JP2012162412A - 化学修飾グラフェン及びその剥離方法 - Google Patents

化学修飾グラフェン及びその剥離方法 Download PDF

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Abstract

【課題】グラフェンの電子構造を変化させずに、触媒金属表面上に形成したグラフェンを容易に剥離させること。
【解決手段】銅基板３上に形成したグラフェン１の端部をフッ素原子２で終端することで、グラフェン１の基板３からの剥離を容易にすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学修飾グラフェン及びその剥離方法に関する。
近年、単層のグラファイトであるグラフェンを能動素子として応用する研究開発が盛んに行われている。グラフェンは、既存の半導体材料とは異なる特性を有する。特に、グラフェンの特異なバンド構造により、グラフェン中を移動する電子の質量がほぼゼロであることが特徴である。このため、グラフェンの電子移動度は、従来の半導体材料であるシリコンの約１００倍に達する。
グラフェンの製造方法として、微小機械的方法がある。これは、グラファイト試料にテープを貼り付け、基板上に転写することで、グラフェンを得るものである。この方法では、グラフェンの大きさや形成位置を制御することが困難である。
グラフェンの大きさや形成位置を制御することを目的に、ＳｉＣ基板や炭素化触媒金属基板上でグラフェンを成膜する方法が研究開発されている。この方法では、ＣＶＤなどにより基板上にグラフェンを形成した後、ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に転写する。あらかじめ基板上にリソグラフィーによりパターニングすることで、グラフェンの大きさや形成位置を制御することが可能となる。目的の基板への転写をより容易にするために、グラフェンをフッ素化することで剥離することが検討されている(非特許文献１)。
Physical Review B 82, 073403 (2010) (第1−4頁)
しかしながら、前記従来のグラフェンをフッ素化すると、グラフェンの電子状態が変化してしまうという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、グラフェンの電子状態を変化させずに、グラフェンの剥離を容易にする構成および方法を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の化学修飾グラフェンは、基板と、前記基板上に形成され、化学修飾グラフェンとを備え、前記化学修飾グラフェンは、端部が終端原子で終端されているグラフェンであり、前記基板の材料が銅で、前記終端原子がフッ素である化学修飾グラフェンを特徴とする。
本発明のグラフェンは、端部のみをフッ素化されているので、グラフェンの電子状態を変化させずに、グラフェンの剥離が容易にすることができる。
本発明の実施の形態１を表した図
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１を表す。図１に、グラフェン１と、フッ素原子２と、基板３とを表す。
基板３の材料に、銅（Cu）を用いる。Cu基板上に、炭素原子で構成されるグラフェン１を形成する。
グラフェン１は、フッ素で終端されている。このように、グラフェン１の端部をフッ素化することで、フッ素原子２と結合している炭素原子の吸着距離が大きくなる (Organic Electronics 12 (2011) 第295−299頁)。また、端部のみをフッ素化するので、グラフェン１の電子状態は、水素で終端されている場合とほぼ同じである (Organic Electronics 12 (2011) 第295−299頁)。
このように、かかる構成によれば、グラフェン１の端部のみを化学修飾させることで、グラフェン１の電子状態を変化させずに基板３からのグラフェン１の剥離を容易にすることができる。
（実施例１）
ＣＶＤ法により、Cu基板３上にグラフェン１を成膜した。基板温度は1000℃とし、エチレンガスを供給した。その後、大気中に出し、グラフェン１上に保護膜であるポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)を形成した。再び真空装置において、XeF2ガスを供給することで、グラフェン１の端部をフッ素化した。グラフェン１上に保護膜を形成することで、グラフェン全面ではなくグラフェンの端部のみをフッ素化することが可能となった。
次に、ゲッターソースによりNa原子を基板表面に照射することで、グラフェン１と基板３の間に、Na原子をインターカレートさせた。このようにインターカレートすることで、グラフェン１と基板３との結合が弱まるので、基板３からグラフェン１を剥離させることができる。本実施例では、グラフェン１の端部をフッ素原子２で終端させることで、端部の炭素原子の吸着距離が大きくなり、インターカレートする原子数が増えることで、グラフェン１の剥離が容易になった。
なお、本実施例では、基板としてCuを用いたが、グラフェンを成膜することが可能な触媒材料であれば、いかなるものでも構わない。また、グラフェンの端部を化学修飾するのに、本実施例では、フッ素を用いたが、他のハロゲン元素でも構わない。さらに、インターカレート原子として、本実施例では、Naを用いたが、他のアルカリ金属でも構わない。
本発明にかかる化学修飾グラフェンは、低消費電力用の電子デバイス等として有用である。
１ 化学修飾グラフェン
２ フッ素
３ 基板

Claims (2)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成され、化学修飾グラフェンとを備え、
    前記化学修飾グラフェンは、端部が終端原子で終端されているグラフェンであり、
    前記基板の材料が銅で、前記終端原子がフッ素である
    化学修飾グラフェン。
  2. 化学修飾グラフェンの剥離方法であって、
    前記化学修飾グラフェンは、
    基板と、
    前記基板上に形成され、化学修飾グラフェンとを備え、
    前記化学修飾グラフェンは、端部が終端原子で終端されているグラフェンであり、
    前記基板の材料が銅で、前記終端原子がフッ素であり、
    基板上にグラフェンを形成する第一ステップと、
    前記第一ステップの後、前記グラフェン上に保護膜を形成する第二ステップと、
    前記第二ステップの後、前記グラフェンと前記基板との間にアルカリ金属の原子をインターカレートさせる第三ステップと、
    前記第三ステップの後、前記グラフェンを前記基板から剥離する第四ステップとを含有し、
    前記アルカリ金属がナトリウムである
    化学修飾グラフェンの剥離方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2015005470A1 (ja) * 2013-07-12 2015-01-15 国立大学法人 岡山大学 ハロゲン化された炭素シート及びその製造方法

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