: NTT Atsugi R&D Center, Atsugi, Japan
  • 年月日: 2009-01-23
• [学会発表] SiC上のグラフェジ-走査プローブ顕微鏡による評価技術-:(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 永瀬雅夫
  • 学会等名: 学振ナノプローブテクノロジー第167委員会・第53回研究会
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都、京都市
  • 年月日: 2009-01-08
• [学会発表] Local conductane measurement of deformed double-layer graphene on atomic step-structures of SiC substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: 13th Advanced Heterostructures and Nanostructures Workshop (AHNW200)
  • 発表場所: Hapuna Beach Prince Hotel, Big Island of Hawaii, USA
  • 年月日: 2008-12-10
• [学会発表] Local conductance measurement of thermally grown graphene on SiC substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices 2008 (ISGD2008)
  • 発表場所: Univ, of Aizu, Aizuwakamatsu, Japan
  • 年月日: 2008-11-18
• [学会発表] Evaluation of the number of graphene layers grown on SiC : SPM and RAMAN spectroscopy studies (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, M. Nagase, C. Jackson, H. Kageshima, Y. Kobayashi, H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices 2008 (ISGD2008)
  • 発表場所: Univ. of Aizu, Aizuwakamatsu, Japan
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] Theoretical study on epitaxial graphene formation on SiC(0001) surface (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, M. Nagase, H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices 2008 (ISGD2008)
  • 発表場所: Univ. of Aizu, Aizuwakamatsu, Japan
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] In-plane conductane images of few-layer graphene on SiC substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: IEEE Nanotechnology Materials and Devices 2008 (NMDC2008)
  • 発表場所: Kyoto Univ., Kyoto, Japan
  • 年月日: 2008-10-21
• [学会発表] 二層グラフェン導電率へのSiC基板表面ステップ構造の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 永瀬雅夫, 日比野浩樹, 影島博之, 山口浩司
  • 学会等名: 2008年(平成20年)秋季 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学, 春日井市
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Local Conductance of Graphene Near Buried Atomic Steps on SiC Substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kagoshima, H. Yamaguchi
  • 学会等名: Int. Conf. Nanoscience and Technol. 2008 (ICN+T2008)
  • 発表場所: Keystone, CO, USA
  • 年月日: 2008-07-22
• [備考] 上記以外で個別報告(様式C-25)済み成果・取材記事“新炭素系材料「グラフェン」":日本化学学会誌「化学と工業」2008年12月号・取材記事“炭素材料「グラフェン」に脚光";日刊工業新聞2008.12.1研究代表者webページ
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/nagase/index-j.html
• [産業財産権] 抵抗可変電子素子 (2008)
  • 発明者名: 永瀬雅夫, 日比野浩樹, 影島博之, 山口浩司
  • 権利者名: 日本電信電話(株)
  • 産業財産権番号: 特願2008-226923
  • 出願年月日: 2008-09-04