第 59 回応用物理学関係連合講演会早稲田大学 2012 年 3 月 15~18 日 Kei-ichi (M2) (1) グラフェンを電極とした n 型 FET の溶液塗布法による作製と評価菅沼洸一斉木幸一朗後藤拓也上野啓司グラフェンを電極に用いるアイディアは我々も試したことはあるが転写法

(1)

春季

59 応物レポート

飯島祐樹

2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会

2012年3月15(木)～18日(日)

於、早稲田大学

早稲田キャンパス、早稲田中・高等学校

興風館

Yuki (D2)

1. 15a-A3-11

塗布を用いたグラファイト薄膜の作製

3 ○加藤幹大、大兼俊貴、小林達也、原子進、小室修二、趙新為（東京大学、東洋大学）

簡単かつ低コストでのグラフェン作製を目指し、有機物を塗布した基板の熱処理によ

って、グラファイト薄膜作製を試みた研究。具体的には、Ni 蒸着した SiO

2

/Si 基板に

オレンジⅡをディップコート法により塗布し、真空中で加熱している。またラマン分光

測定による

D,G,G’-バンドから、アモルファスカーボンの存在を確かめている。まだま

だグラフェンができたとは言えない結果ではあるが、ディップコート法を用いた基板上

への有機物塗布という簡便な手法に興味を持った。

2. 15a-B3-10

有機平面分子によるグラフェンナノリボン電子状態制御

○田中啓文、有馬良、田中大輔、小川琢治（大阪大学）

タイトルの通り。グラフェンナノリボンのバンドギャップ制御を目指し、幅を細くす

るのでも、電界を加えるのでもなく、様々な有機分子を吸着させている。強アクセプタ

ーであるナフタレンジイミドを吸着させた場合のみバンドギャップの変化が見られ、ま

たその値が吸着量に比例して変わること、吸着量を増やしてもある値に収束することを

示している。電気伝導度測定に用いていた、点接触イメージング

AFM と、分子吸着に

よるバンドギャップ制御に興味を持った。

3. 17p-A3-19

SiC 表面分解法による数層グラフェンの面内構造解析

○黒木淳、乗松航、楠美智子（名古屋大学、JFCC）

SiC 表面分解法により作製した数層グラフェンの面内構造に関して、Si 面および C

面上グラフェンの両者について、得られた

TEM 像の FFT パターンから積層構造を評

価している。Si 面では全ての層が単一の方位で積層しているのに対し、C 面では 2 種

類の方位が存在している。グラフェンの転写方法が

Si 面と C 面で異なり、また TEM

観察に用いているグラフェンの層数まで同定できていない点が弱いが、フーリエ変換パ

ターンを利用した、像からの物理的意味を持つ情報抽出に興味を持った。

(2)

第

59 回応用物理学関係連合講演会

早稲田大学

2012 年 3 月 15～18 日

Kei-ichi (M2)

(1) 「グラフェンを電極とした n 型 FET の溶液塗布法による作製と評価」

○菅沼洸一、斉木幸一朗、後藤拓也、上野啓司

グラフェンを電極に用いるアイディアは我々も試したことはあるが、転写法による

問題により、作製が困難であった。そこで彼らは化学的剥離法で作製したグラフェン

を溶液塗布することでその電極を作製することに成功した。サンプルに

ZnO を用いた

平均伝達特性を出していたが、まだその特性にバラつきが見られた。ZnO による特性

のバラつきが原因なのか、グラフェンフレークの大きさのバラつきによる接触抵抗が

原因なのか、

2 つの原因が考えられるのが問題点ではあるが、今後の発展が非常に興味

深い報告であった。

(2) 「ドメイン構造の異なる CVD グラフェン成長とその特性」

○小川友以、胡宝山、Carlo Orofeo、辻正治、池田賢一、水野清義、日比野浩樹、吾郷

浩樹

前回の応用物理学会で講演奨励賞を受賞した小川さん（FNTG においても若手奨励

賞受賞）の記念講演であった。

MgO の（111）面に蒸着した Cu の場合、グラフェンの

ドメイン構造が

1 つである一方、MgO の(100)面に蒸着した Cu の場合、そのドメイン

構造が

2 つあることを発見した内容である。今回はそれぞれの FET を作製し、その伝

達特性を議論した内容も含まれていた。本来であれば、前者のグラフェンを用いて作

製した

FET の特性の方が後者の特性よりも上回ると考えられえるが、実際はほぼ同じ

特性であった。これはグラフェン自体の特性というよりも転写の際に生じるしわによ

る抵抗の増加が起因していると考えられる。

(3) 「ホワイトグラフェン（h-BN-極薄膜）の CVD 成長の基板依存性」

○鈴木哲、日比野浩樹

我々と同様に

h-BN の CVD 合成を行っている NTT 物性研の発表であった。一般的

に炭素の溶解度が高いと言われている

Ni や Fe においても、B と N の溶解度は低いと

言われている。そこで最適な基板を探索した結果を報告していた。その結果、やはり

Cu が最適だということが分かり、h-BN の成長の場合もグラフェンと同様の成長機構

が示唆される。

h-BN のクオリティはラマンの半値幅から考えると、良いものが合成さ

れていた。

XPS の結果も記載されいたため、我々の h-BN においても XPS を測定する

ために、共同実験を行う必要性を感じた。

(3)

Sasaki(M1)

シリコン酸化膜上へのグラフェン直接合成と成長機構

東北大院工加藤俊顕、畠山力三

プラズマの出力を調整することで、蒸着した

Ni と Si 基板の界面にグラフェンが生成する

ことを発見した。Ni をパターニングしておくことで、容易にグラフェンの形を制御できる

のが大きな利点である。メカニズムは「Ni 内部に炭素源が浸透し、ある一定の距離で拡散

が始まる。拡散の始まる場所が丁度

Ni と Si 基板の界面であった場合、その界面にグラフ

ェンが生成する」らしい。反応条件は、Ni 55 nm、反応温度 900℃、反応時間～1 min、

H2:CH4=9:1、供給圧力 250Pa

この反応は篠原研で簡単に試すことができるため、いつかやってみようと思っていたが、

実験条件やメカニズムなどを本人から聞くことができたのが良かったと思う。

乱層構造グラフェン電界効果トランジスタのキャリア輸送特性

阪大院工応物

1

_{、阪大産研}

2

_根岸良太

1

_{、大野恭秀}

2

_{、前橋兼三}

2

_{、松本和彦}

2

_{、小林慶裕}

1

多層グラフェンとグラフェンの電子物性の違いは、ディラックポイントの有無によるもの

が大きい。しかし、グラフェンの乱層構造では通常の多層と違い、グラフェン層間の相互

作用が著しく弱まる。そのため、乱層グラフェンはディラックポイントを持ち、その電子

物性は多層よりもむしろ、単層グラフェンのものに類似するものであることが分かった。

乱層構造の存在自体、今回の講演で初めて知ったが、デバイス応用に関してこのようなア

プローチもあるのだということを学んだ。

水素プラズマが誘起するシリコン(110)面への水素吸着における基板温度の効果

長崎大院生産科学

1

_{,長崎大院工}

2

_原幸治郎

1

_{、高見佳生}

2

_{、高木雄也}

2

_{、篠原正典}

2

_、松田

良信

2

_、藤山寛

2

Si 基板の水素エッチングメカニズムを理論計算によって検証した。

反応温度によってどのような脱離反応・逆反応が支配的になるかを考察しており、エッチ

ング効果が極大になる温度が存在することを示している。

高温では隣り合う

Si-H2 から H2 が脱離する逆反応が支配的だが、低温では Si-H2 が隣に

H を受け渡すことで Si-H に戻る反応が支配的になる。

自分はグラフェンの水素エッチングでも同様のことが起こっていると考えており、論文か

ら極大が

800℃であることが分かっている。1000℃程度になると、グラフェンの中央付近

では

H2 脱離が進行し、端の部分が選択的にエッチングされ、600℃程度ではどこも同じよ

うな確率でエッチングが起きることが、なんとなく説明できる。

直接関係のある内容ではないが、理解が深まったと思う。

(4)

応用物理学会レポート

M1 Miho

16p-A3-4 酸化グラフェンを原料とする第面積グラフェンの作製

○田中弘成

1

_{、小幡誠司}

2

_{、斉木幸一朗}

1,2

_{（東大院理}

1

_{、東大院新領域}

2

_）

グラフェン合成の炭素源として、メタンなどの気体ではなく酸化グラファイト（GO）を

用いてグラフェン合成を行った実験である。合成手法は、まず

GO をシリコン基板上に塗

布し、ニッケルを蒸着した後、真空中で加熱することでグラフェンを合成する。この加熱

により

GO がある程度分解され、炭素がニッケルに溶け込み、グラフェンが合成するとい

う機構で説明していた。他のポリマーを炭素源として用いた場合は、グラフェンは合成さ

れないため、炭素源が

GO であることが重要である。グラフェンの新規合成法として、非

常に面白いと思った。品質の良いグラフェンを得るのは、まだまだ難しそうであった。

15a-A3-27 窒素ドープ単層カーボンナノチューブの作製と光学的評価

○大下賢一

1

_{，平田史彦}

1

_{，鴨井督}

1

_{，蓮池紀幸}

1

_{，木曽田賢治}

2

_{，播磨弘}

1

_{（京工繊大}

1

_{，和大教育}

2

_）

窒素ドープカーボンナノチューブ（N-doped CNT）の合成および光学的評価を行った研

究である。N-doped CNT の合成は、CVD 法によって行い、炭素源としてエタノール、窒

素源としてピラジン（C

4

H

4

N

2

）を用いている。エタノールに加えるピラジンの量を制御す

ることによって窒素ドープ量を制御する。ピラジン濃度

0 wt%および 2.0 wt%で合成した

CNT の PL マッピングを測定することにより、ドープを評価した。ピラジン 2.0 wt%では

(7,5)に比べ(7,6)のピーク強度が減尐しており、(7,6)に優先的に窒素ドープが行われたと解

釈している。しかし、なぜカイラリティによってドープ量が異なるのか議論しておらず、

本当に窒素ドープがされているのか疑問が残る。

17p-A3-1 (11,10)単層カーボンナノチューブの単一カイラリティ精製

○河合将利

1

_{，鈴木拓也}

1

_{，五十嵐透}

1

_{，竹延大志}

2

_{，岡崎俊也}

3

_{，片浦弘道}

3

_{，真庭豊}

1,4

_{，柳和宏}

1

_{（首都大学東京}

_{1，早稲田大学 2，産総研 3，JST-CREST4）}

直径の細い

CNT の単一カイラリティ分離は、密度勾配遠心法（DGU）やポリマーラッ

ピングを用いた分離法によって達成されているが、直径

1.4 nm 程度の CNT（フラーレン

などを内包可能なサイズ）に関してはまだ報告がされていない。彼らは、二段階の

DGU に

よって(11,10)の分離を行った。密度勾配剤として、まず iodixanol を用いて半金分離し、そ

の後塩化セシウムを用いて

DGU を行うと、(11,10)が分離される。塩化セシウムを用いる利

点は、遠心後も密度勾配が比較的緩やかであることである。これにより、尐しの密度差し

かない

SWCNT も分離可能となる。C

60

@(11,10)の単離も同様に行ったが、内包率が数パー

(5)

セントと非常に低かった。これは、分離プロセスでフラーレンが

SWCNT から出て行って

しまったことによる。

春季

59 応物レポート

飯島 祐樹

2012年 春季 第59回 応用物理学関係連合講演会

2012年3月15(木)～18日(日)

於、早稲田大学

早稲田キャンパス、早稲田中・高等学校

興風館

Yuki (D2)

1. 15a-A3-11

塗布を用いたグラファイト薄膜の作製

3

○加藤幹大、大兼俊貴、小林達也、 原子進、小室修二、 趙新為（東京大学、東洋大学）

簡単かつ低コストでのグラフェン作製を目指し、有機物を塗布した基板の熱処理によ

って、グラファイト薄膜作製を試みた研究。具体的には、Ni 蒸着した SiO

/Si 基板に

オレンジⅡをディップコート法により塗布し、真空中で加熱している。またラマン分光

測定による

D,G,G’-バンドから、アモルファスカーボンの存在を確かめている。まだま

だグラフェンができたとは言えない結果ではあるが、ディップコート法を用いた基板上

への有機物塗布という簡便な手法に興味を持った。

2. 15a-B3-10

有機平面分子によるグラフェンナノリボン電子状態制御

○田中啓文、有馬良、田中大輔、小川琢治（大阪大学）

タイトルの通り。グラフェンナノリボンのバンドギャップ制御を目指し、幅を細くす

るのでも、電界を加えるのでもなく、様々な有機分子を吸着させている。強アクセプタ

ーであるナフタレンジイミドを吸着させた場合のみバンドギャップの変化が見られ、ま

たその値が吸着量に比例して変わること、吸着量を増やしてもある値に収束することを

示している。電気伝導度測定に用いていた、点接触イメージング

AFM と、分子吸着に

よるバンドギャップ制御に興味を持った。

3. 17p-A3-19

SiC 表面分解法による数層グラフェンの面内構造解析

○黒木淳、乗松航、楠美智子（名古屋大学、JFCC）

SiC 表面分解法により作製した数層グラフェンの面内構造に関して、Si 面および C

面上グラフェンの両者について、得られた

TEM 像の FFT パターンから積層構造を評

価している。Si 面では全ての層が単一の方位で積層しているのに対し、C 面では 2 種

類の方位が存在している。グラフェンの転写方法が

Si 面と C 面で異なり、また TEM

観察に用いているグラフェンの層数まで同定できていない点が弱いが、フーリエ変換パ

ターンを利用した、像からの物理的意味を持つ情報抽出に興味を持った。

第

59 回応用物理学関係連合講演会

早稲田大学

2012 年 3 月 15～18 日

Kei-ichi (M2)

(1) 「グラフェンを電極とした n 型 FET の溶液塗布法による作製と評価」

○菅沼洸一、斉木幸一朗、後藤拓也、上野啓司

グラフェンを電極に用いるアイディアは我々も試したことはあるが、転写法による

問題により、作製が困難であった。そこで彼らは化学的剥離法で作製したグラフェン

を溶液塗布することでその電極を作製することに成功した。サンプルに

ZnO を用いた

平均伝達特性を出していたが、まだその特性にバラつきが見られた。ZnO による特性

のバラつきが原因なのか、グラフェンフレークの大きさのバラつきによる接触抵抗が

原因なのか、

2 つの原因が考えられるのが問題点ではあるが、今後の発展が非常に興味

深い報告であった。

(2) 「ドメイン構造の異なる CVD グラフェン成長とその特性」

○小川友以、胡宝山、Carlo Orofeo、辻正治、池田賢一、水野清義、日比野浩樹、吾郷

浩樹

前回の応用物理学会で講演奨励賞を受賞した小川さん（FNTG においても若手奨励

賞受賞）の記念講演であった。

MgO の（111）面に蒸着した Cu の場合、グラフェンの

ドメイン構造が

1 つである一方、MgO の(100)面に蒸着した Cu の場合、そのドメイン

構造が

2 つあることを発見した内容である。今回はそれぞれの FET を作製し、その伝

達特性を議論した内容も含まれていた。本来であれば、前者のグラフェンを用いて作

製した

FET の特性の方が後者の特性よりも上回ると考えられえるが、実際はほぼ同じ

特性であった。これはグラフェン自体の特性というよりも転写の際に生じるしわによ

る抵抗の増加が起因していると考えられる。

(3) 「ホワイトグラフェン（h-BN-極薄膜）の CVD 成長の基板依存性」

○鈴木哲、日比野浩樹

我々と同様に

h-BN の CVD 合成を行っている NTT 物性研の発表であった。一般的

に炭素の溶解度が高いと言われている

Ni や Fe においても、B と N の溶解度は低いと

言われている。そこで最適な基板を探索した結果を報告していた。その結果、やはり

飯島祐樹

2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会

○加藤幹大、大兼俊貴、小林達也、原子進、小室修二、趙新為（東京大学、東洋大学）

東北大院工加藤俊顕、畠山力三

ェンが生成する」らしい。反応条件は、Ni 55 nm、反応温度 900℃、反応時間～1 min、

_{、阪大産研}

_根岸良太

_{、大野恭秀}

_{、前橋兼三}

_{、松本和彦}

_{、小林慶裕}

_{,長崎大院工}

_原幸治郎

_{、高見佳生}

_{、高木雄也}

_{、篠原正典}

_、松田

_、藤山寛

_{、小幡誠司}

_{、斉木幸一朗}

_{（東大院理}

_{、東大院新領域}

_）