JP5763597B2 - Method for producing graphene - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンカーバイト基板の上に短冊(ナノリボン)状のグラフェンを形成するグラフェンの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a graphene production method for forming strip (nanoribbon) graphene on a silicon carbide substrate.

グラフェンは、炭素原子が蜂の巣状に並んだ二次元構造を有し、高い電荷移動度と電流密度耐性をもつことから、高速・高周波トランジスタ,低電力透明フレキシブル電子回路,および小型パワーデバイスへの応用が期待されている。グラフェン自体は、半金属的なバンド構造をもつが、トランジスタのチャネルに応用するにはバンドギャップが必要となる。グラフェンにバンドギャップを誘起する方法として、細長いナノリボン構造に加工する方法が知られている。ナノリボンの幅が狭くなるほど、大きなバンドギャップが誘起される。また、アームチェア型やジグザグ型と呼ばれるナノリボンエッジの結晶方位が、バンド構造に影響を与える。   Graphene has a two-dimensional structure in which carbon atoms are arranged in a honeycomb shape, and has high charge mobility and current density tolerance, so it can be applied to high-speed and high-frequency transistors, low-power transparent flexible electronic circuits, and small power devices. Is expected. Graphene itself has a semi-metallic band structure, but a band gap is required for application to a transistor channel. As a method of inducing a band gap in graphene, a method of processing into an elongated nanoribbon structure is known. As the width of the nanoribbon becomes narrower, a larger band gap is induced. In addition, the crystal orientation of the nanoribbon edge called armchair type or zigzag type affects the band structure.

従来のグラフェンナノリボンの製造方法として、まずグラファイトからの剥離や金属基板上での化学気相成長、あるいはシリコンカーバイド(SiC)基板表面の熱分解などの方法によりグラフェンを得たのち、これを電子線リソグラフィ技術によりリボン状に加工する技術がある(非特許文献1参照)。また、カーボンナノチューブを軸方向に切り開いてリボン状に加工する技術がある(非特許文献2参照)。   As a conventional method for producing graphene nanoribbons, graphene is first obtained by methods such as exfoliation from graphite, chemical vapor deposition on a metal substrate, or thermal decomposition of the surface of a silicon carbide (SiC) substrate. There is a technique of processing into a ribbon shape by a lithography technique (see Non-Patent Document 1). In addition, there is a technique of cutting carbon nanotubes in the axial direction and processing them into ribbons (see Non-Patent Document 2).

M. Y. Han et al. , "Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons", PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol.98, 206805, 2007.M. Y. Han et al., "Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons", PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol.98, 206805, 2007. L. Jiao et al. , "Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes",Nature, vol. 458, pp.877-880, 2009.L. Jiao et al., "Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes", Nature, vol. 458, pp.877-880, 2009.

グラフェンナノリボンを用いて作製したトランジスタを室温でON/OFF動作させるためには、リボン幅はnmレベルである必要がある。ところが、グラフェンをリボン状に加工するために電子線リソグラフィを用いた場合、まず、マスクの作製,電子線描画などの工程を必要とし、加工精度は数十nmに制限され、電子線を加工領域にわたって照射しなければならないため作製効率が悪いという問題がある。   In order for a transistor manufactured using a graphene nanoribbon to perform ON / OFF operation at room temperature, the ribbon width needs to be on the nm level. However, when electron beam lithography is used to process graphene into a ribbon shape, first, processes such as mask fabrication and electron beam drawing are required, the processing accuracy is limited to several tens of nanometers, and the electron beam is processed into a processing region. There is a problem in that the production efficiency is poor because it must be irradiated over a wide area.

また、よく知られているように、グラフェンは炭素原子が六角形状に結合した構造をもつため、端の形状には、アームチェア端とジグザグ端と呼ばれる2種類の典型的な端が存在する。このため、グラフェンをリボン状にしたナノリボンの端部(エッジ)は、アームチェア端とジグザグ端とをランダムに含む不均一な状態となり、マスクの作製と除去にともないグラフェンが損傷し、不純物が付着するなどの問題も発生する。   As is well known, since graphene has a structure in which carbon atoms are bonded in a hexagonal shape, there are two typical types of ends called armchair ends and zigzag ends. For this reason, the edge of the nanoribbon made of graphene in a ribbon shape (edge) is in a non-uniform state that randomly includes the armchair end and the zigzag end, and the graphene is damaged and the impurities adhere as the mask is made and removed Problems such as doing.

一方、カーボンナノチューブを切り開くことでナノリボンを形成する場合は、ナノリボンの配置制御,幅制御,大量作製が困難である。このため、この技術では、回路の集積化や大きな電流を扱うパワーデバイスへの応用は難しい。   On the other hand, when a nanoribbon is formed by opening a carbon nanotube, it is difficult to control the arrangement, width, and mass production of the nanoribbon. For this reason, this technology is difficult to apply to power devices that handle circuit integration and large currents.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より効率的に制御性よくリボン状のグラフェンが形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to allow ribbon-shaped graphene to be formed more efficiently and with good controllability.

本発明に係るグラフェンの製造方法は、SiC基板を加熱することでSiC基板の表面上に、炭素原子のみから構成されてグラフェンと同じ構造を有して一部がSiC基板のシリコン原子と共有結合をしている炭素の一原子層から構成されたバッファ層を形成する第1工程と、バッファ層とSiC基板表面との間に水素を導入し、バッファ層とSiC基板のシリコン原子との共有結合を切断し、水素が共有結合の切断により生じたシリコン原子と結合した状態とすることでバッファ層をグラフェンにする第2工程と、SiC基板を加熱してシリコン原子に結合している水素を部分的に蒸発させてグラフェンを部分的にバッファ層の状態に戻すことにより、SiC基板表面の結晶方位に沿う方向に部分的に配列した平面視短冊状のグラフェンからなるグラフェンナノリボンが形成された状態とする第3工程とを備え、第3工程では、SiC基板に対して基板平面方向に応力をかけた状態で加熱を行い配列の状態を制御する。 In the method for producing graphene according to the present invention, a SiC substrate is heated, and the surface of the SiC substrate is composed of only carbon atoms and has the same structure as graphene, and a part thereof is covalently bonded to silicon atoms of the SiC substrate. A first step of forming a buffer layer composed of a monoatomic layer of carbon, and introducing hydrogen between the buffer layer and the SiC substrate surface to form a covalent bond between the buffer layer and the silicon atoms of the SiC substrate. A second step of making the buffer layer graphene by bringing hydrogen into a state of being bonded to silicon atoms generated by the cutting of the covalent bond, and heating the SiC substrate to partially convert the hydrogen bonded to the silicon atoms The graphene is partially evaporated in the plane along the crystal orientation of the SiC substrate surface by partially evaporating and returning the graphene partially to the buffer layer state. Comprising a third step of a state in which graphene nanoribbons are formed, in a third step, that controls the state of the sequence subjected to heat while applying a stress to the substrate planar direction with respect to the SiC substrate.

上記グラフェンの製造方法において、第3工程では、SiC基板に対して基板平面方向に応力をかけた状態で加熱を行い配列の状態を制御することに加え、加熱温度および加熱時間を制御することで、グラフェンナノリボンの幅およびバッファ層を介して隣り合うグラフェンナノリボンの間隔を制御してもよい。また、第3工程では、加熱温度および加熱時間を制御することで、グラフェンナノリボンの幅およびバッファ層を介して隣り合うグラフェンナノリボンの間隔を制御してもよい。 In the manufacturing method of the graphene in the third step, the addition to Rukoto to control the state of the sequence subjected to heat while applying a stress to the substrate planar direction, to control the heating temperature and heating time with respect to the SiC substrate Thus, the width of the graphene nanoribbon and the interval between the adjacent graphene nanoribbons via the buffer layer may be controlled. In the third step, the width of the graphene nanoribbon and the interval between adjacent graphene nanoribbons via the buffer layer may be controlled by controlling the heating temperature and the heating time.

以上説明したことにより本発明によれば、より効率的に制御性よくリボン状のグラフェンが形成できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that ribbon-shaped graphene can be formed more efficiently and with good controllability.

図1Aは、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するための各工程における状態を示す斜視図である。FIG. 1A is a perspective view showing a state in each step for explaining a graphene production method according to an embodiment of the present invention. 図1Bは、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するための各工程における状態を示す斜視図である。FIG. 1B is a perspective view showing a state in each step for explaining the graphene production method according to the embodiment of the present invention. 図1Cは、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するための各工程における状態を示す斜視図である。FIG. 1C is a perspective view showing a state in each step for explaining the graphene production method according to the embodiment of the present invention. 図1Dは、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するための各工程における状態を示す斜視図である。FIG. 1D is a perspective view showing a state in each step for explaining the graphene production method in the embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態における製造方法で得られたグラフェンの走査トンネル顕微鏡観察の結果を示す写真である。FIG. 2 is a photograph showing a result of scanning tunneling microscope observation of graphene obtained by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. 図3は、バッファ層102の被覆率と、形成されるグラフェンナノリボン105との間隔の関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the coverage of the buffer layer 102 and the distance between the graphene nanoribbons 105 to be formed.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1A〜図1Dは、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するための各工程における状態を示す斜視図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1D are perspective views showing states in respective steps for explaining a graphene production method according to an embodiment of the present invention.

まず、図1Aに示すように、SiC基板101を加熱することでSiC基板101の表面上にバッファ層102を形成する。バッファ層102は、炭素原子のみから構成されてグラフェンと同じ構造を有し、炭素の1原子層から構成されている。また、バッファ層102を構成してる原子は、結合手の1つ(一部)が、SiC基板101のシリコン原子と共有結合をしている。また、上述したように、バッファ層102は、SiC基板101と共有結合しているため、グラフェン特有の電気的性質をもたず、伝導性を示さない。   First, as shown in FIG. 1A, the buffer layer 102 is formed on the surface of the SiC substrate 101 by heating the SiC substrate 101. The buffer layer 102 is composed of only carbon atoms, has the same structure as graphene, and is composed of a single atomic layer of carbon. In addition, one (part) of the bonds constituting the buffer layer 102 is covalently bonded to the silicon atom of the SiC substrate 101. Further, as described above, since the buffer layer 102 is covalently bonded to the SiC substrate 101, the buffer layer 102 does not have graphene-specific electrical properties and does not exhibit conductivity.

例えば、主表面が(0001)面としたSiC基板101を、フッ化水素酸で洗浄し、これを真空排気可能な加熱炉の処理室内に搬入し、清浄化のために、水素雰囲気で1500℃で5分間の条件で加熱し、基板表面をエッチングする。次いで、処理室内の水素を排気した後、処理室内の圧力を79993.2Pa程度とし、流量400sccmでアルゴンを導入した雰囲気で、1700℃で5分間の加熱処理を行えばよい。この処理により、SiC基板101の上に、バッファ層102が形成できる。なお、sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。 For example, the SiC substrate 101 whose main surface is the (0001) plane is cleaned with hydrofluoric acid, and this is carried into a processing chamber of a heating furnace that can be evacuated and cleaned at 1500 ° C. in a hydrogen atmosphere for cleaning. The substrate surface is etched by heating for 5 minutes. Next, after evacuating the hydrogen in the treatment chamber, heat treatment may be performed at 1700 ° C. for 5 minutes in an atmosphere in which the pressure in the treatment chamber is set to about 79993.2 Pa and argon is introduced at a flow rate of 400 sccm. By this process, the buffer layer 102 can be formed on the SiC substrate 101. Note that sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid at 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute.

次に、図1Bに示すように、バッファ層102とSiC基板101表面との間に水素103を導入し、バッファ層102とSiC基板101のシリコン原子との共有結合を切断し、水素103が共有結合の切断により生じたシリコン原子と結合した状態とすることでバッファ層102をグラフェン104にする。例えば、上述した加熱炉の処理室内で、圧力13332.2Paとし、流量46sccmで水素を導入した雰囲気で、1000℃で30分間の加熱処理を行えば、水素103がバッファ層102とSiC基板101との間に挿入され、両者間の共有結合を切断することができ、グラフェン104が形成できる。   Next, as shown in FIG. 1B, hydrogen 103 is introduced between the buffer layer 102 and the surface of the SiC substrate 101, and the covalent bond between the buffer layer 102 and the silicon atoms of the SiC substrate 101 is cut, so that the hydrogen 103 is shared. The buffer layer 102 is changed to graphene 104 by being bonded to silicon atoms generated by the bond breaking. For example, if heat treatment is performed at 1000 ° C. for 30 minutes in an atmosphere in which the pressure is 13332.2 Pa and hydrogen is introduced at a flow rate of 46 sccm in the processing chamber of the above-described heating furnace, the hydrogen 103 forms the buffer layer 102 and the SiC substrate 101. And the covalent bond between them can be cut off, and graphene 104 can be formed.

次に、SiC基板101を加熱してシリコン原子に結合している水素103を部分的に蒸発させてグラフェン104を部分的にバッファ層102の状態に戻すことにより、図1Cに示すように、SiC基板101表面の結晶方位に沿う方向に部分的に配列したナノサイズの平面視短冊状のグラフェンナノリボン105が形成された状態とする。例えば、上述した加熱炉の処理室内で、圧力133.322×10-10Paの真空中で670℃・2時間の条件で加熱し、一部の水素103を蒸発させればよい。 Next, the SiC substrate 101 is heated to partially evaporate the hydrogen 103 bonded to the silicon atoms, thereby partially returning the graphene 104 to the state of the buffer layer 102, as shown in FIG. 1C. It is assumed that the nanosized strip-like graphene nanoribbons 105 that are partially arranged in the direction along the crystal orientation of the surface of the substrate 101 are formed. For example, the hydrogen 103 may be partially evaporated by heating in a processing chamber of the above-described heating furnace in a vacuum of 133.322 × 10 −10 Pa under conditions of 670 ° C. and 2 hours.

図2の走査トンネル顕微鏡像(写真)に示すように、水素が部分的に蒸発しバッファ層に戻った領域とグラフェンのまま残った領域が見られた。グラフェンのまま残った領域は、六角形格子状のナノリボンネットワークを形成していた。このグラフェンナノリボンの幅は、数nm、平均間隔は20nmだった。なお、間隔は、バッファ層の部分を介して隣り合うグラフェンナノリボンの間隔であり、図1Cの「λ」に相当している。このように形成されるグラフェンナノリボンは、SiC基板の[11−20]結晶方位に沿う方向に配列し、アームチェアエッジをもつ。   As shown in the scanning tunneling microscope image (photograph) in FIG. 2, a region where hydrogen partially evaporated and returned to the buffer layer and a region where graphene remained were observed. The area that remained as graphene formed a nanoribbon network in the form of a hexagonal lattice. The width of this graphene nanoribbon was several nm and the average interval was 20 nm. The interval is an interval between adjacent graphene nanoribbons through the buffer layer portion, and corresponds to “λ” in FIG. 1C. The graphene nanoribbons formed in this way are arranged in the direction along the [11-20] crystal orientation of the SiC substrate and have armchair edges.

結晶表面に異なる構造をもつ2つの相が存在するとき、2つの相の応力エネルギーと境界エネルギーの和が最小となる配置をとることが、理論的に判明している。結晶表面に異なる構造をもつ2つの相が存在するとき、一方の相の被覆率に対し、2つの相によって形成される周期構造の間隔は、以下の式(1),式(2)に従う。   It has been theoretically found that when two phases having different structures exist on the crystal surface, the arrangement is such that the sum of the stress energy and the boundary energy of the two phases is minimized. When two phases having different structures are present on the crystal surface, the interval between the periodic structures formed by the two phases follows the following formulas (1) and (2) with respect to the coverage of one phase.

上記の式(1),式(2)において、λは周期構造の間隔、θは被覆率、Ewallは異なる2つの相の間の境界エネルギー、σ1−σ2は異なる2つの相の間の応力テンソルの差、aは格子定数、νはポアソン比、μはヤング率、πは円周率である。 In the above formulas (1) and (2), λ is the interval of the periodic structure, θ is the coverage, E wall is the boundary energy between two different phases, and σ 12 is between two different phases , A is a lattice constant, ν is a Poisson's ratio, μ is a Young's modulus, and π is a circumference.

図3に示すように、上述した実施の形態におけるバッファ層102の被覆率θと、基板平面方向にバッファ層102を介して隣り合うグラフェンナノリボン105の間隔λ(図1C参照)とは、式(1),式(2)の計算結果によく一致することがわかる。図3において、実線が計算結果によるものであり、黒四角が、実際に形成されたグラフェンナノリボンの結果を示している。実線で示す計算結果には、2つの相の境界エネルギーEwall=3.8meV/a、 2つの相の応力テンソルの差σ1−σ2=2.6eV/a2、グラフェンの格子定数a=0.246nm、グラフェンのヤング率μ=1TPa、グラフェンのポアソン比ν=0.16、円周率π=3.14を用いている。 As shown in FIG. 3, the coverage θ of the buffer layer 102 and the interval λ (see FIG. 1C) between the graphene nanoribbons 105 adjacent to each other through the buffer layer 102 in the substrate plane direction in the above-described embodiment are expressed by the formula ( It can be seen that the results agree well with the calculation results of 1) and Equation (2). In FIG. 3, the solid line indicates the calculation result, and the black square indicates the result of the graphene nanoribbon actually formed. The calculation results indicated by the solid line include the boundary energy E wall = 3.8 meV / a of the two phases, the difference of stress tensors σ 1 −σ 2 = 2.6 eV / a 2 of the two phases, and the lattice constant of graphene a = 0.246 nm, Young's modulus of graphene μ = 1 TPa, Poisson's ratio ν = 0.16 of graphene, and π = 3.14 are used.

式(1)から、バッファ層102の被覆率およびグラフェンナノリボン105とバッファ層102とにかかる応力を制御することで、グラフェンナノリボン105の幅と、バッファ層102を介して隣り合うグラフェンナノリボン105の間隔を制御できることがわかる。例えば、グラフェンナノリボン105の幅が制御できれば、このバンドギャップを制御することができる。   From the equation (1), by controlling the coverage ratio of the buffer layer 102 and the stress applied to the graphene nanoribbon 105 and the buffer layer 102, the width of the graphene nanoribbon 105 and the interval between the adjacent graphene nanoribbons 105 via the buffer layer 102 are determined. It can be seen that can be controlled. For example, if the width of the graphene nanoribbon 105 can be controlled, this band gap can be controlled.

例えば、バッファ層102の被覆率、すなわち水素103の蒸発量は、真空中での加熱時間と加熱温度によって制御できる。例えば、加熱時間を長くすれば、バッファ層102の被覆率が上がり、形成されるグラフェンナノリボン105の幅を小さくすることができ、間隔λをより広くすることができる。また、グラフェンナノリボン104およびバッファ層102に加える応力は、基板全体に外部応力をかけることで制御できる。   For example, the coverage of the buffer layer 102, that is, the evaporation amount of the hydrogen 103 can be controlled by the heating time and the heating temperature in vacuum. For example, if the heating time is increased, the coverage of the buffer layer 102 is increased, the width of the formed graphene nanoribbon 105 can be reduced, and the interval λ can be further increased. Further, the stress applied to the graphene nanoribbon 104 and the buffer layer 102 can be controlled by applying external stress to the entire substrate.

また、異方的な外部応力をかけることによりナノリボンネットワークの異方性を制御することができる。例えば、図1Dに示すように、SiC基板101に対して基板平面方向の一方向にのみ外部応力をかけた状態で、上述した加熱処理を行えばよい。このような応力を加える処理により、図1C,図2に示したような六角形格子状のネットワークを一方向に伸ばし、図1Dに示すように、1方向に延在する短冊状の複数のグラフェンナノリボン106によるナノリボンアレイを作製することができる。   Moreover, the anisotropy of the nanoribbon network can be controlled by applying anisotropic external stress. For example, as shown in FIG. 1D, the above-described heat treatment may be performed in a state where external stress is applied to the SiC substrate 101 only in one direction in the substrate plane direction. By applying such stress, a hexagonal lattice network as shown in FIGS. 1C and 2 is extended in one direction, and a plurality of strip-like graphene extending in one direction as shown in FIG. 1D. A nanoribbon array using the nanoribbons 106 can be manufactured.

上述したナノリボン状のグラフェン(グラフェンナノリボン)の製造方法は、発明者らの鋭意研究の結果、初めて得られた知見であり、一度導入した水素を蒸発させる加熱条件における温度および時間の制御や、基板への応力の印加により、グラフェンナノリボンの幅および間隔を、1−10nmおよび10−100nmの範囲で制御することが可能となる。   The above-mentioned method for producing graphene in the form of nanoribbon (graphene nanoribbon) is the first knowledge obtained as a result of the inventors' extensive research. Control of temperature and time under heating conditions for evaporating hydrogen once introduced, and substrate By applying stress to the graphene, the width and interval of the graphene nanoribbons can be controlled in the range of 1-10 nm and 10-100 nm.

このように、グラフェンナノリボンの幅を制御することにより、バンドギャップを制御することができる。グラフェンナノリボンは、SiCの結晶方位に沿った方向に配列し、均一なアームチェアエッジをもつ。また、上述した製造方法によれば、グラフェンナノリボンは、SiC基板全面に自己組織的に形成されるため、容易に大面積化および集積化が可能である。   Thus, the band gap can be controlled by controlling the width of the graphene nanoribbon. Graphene nanoribbons are arranged in a direction along the crystal orientation of SiC and have a uniform armchair edge. Moreover, according to the manufacturing method described above, the graphene nanoribbons are formed in a self-organized manner on the entire surface of the SiC substrate, so that the area can be easily increased and integrated.

また、応力を加えることで形成した平行に並んだ複数のグラフェンナノリボンにまとめて電極を接続して形成すれば、大電流にも耐える。また、基板表面の清浄化からグラフェンナノリボン作製までの工程を、同じ処理装置内の真空排気の環境内で行えるので、グラフェンの損傷や不純物の付着が抑制できるようになる。また、上述した製造方法によれば、電子線描画装置を必要としないため製造コストが抑えられる。   Further, if a plurality of graphene nanoribbons arranged in parallel by applying stress are collectively connected to an electrode, a large current can be withstood. In addition, since the process from the cleaning of the substrate surface to the production of the graphene nanoribbon can be performed in an evacuated environment in the same processing apparatus, damage to graphene and adhesion of impurities can be suppressed. Moreover, according to the manufacturing method mentioned above, since an electron beam drawing apparatus is not required, manufacturing cost can be suppressed.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

101…SiC基板、102…バッファ層、103…水素、104…グラフェン、105…グラフェンナノリボン、106…グラフェンナノリボン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... SiC substrate, 102 ... Buffer layer, 103 ... Hydrogen, 104 ... Graphene, 105 ... Graphene nanoribbon, 106 ... Graphene nanoribbon

Claims (3)

SiC基板を加熱することで前記SiC基板の表面上に、炭素原子のみから構成されてグラフェンと同じ構造を有して一部が前記SiC基板のシリコン原子と共有結合をしている炭素の一原子層から構成されたバッファ層を形成する第1工程と、
前記バッファ層と前記SiC基板表面との間に水素を導入し、前記バッファ層と前記SiC基板のシリコン原子との共有結合を切断し、前記水素が前記共有結合の切断により生じたシリコン原子と結合した状態とすることで前記バッファ層をグラフェンにする第2工程と、
前記SiC基板を加熱して前記シリコン原子に結合している水素を部分的に蒸発させて前記グラフェンを部分的に前記バッファ層の状態に戻すことにより、前記SiC基板表面の結晶方位に沿う方向に部分的に配列した平面視短冊状のグラフェンからなるグラフェンナノリボンが形成された状態とする第3工程と
を少なくとも備え
前記第3工程では、前記SiC基板に対して基板平面方向に応力をかけた状態で前記加熱を行い前記配列の状態を制御す
ことを特徴とするグラフェンの製造方法。
One atom of carbon that is composed of only carbon atoms and has the same structure as graphene on the surface of the SiC substrate by heating the SiC substrate, and part of which is covalently bonded to silicon atoms of the SiC substrate A first step of forming a buffer layer composed of layers;
Hydrogen is introduced between the buffer layer and the SiC substrate surface, the covalent bond between the buffer layer and the silicon atom of the SiC substrate is cut, and the hydrogen is bonded to the silicon atom generated by the cutting of the covalent bond A second step of making the buffer layer into graphene by setting
By heating the SiC substrate to partially evaporate hydrogen bonded to the silicon atoms and partially returning the graphene to the state of the buffer layer, in a direction along the crystal orientation of the surface of the SiC substrate. And at least a third step of forming a graphene nanoribbon made of graphene having a rectangular shape in plan view partially arranged ,
Wherein in the third step, the manufacturing method of the graphene, characterized in that while applying stress to the substrate plane direction with respect to the SiC substrate that controls the state of the sequence performs the heating.
請求項記載のグラフェンの製造方法において、
前記第3工程では、加熱温度および加熱時間を制御することで、前記グラフェンナノリボンの幅および前記バッファ層を介して隣り合う前記グラフェンナノリボンの間隔を制御することを特徴とするグラフェンの製造方法。
The method for producing graphene according to claim 1 ,
In the third step, the width of the graphene nanoribbon and the interval between the adjacent graphene nanoribbons via the buffer layer are controlled by controlling the heating temperature and the heating time.
SiC基板を加熱することで前記SiC基板の表面上に、炭素原子のみから構成されてグラフェンと同じ構造を有して一部が前記SiC基板のシリコン原子と共有結合をしている炭素の一原子層から構成されたバッファ層を形成する第1工程と、One atom of carbon that is composed of only carbon atoms and has the same structure as graphene on the surface of the SiC substrate by heating the SiC substrate, and part of which is covalently bonded to silicon atoms of the SiC substrate A first step of forming a buffer layer composed of layers;
前記バッファ層と前記SiC基板表面との間に水素を導入し、前記バッファ層と前記SiC基板のシリコン原子との共有結合を切断し、前記水素が前記共有結合の切断により生じたシリコン原子と結合した状態とすることで前記バッファ層をグラフェンにする第2工程と、  Hydrogen is introduced between the buffer layer and the SiC substrate surface, the covalent bond between the buffer layer and the silicon atom of the SiC substrate is cut, and the hydrogen is bonded to the silicon atom generated by the cutting of the covalent bond A second step of making the buffer layer into graphene by setting
前記SiC基板を加熱して前記シリコン原子に結合している水素を部分的に蒸発させて前記グラフェンを部分的に前記バッファ層の状態に戻すことにより、前記SiC基板表面の結晶方位に沿う方向に部分的に配列した平面視短冊状のグラフェンからなるグラフェンナノリボンが形成された状態とする第3工程とBy heating the SiC substrate to partially evaporate hydrogen bonded to the silicon atoms and partially returning the graphene to the state of the buffer layer, in a direction along the crystal orientation of the surface of the SiC substrate. A third step of forming a graphene nanoribbon made of graphene having a rectangular shape in plan view partially arranged;
を少なくとも備え、Comprising at least
前記第3工程では、加熱温度および加熱時間を制御することで、前記グラフェンナノリボンの幅および前記バッファ層を介して隣り合う前記グラフェンナノリボンの間隔を制御することを特徴とするグラフェンの製造方法。In the third step, the width of the graphene nanoribbon and the interval between the adjacent graphene nanoribbons via the buffer layer are controlled by controlling the heating temperature and the heating time.
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