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2015 年度 実績報告書

グラフェンエレクトロニクス実現を加速するSi基板上エピグラフェンの革新的高品質化

研究課題

研究課題/領域番号 25286053
研究機関東北大学

研究代表者

末光 眞希  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00134057)

研究分担者 吹留 博一  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
焦 賽  東北大学, 電気通信研究所, 教育研究支援者 (80710475)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード3C-SiC / ヘテロエピタキシ / グラフェン / 表面化学反応 / 積層欠陥
研究実績の概要

本研究は申請者らが開発した、Si基板上に成長させた立方晶SiC薄膜(3C-SiC)にエピタキシャルグラフェンを形成するグラフェン・オン・シリコン(GOS)技術の一層の向上をめざし、(I)3C-SiC薄膜の革新的品質向上を通してグラフェンのグレインサイズの増大及び3C-SiC薄膜の高抵抗化を同時に図り、(II)GOSを用いた電界ドープ・グラフェンデバイスを実証するものである。
平成27年度は、Si(111)基板上3C-SiCヘテロエピタキシャル膜の欠陥と応力低減に注力した。エピタキシャル成長中の反応前駆体組成をSiリッチにすることでグラフェン形成に適した平滑表面が得られることは判明しているが、本研究では敢えてCリッチな反応前駆体組成にすることで欠陥密度と応力の低減を試みた。なぜならば、平滑な(111)表面においては、これと平行な結晶面内に拡張すべきショックレー型部分転位(SDL)が導入されず、3C-SiC/Si界面のせん断応力緩和機構が不全となるためである。さらに、(111)面内のSDLの不在は{-111}面におけるSDLの拡張を優先させ、3C-SiC(111)表面に露出する積層欠陥(SF)密度を増加させてしまう。
そこで本研究では3C-SiCの原料であるモノメチルシラン(MMS)にアセチレン(C2H2)を添加することにより、Si面の成長速度をC面よりも増加させ、3C-SiC表面に{-111}ファセットを形成した。形成されたファセットを起点として(111)面内にSDLが導入され、せん断応力の緩和と{-111}面内のSF密度低減(<1200本/cm)が実現された。次いで、最終的に得られる3C-SiC表面を平滑化するため、常圧水素雰囲気中における低温水素処理(500℃、300分、100%水素雰囲気)を施し、算術平均粗さ(Ra)で1nm以下の平滑表面が得られることを実証した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] トムスク州立大学(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      トムスク州立大学
  • [雑誌論文] Evaluations of crystal defects of 3C-SiC(-1-1-1) film on Si(110) substrate2016

    • 著者名/発表者名
      Shota Sambonsuge, Shun Ito, Sai Jiao, Hiroyuki Nagasawa, Hirokazu Fukidome, Sergey N. Filimonov, and Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi A

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/pssa.201532675

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of qualified epitaxial graphene on Si substrates using two-step heteroexpitaxy of C-terminated 3C-SiC(-1-1-1) on Si(110)2016

    • 著者名/発表者名
      Shota Sambonsuge, Sai Jiao, Hiroyuki Nagasawa, Hirokazu Fukidome, Sergey N. Filimonov, Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Diamond & Related Materials

      巻: 67 ページ: 51-53

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2016.02.020

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High quality graphene formation on 3C-SiC/4H-AlN/Si heterostructure2015

    • 著者名/発表者名
      Sai Jiao, Yuya Murakami, Hiroyoki Nagasawa, Hirokazu Fukidome, Isao Makabe, Yasunori Tateno, Takashi Nakabayashi, and Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 806 ページ: 89-93

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.806.89

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In Situ SR-XPS Observation of Ni-assisted Low-Temperature Formation of Epitaxial Graphene on 3C-SiC/Si2015

    • 著者名/発表者名
      Mika Hasegawa, Kenta Sugawara, Ryota Suto, Shota Sambonsuge, Yuden Teraoka, Akitaka Yoshigoe, Sergey Filimonov, Hirokazu Fukidome, Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Nanoscale Research Letters(Nano express)

      巻: 10 ページ: 421-426

    • DOI

      10.1186/s11671-015-1131-9

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Controlling Planar Defects in 3C-SiC: Ways to Wake it up as a Practical Semiconductor2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyoki Nagasawa, Ramya Gurunathan, Maki Suemitsu
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 821-823 ページ: 108-114

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.821-823.108

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Correlation between the residual stress in 3C-SiC/Si epifilm and the quality of epitaxial graphene formed thereon2015

    • 著者名/発表者名
      R Bantaculo, H Fukidome and M Suemitsu
    • 雑誌名

      IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering

      巻: 79 ページ: 12004-1-12004-7

    • DOI

      10.1088/1757-899X/79/1/012004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Recent Progress in the Epitaxial Graphene Formation on 3C-SiC/Si Substrates2016

    • 著者名/発表者名
      Maki Suemitsu
    • 学会等名
      2016 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      Phoenix Convention Center (Pheonix, AZ, USA)
    • 年月日
      2016-03-31 – 2016-03-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Si基板上3C-SiCヘテロエピ成長とエピタキシャルグラフェン2016

    • 著者名/発表者名
      末光眞希
    • 学会等名
      第8回九大グラフェン研究会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2016-01-29 – 2016-01-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent progress in epitaxial graphene on bulk and thin film SiC crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Maki Suemitsu
    • 学会等名
      IEFM 2015: International symposium on emerging functional materials
    • 発表場所
      Songdo Convensia (Incheon, Korea)
    • 年月日
      2015-11-06 – 2015-11-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SiCエピタキシャル成長技術と ポリタイプ積層2015

    • 著者名/発表者名
      長澤弘幸
    • 学会等名
      第45回結晶成長国内会議(NCCG-45)
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-10-20 – 2015-10-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Ni-assisted low-temperature formation of epitaxial graphene on3C-SiC/Si and real-time SR-XPS analysis of its reaction2015

    • 著者名/発表者名
      Mika Hasegawa
    • 学会等名
      2015 International Conference of Silicon Carbide and Related Materials
    • 発表場所
      Congress Center Atahotel Naxos Beach (Giadirni Naxos, Italy)
    • 年月日
      2015-10-06 – 2015-10-06
  • [学会発表] Epitaxial graphene formation on SiC and on Si substrates2015

    • 著者名/発表者名
      Maki Suemitsu
    • 学会等名
      PSS 2015: Physical Sciences Symposia-2015
    • 発表場所
      Courtyard Marriott (Cambridge, MA, USA)
    • 年月日
      2015-09-22 – 2015-09-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Si(110)上3C-SiC(111)薄膜の結晶方位回転成長機構2015

    • 著者名/発表者名
      横山 大
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-15 – 2015-09-15
  • [学会発表] Evaluations of crystal defects of 3C-SiC(-1-1-1) film on Si(110) substrate2015

    • 著者名/発表者名
      Maki Suemitsu
    • 学会等名
      SENM2015: the international conference on Smart Engineering of New Materials
    • 発表場所
      Andel's Hotel (Lodz, Poland)
    • 年月日
      2015-06-25 – 2015-06-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of qualified epitaxial graphene on Si substrates using two-step heteroexpitaxy of C-terminated 3C-SiC(-1-1-1) on Si(110)2015

    • 著者名/発表者名
      Maki Suemitsu
    • 学会等名
      SENM2015: the international conference on Smart Engineering of New Materials
    • 発表場所
      Andel's Hotel (Lodz, Poland)
    • 年月日
      2015-06-23 – 2015-06-23
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-31  

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