WO2012070218A1 - 酸化カーボン薄膜の製造方法および酸化カーボン薄膜を有する素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、Science, vol.306, pp.666-669 (2004)の記載を参考にして、カーボン薄膜1として多層グラフェンを準備した。具体的には、1mm厚の高配向熱分解黒鉛(Highly Oriented Pyrolytic Graphite:HOPG)にセロハン製粘着テープを押しつけて結晶片を剥離し、剥離した結晶片にセロハン製粘着テープを再度押しつけてその一部を剥離し、さらに薄片にした。得られた薄片に対して、セロハン製粘着テープを用いてその一部を剥離する操作を複数回繰り返した後、粘着テープ上のHOPGの薄片をMgO製の基板上にこすりつけた。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価した、MgO基板上のカーボン薄膜1の厚さは約1±0.5nm程度であった。これは、数層の炭素原子層の厚さに相当する。MgO以外の材料から構成される基板であっても、薄片を配置する強度を有する基板であれば同じ結果が得られることを別途確認した。また、数μm程度の厚さを有するHOPGであれば基板を用いる必要がないことを別途確認した。
比較例1では、鉄酸化物2の代わりに膜厚5nmの酸化マグネシウム(MgO)を用いて酸化カーボン薄膜の形成を試みた(サンプル1-A)。サンプル1-Aは、鉄酸化物2の代わりにMgOを堆積させた以外、実施例1のサンプル1-1と同様に作製した。MgOの堆積は、パルスレーザー堆積法により、ターゲットとして20mm径×2mm厚のMgO焼結体を用い、レーザーとしてエキシマレーザー(KrF、波長248nm)を用いて行った。堆積条件は、基板温度が室温~300℃(典型的には室温)、到達真空度10-5~10-6Paに対して酸素ガスを流さない雰囲気、ターゲットに照射するパワー密度4~10J/cm2(典型的には6J/cm2)とした。堆積したMgOの膜厚は成膜レートから算出した。MgOの上には、サンプル1-1において鉄酸化物2を堆積させた場合と同様に、バイアス印加部3および信号検出部5との電気的な接触を向上させることを目的としてさらにFe3O4(厚さ50nm)を堆積させた。Fe3O4の堆積条件は、サンプル1-1の堆積条件と同一にした。
鉄酸化物2を堆積させる際の酸素ガス流量に応じて、堆積した鉄酸化物2におけるFe2O3およびFe3O4の含有率比が変化する。実施例2では、鉄酸化物の堆積雰囲気の酸素ガス流量を変化させたサンプルを作製し、酸化カーボン薄膜の形成を試みた。実施例2として作製した5種類のサンプル(サンプル2-1~2-5)および比較例2として作製した1種類のサンプル(サンプル2-A)は、鉄酸化物の堆積雰囲気の酸素ガス流量を以下の表3に示す値とし、カーボン薄膜と当該薄膜上に堆積させた鉄酸化物との接合部のサイズを10μm×10μmとした以外は、実施例1のサンプル1-1と同様に作製した。次に、このようにして形成したカーボン薄膜および鉄酸化物の積層体に対して、カーボン薄膜と鉄酸化物との電位差が3.5V(カーボン薄膜側が正)、パルス幅が1μsの電圧パルスを印加し、酸化カーボン薄膜の形成を試みた。その結果を以下の表3に示す。
実施例3では、実施例2で作製したサンプル2-5を用いて、印加する電気バイアスを変化させた場合における抵抗変化比R/R0の変化を評価した。
実施例4では、図5に示す構成を用いて、図7に示す素子を作製した。
Claims (9)
- カーボン薄膜と、前記カーボン薄膜に接するとともにFe2O3を含む鉄酸化物とを準備する第1のステップと;
前記カーボン薄膜と前記鉄酸化物との間に前記カーボン薄膜側を正とする電圧または電流を印加することにより、前記カーボン薄膜における前記鉄酸化物と接する部分を酸化させて酸化カーボンにより構成される酸化部に変化させ、前記酸化部を有する酸化カーボン薄膜を形成する第2のステップと;を含む、酸化カーボン薄膜の製造方法。 - 前記カーボン薄膜が単層または多層のグラフェンである請求項1に記載の酸化カーボン薄膜の製造方法、。
- 前記第2のステップにおいて、前記カーボン薄膜と前記鉄酸化物との間にパルス状の電圧または電流を印加する請求項1に記載の酸化カーボン薄膜の製造方法。
- 前記第2のステップが、前記カーボン薄膜と前記鉄酸化物との間に前記電圧または電流を印加する第1のサブステップ、前記カーボン薄膜における前記鉄酸化物に接する部分の電気抵抗値の情報を含む電気信号を検出する第2のサブステップ、ならびに前記検出した電気信号が、前記電気抵抗値が所定の値に達したときに得られる電気信号であるか否かを検証する第3のサブステップを含む、請求項1に記載の酸化カーボン薄膜の製造方法。
- 前記第2のステップにおいて、前記検出した電気信号が、前記電気抵抗値が所定の値に達したときに得られる電気信号となるまで、前記第1のサブステップ、前記第2のサブステップおよび前記第3のサブステップをこの順に繰り返す、請求項4に記載の酸化カーボン薄膜の製造方法。
- 前記第1のステップにおいて、Fe3O4をさらに含む前記鉄酸化物を準備する請求項1に記載の酸化カーボン薄膜の製造方法。
- 基板と、
酸化カーボンにより構成される酸化部を有するとともに前記基板上に配置された酸化カーボン薄膜とを備える、酸化カーボン薄膜を有する素子の製造方法であって、
前記基板と、前記基板上に配置されたカーボン薄膜と、Fe2O3を含む鉄酸化物とを、前記鉄酸化物が、前記カーボン薄膜に前記酸化部を形成する位置で当該カーボン薄膜に接するように準備する第1のステップと;
前記カーボン薄膜と前記鉄酸化物との間に前記カーボン薄膜側を正とする電圧または電流を印加することにより、前記カーボン薄膜における前記鉄酸化物と接する部分を酸化させて前記酸化部に変化させ、前記酸化部を有する酸化カーボン薄膜を形成する第2のステップと;を含む、酸化カーボン薄膜を有する素子の製造方法。 - 導電体または半導体により構成される基板と、前記基板上に配置された酸化カーボン薄膜と、前記基板と前記酸化カーボン薄膜との間に配置された絶縁層とを備え、
前記酸化カーボン薄膜は、酸化カーボンにより構成される絶縁部とカーボンにより構成される非絶縁部とを有し、
前記非絶縁部は、前記酸化カーボン薄膜の主面に垂直な方向から見て、前記絶縁部により挟まれた狭小部を有し、
前記基板と前記酸化カーボン薄膜との間に電界を印加することによって、前記酸化カーボン薄膜の面内方向における、前記狭小部を介した前記非絶縁部の導電性が変化する、酸化カーボン薄膜を有する素子。 - 前記方向から見た前記狭小部の最小幅が10nm以下である請求項8に記載の酸化カーボン薄膜を有する素子。
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