ナノ対応プラズマ制御による原子1層2次元炭素シートの垂直配向成長と革新的応用

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23740405
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 加藤 俊顕 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20502082)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 単層カーボンナノウォール / 垂直配向 / グラフェン / プラズマCVD / キャリア移動度

研究概要

独自に開発した急速加熱プラズマCVD法を用いることで,原子1層2次元炭素シートであるグラフェンを絶縁基板上へ直接合成することに成功した.また,原子1層2次元炭素シートが疑似1次元形状をとった物質であるグラフェンナノリボンに関して,構造制御合成,及びそれを用いたデバイスの集積化合成に世界で初めて成功した.さらに,それらが極めて優れたトランジスタ(オンオフ比10000以上)として動作することを実証した.

研究成果

• [雑誌論文] Site- and Alignment-Controlled Growth of Graphene Nanoribbons from Nickel Nanobars (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: Vol. 7, No.10 ページ: 651-656
  • DOI: DOI:10.1038/nnano.2012.145.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Growth of Doping-Density-Controlled Hexagonal Graphene on SiO2 Substrate by Rapid-Heating Plasma CVD (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: Vol. 6, No. 10 ページ: 8508-8515
  • DOI: DOI:10.1021/nn302290z.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma-Synthesized Single-Walled Carbon Nanotubes and Their Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y.F. Li
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: Vol. 44, No. 17 ページ: 174004-1-21
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/44/17/174004.
  • 査読あり
• [学会発表] Direct Growth and Integration of Graphene Nanoribbon (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, and T. Kaneko
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Integration of High Performance Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, and T. Kaneko
  • 学会等名: The 44th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2013-03-13
• [学会発表] Synthesis of Nanocarbon-Nanoparticle Conjugate Using Gas-Liquid Interfacial Non-Equilibrium Plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, S. Takahashi, and T. Kato
  • 学会等名: 1st International Workshop on Solution Plasma and Molecular Technologies
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2013-03-06
• [学会発表] Growth and Functionalization of Graphene and Graphene Nanoribbon by Advanced Plasma Technology (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, and T. Kaneko
  • 学会等名: 2013Workshop on Plasma & Nano Technology
  • 発表場所: Chuncheon, Korea
  • 年月日: 2013-01-29
• [学会発表] Structure-Controlled Synthesis of Fullerenes and Carbon Nanotubes Using Plasma Technology (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kato, and T. Kaneko
  • 学会等名: 2013Workshop on Plasma & Nano Technology
  • 発表場所: Chuncheon, Korea
  • 年月日: 2013-01-28
• [学会発表] Growth and Integration of Graphene Nanoribbon by Rapid-Heating Plasma Chemical Vapor Deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 学会等名: The Second International Conference on Small Science (ICSS 2012)
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2012-12-17
• [学会発表] Controllable Growth of Graphene Nanoribbon by Advanced Plasma Chemical Vapor Deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 学会等名: 2nd International Conference on Nanotek and Expo
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2012-12-03
• [学会発表] Controllable Graphene Growth Using Novel Plasma Catalytic Deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: 34th International Symposium on Dry Process (DPS2012)
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-11-16
• [学会発表] Advanced Plasma CVD for Structural-Controlled Growth of Single-Walled Carbon Nanotube and Graphene (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: 神奈川県
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] Direct Growth of Hexagonal Domain Graphene on SiO_2 Substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, and T. Kaneko
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 宮城県
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] Direct Growth of High-Quality Mono-Layer Graphene on Insulating Substrate by Advanced Plasma CVD (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: IEEE Nano2012
  • 発表場所: Birmingham, UK
  • 年月日: 2012-08-20
• [学会発表] UniformSingle-Layer Graphene Growth on SiO2Substrate by Diffusion Plasma CVD and itsGrowth Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: Thirteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT12)
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 2012-06-27
• [学会発表] 拡散プラズマプロセスによる単層カーボンナノチューブ及びグラフェンの構造制御合成と機能化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤俊顕,畠山力三
  • 学会等名: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] シリコン酸化膜上へのグラフェン直接合成と成長機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤俊顕,畠山力三
  • 学会等名: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] Direct Fabrication of High-Quality Single-Layer Graphene on SiO2 Substrate by Diffusion Plasma CVD (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: 第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] Growth and Functionalization of High-Quality Graphene by Diffusion Plasma Processing (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] プラズマCVDによるグラフェン合成と構造制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤俊顕,畠山力三
  • 学会等名: Plasma Conference2011(プラズマ・核融合学会第28回年会/応用物理学会第29回プラズマプロセシング研究会/日本物理学会(領域2)2011年秋季大会)
  • 発表場所: 石川県
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] Effects of Room Temperature Plasma Treatment on the Selective Edge Functionalization of Graphene Nano Ribbon (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, L. Jiao, X. Wang, H. Wang, X. Li, L. Zhang, R. Hatakeyama, and H. Dai
  • 学会等名: 第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2011-09-05
• [学会発表] アンモニアプラズマによる室温グラフェンエッジ修飾及びドーピング (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, L. Jiao, X. Wang, H. Wang, X. Li, R. Hatakeyama, and H. Dai
  • 学会等名: 平成23年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形県
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] プラズマCVD中グラフェン合成におけるプラズマ効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤俊顕,森川昌登,畠山力三
  • 学会等名: 平成23年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形県
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] Selective Edge Functionalization of Graphene by Room Temperature Mild Plasma Treatment (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, L. Jiao, X. Wang, H. Wang, X. Li, L. Zhang, R. Hatakeyama, and H. Dai
  • 学会等名: 12th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2011-07-10
• [図書] "Recent Progress of Plasma CVD for Structure Controlled Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes" 「Recent Progress in Carbon Nanotube Research」 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 総ページ数: 89-108
  • 出版者: InTech (edited by Satoru Suzuki)
• [図書] "Fabrication of Stable N-Type Thin-Film Transistor with Cs Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes",「Nanoelectronic Device Applications Handbook」 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, and Y. Osanai
  • 総ページ数: 499-502
  • 出版者: CRC Press (Taylor & Francis Group)edited by J. E. Morris & K. Iniewski
• [図書] "Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotubes by Plasma CVD", 「Plasma Processing of Nanomaterials」 (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama and T. Kato
  • 総ページ数: 219-230
  • 出版者: CRC Press, Taylor & Francis Group(edited by R. M. Sankaran)
• [備考]
  • URL: http://www.plasma.ecei.tohoku.ac.jp
• [産業財産権] グラフェン構造体及びそれを用いた半導体装置並びにそれらの製造方法 (2011)
  • 発明者名: 畠山力三,加藤俊顕
  • 権利者名: 畠山力三,加藤俊顕
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2011-264157
  • 出願年月日: 2011-12-01
• [産業財産権] 単層カーボンナノチューブの製造方法 (2011)
  • 発明者名: 畠山力三,加藤俊顕
  • 権利者名: 畠山力三,加藤俊顕
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2011-225534
  • 出願年月日: 2011-10-13