電界誘起バンドギャップによるグラフェン原子薄膜高速トランジスタ

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21241038
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 塚越 一仁 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究者 (50322665)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: グラフェン / 電気伝導 / 電界効果 / 基礎物性 / 自己形成

研究概要

グラフェン素子を作製し、次世代エレクトロニクスを実現するための基礎電気伝導特性を調べた。グラフェン素子を作るための電界効果変調を制御するために、グラフェンにアルミニウムを直接蒸着して空気に曝すことで、グラフェンとアルミニウム界面に自己形成酸化絶縁膜ができることを見出した。2層グラフェンに電界を印加して、バンドギャップを自在に制御して半導体的な伝導を実現できるようになった。さらに、半導体的特性を用いて、電界効果トンネル素子やロジック動作のための基礎素子を実現し、伝導を実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Unipolar transport in bilayer graphene controlled by multiple p-n interfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S.-L. Li, S. Nakaharai, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of the relatively low transport mobility of graphene grown through chemical vapor deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: H. S. Song, S.-L. Li, H. Miyazaki, S. Sato, K. Hayashi, A. Yamada, N. Yokoyama, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 2(337) ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role for Atomic Terraces and Steps of Epitaxial Graphene in Electron Transport Properties (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kuramochi, S. Odaka, K. Morita, S. Tanaka, H. Miyazaki, M. V. Lee, H. Hiura, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: AIP advances 巻: 2(1) ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of tunneling current in semiconducting graphene p-n junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S.-L. Li, H. Hiura, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 81(1) ページ: 014708/1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controllable Gallium Melt-Assisted Interfacial Graphene Growth on SiC (2012)
  • 著者名/発表者名: M. V. Lee, H. Hiura, A. Tyurnina, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 24 ページ: 34-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Introducing Non-Uniform Strain to Graphene Using Dielectric Nanopillars (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Tomori, A. Kanda, H. Goto, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, S. Moriyama, E. Watanabe, D. Tsuya
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4(7) ページ: 075102/1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complementary-like Semiconducting Graphene Logic Gates Controlled by Electrostatic Doping (2011)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, M. V. Lee, C. Liu, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Small 巻: 7(11) ページ: 1552-1556
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Logic Performance with Semiconducting Bilayer Graphene Channels (2011)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, H. Hiura, C. Liu, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: ACS nano 巻: 5(1) ページ: 500-506
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2層グラフェン電気伝導の強電界効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚越一仁,宮崎久生,神田晶申
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 45(11) ページ: 93-102
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェン素子の作り方とゲート電界による伝導変調(小特集「グラフェンの視点から見た炭素材料」) (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚越一仁,宮崎久生
  • 雑誌名: 炭素 巻: 243号(6) ページ: 110-115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of disorder on conductance in bilayer graphene under perpendicular electric field (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, K. Tsukagoshi, A. Kanda, M. Otani, S. Okada
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 10(10) ページ: 3888-3892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low operating bias and matched input-output characteristics in graphene inverters (2010)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, A. Kumatani, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 10(7) ページ: 2357-2362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic transport in epitaxial graphene on SiC substrate with periodic nanofacets (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Odaka, H. Miyazaki, S.-L. Li, A. Kanda, K. Morita, S. Tanaka, Y. Miyata, H. Kataura, K. Tsukagoshi, Y. Aoyagi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 96(6) ページ: 062111/1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resistance modulation of graphite/graphene film controlled by gate electric field (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S.-Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Semiconductor Science and Technology 巻: 25(3) ページ: 034008/1-8
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation to low transport mobility of graphene grown through chemical vapor deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: H. S. Song, S. L. Li, H. Miyazaki, S. Sato, K. Hayashi, A. Yamada, N. Yokoyama, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: International Symposium on "Development of Core Technologies for Green Nanoelectronics"
  • 発表場所: Tokoyo, Japan
  • 年月日: 20120313-14
• [学会発表] Gate-modulation of electric conduction for graphene device (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: Carbon-Based Nano-Materials and Devices
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 20111017-22
• [学会発表] Complementary-like Graphene Logic Gates (2011)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: 2011 A3 Symposium of Emerging Materials
  • 発表場所: Urumqi, XinJiang, China
  • 年月日: 20111013-15
• [学会発表] Electron tunneling in bilayer graphene p-n junction controlled by gate electric field (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, M. V. Lee, S.-L. Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Material(SSDM2011)
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Electric field induced p-n tunnel junction in bilayer graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, M. Lee, S.-L. Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: The 37th leading conference in Europe for Micro-and Nano Engineering(MNE2011)
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20110919-23
• [学会発表] Band-gap engineering by electric field in bilayer graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: 22nd European conference on Diamond, Garmish-Parternkirchen
  • 発表場所: Germany
  • 年月日: 20110904-08
• [学会発表] Geometric effect for electron transport in epitaxial graphene on 4H-SiC(0001) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kuramochi, S. Odaka, K. Morita, S. Tanaka, H. Miyazaki, H. Hiura, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: International confetence on new diamond and nano carbons 2011(NDNC2011)
  • 発表場所: Shimane, Japan
  • 年月日: 20110516-20
• [学会発表] Characterization of Graphene Formed on SiC by Liquid Phase Epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: M. V. Lee, H. Hiura, A. Tyurnina, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: International confetence on new diamond and nano carbons 2011(NDNC2011)
  • 発表場所: Shimane, Japan
  • 年月日: 20110516-20
• [学会発表] Complementary-like semiconducting graphene logic inverters (2011)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: American Physical Society March meeting 2011
  • 発表場所: Dallas, Texas, USA
  • 年月日: 20110321-25
• [学会発表] Bilayer graphene p-i-n tunnel junction controlled by modulated top gate (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S.-L. Li, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: American Physical Society March meeting 2011
  • 発表場所: Dallas, Texas, USA
  • 年月日: 20110321-25
• [学会発表] Gate-tunable transport in graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: SSDM2011 Short Course "Fundamental and applications of carbon nanotube and graphene"
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] Band-gap tunable operation of bilayer graphene device (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies(Pacifichem 2010)
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 20101215-20
• [学会発表] Band-gap tunable operation of bilayer graphene device (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Taukagoshi
  • 学会等名: The 1st China, Japan and Korea Joint Symposium
  • 発表場所: Core-Riviera Hotel, Chonju, South Korea
  • 年月日: 20101107-11
• [学会発表] Thin film transistor from CVD graphene, A. V. Tyurnina (2010)
  • 著者名/発表者名: A. N. Obraztsov, H. Hiura, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: 2nd Russian-Japanese Young Scientists Conference on Nanomaterials and Nanotechnology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20100921-22
• [学会発表] Gate-induced band gap for graphene device (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Taukagoshi
  • 学会等名: 40th European Solid-State Device Research Conference(ESSDERC 2010)
  • 発表場所: Sevilla, Spain
  • 年月日: 20100913-17
• [学会発表] Anisotropic transport in graphene grown on vicinal SiC substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S. Odaka, S.-L. Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi, K. Morita, S. Tanaka
  • 学会等名: Engineering Conferences International : Recent Advances in Graphene and Related Materials
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100801-06
• [学会発表] Complementary-like graphene logic inverters (2010)
  • 著者名/発表者名: Song-Lin Li, H. Miyazaki, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: Engineering Conferences International : Recent Advances in Graphene and Related Materials
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100801-06
• [学会発表] Band gap tuning for graphene transistor (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: Engineering Conferences International : Recent Advances in Graphene and Related Materials
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100801-06
• [学会発表] Anisotropic transport in graphene grown on SiC (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S. Odaka, M.-D. Yi, S.-L. Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi, K. Morita, S. Tanaka
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010(ICSM2010)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20100704-09
• [学会発表] Bilayer graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: The 6th International Nanotechnology Conference on Communications and Cooperation(INC6)
  • 発表場所: Minatec, Grenoble, France
  • 年月日: 20100517-20
• [学会発表] Low operating bias and enhanced voltage gain in graphene inverters with high capacitive-efficiency top gate (2010)
  • 著者名/発表者名: S.-L. Li, H. Miyazaki, H. Hiura, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: Graphene Week 2010
  • 発表場所: Maryland University, Maryland, USA
  • 年月日: 20100419-23
• [学会発表] Band gap tuning in graphene device (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: NIMS-NUS/IMRE joint workshop, National University of Singapore
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100419-20
• [学会発表] Temperature dependence of conductance in bilayer graphene with electric-field-induced band gap (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S. Li, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: American Physical Society March meeting 2010
  • 発表場所: Portland, OR, USA
  • 年月日: 20100315-19
• [学会発表] Gate-tunable band gap in bilayer graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, S. Li, A. Kanda
  • 学会等名: 2010 International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials(IWEPNM 2010)
  • 発表場所: Kirchberg, Austria
  • 年月日: 20100306-13
• [学会発表] Graphene p-n junction controlled by dielectric gate coupling (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, Songlin Li, H. Hiura, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: The materials Nanoarchitectonics(MANA) international symposium 2010
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20100303-05
• [学会発表] Low operating bias and enhanced voltage gain in graphene inverters with high capacitive-efficiency top gate (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Li, H. Miyazaki, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: The materials Nanoarchitectonics(MANA) international symposium 2010
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20100303-05
• [学会発表] Tunable band gap in Graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, Songlin Li
  • 学会等名: The materials Nanoarchitectonics(MANA) international symposium 2010
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20100303-05
• [学会発表] Band gap tuning in graphene device (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: 日中学術セミナー
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-06-27
• [学会発表] Gate-voltage modulation of conductance in bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, A. Kanda, K. Tsukagoshi
  • 学会等名: Atomic Level Characterization(ALC' 09)
  • 発表場所: Maui, Hawaii, USA
  • 年月日: 20091206-11
• [学会発表] Electric transport in epitaxial graphene on vicinal SiC substrate with periodic atomic-scale facets (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Odaka, H. Miyazaki, A. Kanda, K. Morita, S. Tanaka, Y. Miyata, H. Kataura, K. Tsukagoshi, Y. Aoyagi
  • 学会等名: Material Research Society(MRS) 2009 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20091130-1204
• [学会発表] Electric field modulation of bilayer graphene channel (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 学会等名: The 4th international symposium on atomic technologies(ISAT-4)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20091118-19
• [学会発表] Graphene conduction controlled by gate-voltage (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi
  • 学会等名: DST-JSPS Workshop "Indo-Japan workshop on graphene"
  • 発表場所: Bangarol, India
  • 年月日: 20091117-19
• [学会発表] Gate voltage induced band gap in bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • 学会等名: The 6^<th> Korea-Japan sympojium on carbon nanotube
  • 発表場所: Ginowan, Okinawa, Japan
  • 年月日: 20091025-28
• [学会発表] Anisotropic transport in epitaxial graphene transistor on vicinal SiC substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Odaka, H. Miyazaki, A. Kanda, K. Morita, S. Tanaka, Y. Miyata, H. Kataura, K. Tsukagoshi, Y. Aoyagi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM 2009)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20091007-09
• [学会発表] Band-gap moduration in gated bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • 学会等名: Trends In Nanotechnology 2009(TNT2009)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 20090907-11
• [学会発表] Band gap moduration in bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • 学会等名: The physics and new phenomena of pai-electronic interfaces(界面パイ電子系における新現象と物理)
  • 発表場所: Kashiwa, University of Tokyo
  • 年月日: 20090810-12
• [学会発表] Effect of current annealing on electronic properties of multilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, H. Goto, H. Tomori, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 学会等名: Graphene Tokyo 2009
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20090725-26
• [学会発表] Proximity-induced supercurrent in single-layer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Goto, H. Tomori, S. Tanaka, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 学会等名: Graphene Tokyo 2009
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20090725-26
• [学会発表] Electric field moduration of bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • 学会等名: Graphene Tokyo 2009
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20090725-26
• [学会発表] Tunable semiconducting state in bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-24
• [学会発表] Gate induced band gap for graphene device (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, A. Kanda
  • 学会等名: 9^<th> Biennial Workshop in Russia, Fullerenes and Atomic Clusters(IWFAC2009)
  • 発表場所: St Petersburg, Russia
  • 年月日: 20090706-10
• [学会発表] Electric field modulation of graphene channel (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, K. Tsukagoshi, A. Kanda
  • 学会等名: International conference on materials for advanced technologies(ICMAT2009)
  • 発表場所: Singapole, Singapole
  • 年月日: 20090628-0703
• [図書] 磁気特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 神田晶申、塚越一仁
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 剥離グラフェンの作り方と判定方法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 塚越一仁,宮崎久生,日浦英文,黎松林
  • 出版者: コロナ社
• [図書] SiC上グラフェンでの電界効果素子の試作と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 塚越一仁,宮崎久生,小高隼介
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] Gate-Voltage Modulation in Graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, S.-L. Li, A. Kumatani, H. Hiura, A. Kanda
  • 出版者: World Scientific Publishing Company
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/pi-ele_g/
• [産業財産権] 2次元薄膜原子構造の層数決定方法および2次元薄膜原子構造の層数決定装置 (2010)
  • 発明者名: 塚越一仁,宮崎久生,日浦英文
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-145314
  • 出願年月日: 2010-06-25