JP2013159521A - グラフェン膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素源の熱分解により、グラフェン膜を製造する方法である。反応容器内にはアルゴンガスが流入されている。反応容器内に、アルゴンガス流の上流側にショウノウを、その下流側に基板が設けられる。基板の温度は200℃以上、560℃以下の範囲に制御される。これにより、結晶性の良好なグラフェン膜を得ることができる。
【選択図】図1
Description
また、従来の製法によると、グラフェンが成長し易い基板の材料にも、制限がある。
したがって、本発明の目的は、低温成長による良質なグラフェン膜を得る製造方法を確立することである。
また、本発明の他の目的は、任意材料の基板上に、直接、グラフェン膜を成長できるようにすることである。これにより、グラフェン膜を用いたトランジスタ、光起電力素子、ダイオードなどの電子素子の製造を容易にすることである。
なお、基板5の温度は、200〜600℃の範囲の任意の温度にすることができる。基板5の温度を200〜560℃の範囲で、各種変化させて、基板5の上に、それぞれの成長温度で成膜したグラフェン膜を得た。
基板5として、Ni又はCu、これらの薄膜、任意基板上にNi又はCuを蒸着した基板、Si基板上にSiO2 を形成してその上にNi又はCuを蒸着した基板が用いられる。また、基板5としては、基板の少なくとも表面に、鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの合金或いはそれらの化合物、炭化ケイ素、又は白金その他の貴金属が形成された基板が用いられる。
図18に示すようにn形Si基板40上に、SiO2 から成る絶縁膜41をエッチングして、一部n形Si基板40が露出するように円形の窓45が形成された。次に、露出したn形Si基板40及び絶縁膜41の上面全面に、上記方法によりグラフェン膜42が成膜された。次に、グラフェン膜42上に、窓45以外の他の部分に、Auが蒸着されて陽極43が形成された。また、n形Si基板40の裏面の窓45の下部に相当する領域に、Sb:Auが蒸着され、陰極44が形成された。これにより、金属製のグラフェン膜42とn形Si基板40との接触によりショットキー障壁(0.55V〜0.75V)が形成された。このように製造された光起電力素子の光を照射しない時のV−I特性を測定した。結果を図19に示す。この光起電力素子では、理想ダイオード特性と類似の整流比104 のV−I特性が得られていることが分かる。また、0.1〜0.37Vの範囲で、ln(I)とVとは、比例関係にあり、ダイオードの理想係数2.44が得られている。また、直流抵抗は、17.5Ωである。
3:励振板
5:基板
6:サセプタ
7:加熱装置
11:ショウノウ
30:凹部
40:Si基板
45:窓
42:グラフェン膜
Claims (14)
- 炭素源のプラズマ分解により、グラフェン膜を製造する方法であって、
少なくとも炭素と水素とを有する化合物の原料気体を基板上に流し、該基板上にマイクロ波励起により前記原料気体の表面波プラズマを生成して、前記基板上に、グラフェン膜を製造することを特徴とするグラフェン膜の製造方法。 - 前記基板の温度を200℃以上、560℃以下とすることを特徴とする請求項1に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記原料気体は、沸点又は昇華点が100℃以上の有機化合物から得られる気体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記有機化合物は、分子中に芳香環又は共役π結合を有さず、歪を有する炭素環を有する物質であることを特徴とする請求項3に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記有機化合物は、構成元素が炭素、水素及び酸素である物質であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記有機化合物は、1分子中の酸素原子が2個以下の物質であることを特徴とする請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記有機化合物は、多環構造を有し、炭素数が20以下の物質であることを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記原料気体は、ショウノウから得られる気体であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記原料気体は炭化水素であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記基板は半導体基板であり、前記グラフェン膜は該半導体基板上に直接成膜されることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記グラフェン膜は光起電力素子におけるショットキー障壁を形成する膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記基板は少なくともその表面全体に、鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの合金或いはそれらの化合物、炭化ケイ素、又は白金その他の貴金属が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記グラフェン膜の厚さは100nm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のグラフェン膜の製造方法。
- 前記グラフェン膜は、グラフェンの100層以下の積層体であることを特徴とする請求項13に記載のグラフェン膜の製造方法。
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