ウェハスケール表面構造制御を用いた単結晶グラフェン基板創製

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21246006
• 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: 応用物性・結晶工学
• 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: 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)
• 研究分担者: 永瀬 雅夫 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (20393762) ; 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) ; 蟹澤 聖 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 (70393767) ; 山口 徹 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 (30393763) ; 田中 悟 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80281640) ; 水野 清義 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (60229705)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: ナノ構造物性

研究概要

SiC基板を加熱して熱分解させると、基板上にグラフェンがエピタキシャル成長する。この現象を利用して、加熱雰囲気と温度の制御によって、均一性の高い1層から3層のグラフェンを作製した。高均一な1層および2層グラフェンを用いてトップゲートを有するホールバー素子を作製し、その特性評価から、1層および2層グラフェンが、電子構造の違いを反映して、顕著に異なる電気伝導特性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Growth and electronic transport properties of epitaxial graphene on SiC(0001) (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, S. Mizuno, and H. Kageshima
  • 雑誌名: J. Phys. D : Appl. Phys. 巻: 45 ページ: 154008-1-12
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/45/15/154008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical characterization of bilayer graphene formed by hydrogen intercalation of monolayer graphene on SiC(0001) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanabe, Y. Sekine, H. Kageshima, and H. Hibino
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 02BN02-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.02BN02
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxial growth of graphene and ridge-structure networks of graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Maeda and H. Hibino
  • 雑誌名: J. Phys. D : Appl. Phys. 巻: 44 ページ: 435305-1-9
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/44/43/435305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic structure of epitaxial graphene islands on SiC(0001) surfaces and their magnetoelectric effects (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, M. Nagase, Y. Sekine and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1399 ページ: 755-756
  • DOI: DOI:10.1063/1.3666596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier transport mechanism in graphene on SiC(0001) (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tanabe, Y. Sekine, H. Kageshima, M. Nagase, and H. Hibino
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 115458-1-5
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.84.115458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study on epitaxial graphene growth by Si sublimation from SiC(0001) surface (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, H. Yamaguchi, and M. Nagase
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 95601-1-6
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.095601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of graphene growth by gas-source molecular beam epitaxy using cracked ethanol : influence of gas flow rate on graphitic material deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Maeda and H. Hibino
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 06GE12-1-4
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.06GE12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study on magnetoelectric and thermoelectric properties for graphene devices (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, M. Nagase, Y. Sekine, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 070115-1-5
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.070115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of bandgap in epitaxial bilayer graphene field effect transistor (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tanabe, Y. Sekine, H. Kageshima, M. Nagase, and H. Hibino
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 04DN04-1-4
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.04DN04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic transport properties of top-gated monolayer and bilayer graphene devices on SiC (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tanabe, Y. Sekine, H. Kageshima, M. Nagase, and H. Hibino
  • 雑誌名: MRS Proc. 巻: 1283
  • URL: http://dx.doi.org/10.1557/opl.2011.675
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of few-layer graphene grown by gas-source molecular beam epitaxy using cracked ethanol (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Maeda and H. Hibino, I. Hirosawa, and Y. Watanabe
  • 雑誌名: e-J. Surf. Sci. Nanotech. 巻: 9 ページ: 58-62
  • DOI: DOI:10.1380/ejssnt.2011.58
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial graphene growth studied by low-energy electron microscopy and first-principles (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, and M. Nagase
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 645-648 ページ: 597-602
  • DOI: DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.645-648.597
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic layer-by-layer growth of graphene on vicinal SiC(0001) surfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, K. Morita, and H. Hibino
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 041406(R)-1-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.81.041406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic structure and physical properties of epitaxial graphene islands embedded in SiC(0001) surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, M. Nagase, Y. Sekine, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 3 ページ: 115103-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.3.115103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial few-layer graphene : toward single crystal growth (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase
  • 雑誌名: J. Phys. D : Appl. Phys. 巻: 43 ページ: 374005-1-14
  • DOI: DOI:1088/0022-3727/43/37/374005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Half-integer quantum Hall effect in gate-controlled epitaxial graphene devices (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Tanabe, Y. Sekine, H. Kageshima, M. Nagase, and H. Hibino
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 3 ページ: 075102-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.3.075102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contact conductance measurement of locally suspended graphene on SiC (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 3 ページ: 045101-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.3.045101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local conductance measurements of double-layer graphene on SiC substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 20 ページ: 445704-1-6
  • DOI: DOI:10.1088/0957-4484/20/44/445704
  • 査読あり
• [学会発表] Carrier transport in epitaxial graphene grown on SiC(0001) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, and H. Kageshima
  • 学会等名: The Third International Symposium on the Surface and Technology of Epitaxial Graphene(STEG3)[invited]
  • 発表場所: Saint Augustine, USA
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] SiC上グラフェンナノ構造の形成と電子物性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中悟
  • 学会等名: 第72回応用物理学学術講演(招待講演)
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] エピタキシャルグラフェンの成長とLEEMによる評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野浩樹
  • 学会等名: 第72回応用物理学学術講演(招待講演)
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] Growth and transport properties of monolayer and bilayer graphene on SiC (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, and H. Kageshima
  • 学会等名: XX International Materials Research Congress(IMRC-XX)[invited]
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2011-08-17
• [学会発表] Growth, structure, and transport properties of epitaxial graphene on SiC (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, and H. Kageshima
  • 学会等名: 8th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices' 11(ALC' 11)[invited]
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] Growth and characterization of graphene on SiC. Graphene Workshop in Tsukuba[invited] (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, and H. Kageshima
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2011-01-17
• [学会発表] Theoretical study on functions of graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, M. Nagase, Y. Sekine, and H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices : Technology, Physics, and Modeling(ISGD 2010)[invited]
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-10-29
• [学会発表] Electrical contact properties of few-layer epitaxial on SiC substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices : Technology, Physics, and Modeling(ISGD 2010)[invited]
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-10-28
• [学会発表] Growth, structure, and transport properties of epitaxial graphene on SiC (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, S. Tanabe, H. Kageshima, and M. Nagase
  • 学会等名: International Symposium on Graphene Devices : Technology, Physics, and Modeling(ISGD 2010)[invited]
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-10-27
• [学会発表] Surface electron microscopy of epitaxial graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino
  • 学会等名: 2nd International Symposium on the Surface and Technology of Epitaxial Graphene(STEG2)[invited]
  • 発表場所: Amelia Island, USA
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Dynamics of Si surface morphology/Epitaxial graphene growth on SiC surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino
  • 学会等名: The 14th International Summer School on Crystal Growth(ISSCG-14)[invited]
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2010-08-06
• [学会発表] In-situ surface electron microscopy observations of growth and etching of epitaxial few-layer graphene on SiC (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase
  • 学会等名: International Workshop on in situ characterization of near surface processes 2010[invited]
  • 発表場所: Eisenerz, Austria
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] SiC上エピタキシャルグラフェンの原子構造と電子状態 (2010)
  • 著者名/発表者名: 影島博之
  • 学会等名: 日本物理学会2010年春第65回年次大会(招待講演)
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] SiC上に成長したエピタキシャルグラフェンの構造と電子特性の表面電子顕微鏡による解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会2010年春第65回年次大会(招待講演)
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] LEEM/PEEMによるグラフェンの構造と電子物性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野浩樹
  • 学会等名: 2010年春季・第57回応用物理学関係連合講演会(招待講演)
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] Microscopic characterization of few-layer graphene on SiC using an integrated nanogap probe (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi
  • 学会等名: 17th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM17)[invited]
  • 発表場所: Izu, Japan
  • 年月日: 2009-12-12
• [学会発表] Microscopic evaluations of structure and electronic properties of epitaxial graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase
  • 学会等名: 7th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices(ALC' 09)[invited]
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2009-12-09
• [学会発表] Microscopic characterization of few-layer graphene on SiC (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology(ISANN2009)[invited]
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Structure and electronic properties of epitaxial graphene grown on SiC studied by surface electron microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase
  • 学会等名: 22nd International Microproesses and Nanotechnology Conference(MNC2009)[invited]
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] Study of Epitaxial Graphene Growth using LEEM and First-principles (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kageshima, H. Hibino, and M. Nagase
  • 学会等名: 13th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials(ICSCRM2009)[invited]
  • 発表場所: Nurnberg, Germany
  • 年月日: 2009-10-11
• [図書] グラフェンが拓く材料の新領域-物性・作製法から実用化まで- (2012)
  • 著者名/発表者名: 日比野浩樹、永瀬雅夫, 他
  • 総ページ数: 90-98
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] ナノカーボンの応用と実用化-フラーレン・ナノチューブ・グラフェンを中心に- (2011)
  • 著者名/発表者名: 永瀬雅夫, 他
  • 総ページ数: 174-184
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] グラフェン・イノベーション電子デバイスを変えるナノカーボン材料革命 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日経エレクトロニクス編
  • 総ページ数: 146-153
  • 出版者: 日経BP社
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/hibino/
• [備考] (2)日経産業新聞、「薄くて透明炭素材料に新顔壁に張るパソコンなど期待」、2010年7月18日
• [備考] (3)日本経済産業新聞、「富士通やNTT、新型炭素材技術、丸められる端末・携帯スパコンに道」、2010年7月17日
• [備考] (4)日刊工業新聞、[グラフェントランジスタ次世代素子実用化競う」、2009年12月7日
• [備考] (5)日本経済新聞、「高機能の新炭素材料「グラフェン」」、2009年9月7日
• [産業財産権] 電界効果トランジスタ、製造用基板、およびその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 前田文彦、日比野浩樹
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-079785
  • 出願年月日: 2012-03-30
• [産業財産権] グラファイト薄膜の製造方法 (2012)
  • 発明者名: 前田文彦、日比野浩樹
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-025925
  • 出願年月日: 2012-02-09
• [産業財産権] グラフェンpn接合の製造方法 (2012)
  • 発明者名: 田邉真一、日比野浩樹
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-019839
  • 出願年月日: 2012-02-01
• [産業財産権] 電界効果トランジスタ、製造用基板、およびその製造方法 (2011)
  • 発明者名: 前田文彦、日比野浩樹
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-085106
  • 出願年月日: 2011-04-07
• [産業財産権] グラフェントランジスタおよびその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 田邉真一、日比野浩樹、永瀬雅夫、関根佳明
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-037004
  • 出願年月日: 2010-02-23