Clarification of mechanisms for photo-induced large conductivity change of graphene/diamond junctions and their device application

本研究では、垂直配向グラフェン(VG)／ダイヤモンド接合における巨大光伝導度変調現象の発現機構の解明と、その特徴的な光伝導特性を生かした新規光デバイスの開発を目的としている。第２年度に当たる本年は、(1) VG／ダイヤ接合の光伝導度変調現象の発現機構と密接に関連するグラフェン／ダイヤモンド界面構造の解明と、(2) 接合の脳型光記憶特性を生かした画像認識デバイスの作製を試みた。(1)と関連して、共同研究先である名大グループによるVG／ダイヤ接合のTEM測定から、ダイヤモンド基板側で (111)面ファセットがジグザグに現れ、そこにグラフェン基底面がダイヤモンド(111)面に平行に結合する形で界面が構成される界面形態を取る事が初めて明らかとなった。また、VG／ダイヤ接合界面における炭素K殻吸収端スペクトルのSTEM-EELSスペクトラムイメージデータから、σ*結合側に欠陥成分が現れる事も明らかとなった。これは界面グラフェンの酸化等が原因でsp3欠陥が導入され、VG／ダイヤ接合の光伝導特性が変化するという我々の動作機構モデルを支持する結果であると思われる。また、(2)と関連して、CVD成長条件（成長温度、界面グラフェン成長時の酸素導入比等）を制御する事で、光記憶容量の異なるVG／ダイヤ接合を作製できる事が分かった。特に、光記憶容量の小さなVG／ダイヤ接合（記憶緩和時間=1.9s）の光伝導特性を用いる事で、簡単な文字の認識（0～9の数字の識別）が可能である事を示す事ができた。現在これらの成果に関して、論文投稿準備中である。

本研究では、垂直配向グラフェン(VG)／ダイヤモンド接合における巨大光伝導度変調現象の発現機構の解明と、その特徴的な光伝導特性を生かした新規光デバイスの開発を目的としている。第２年度に当たる本年は、(1) VG／ダイヤ接合の光伝導度変調現象の発現機構と密接に関連するグラフェン／ダイヤモンド界面構造の解明と、(2) 接合の脳型光記憶特性を生かした画像認識デバイスの作製を試みた。(1)と関連して、共同研究先である名大グループによるVG／ダイヤ接合のTEM測定から、ダイヤモンド基板側で (111)面ファセットがジグザグに現れ、そこにグラフェン基底面がダイヤモンド(111)面に平行に結合する形で界面が構成される界面形態を取る事が初めて明らかとなった。また、VG／ダイヤ接合界面における炭素K殻吸収端スペクトルのSTEM-EELSスペクトラムイメージデータから、σ*結合側に欠陥成分が現れる事も明らかとなった。これは界面グラフェンの酸化等が原因でsp3欠陥が導入され、VG／ダイヤ接合の光伝導特性が変化するという我々の動作機構モデルを支持する結果であると思われる。また、(2)と関連して、CVD成長条件（成長温度、界面グラフェン成長時の酸素導入比等）を制御する事で、光記憶容量の異なるVG／ダイヤ接合を作製できる事が分かった。特に、光記憶容量の小さなVG／ダイヤ接合（記憶緩和時間=1.9s）の光伝導特性を用いる事で、簡単な文字の認識（0～9の数字の識別）が可能である事を示す事ができた。現在これらの成果に関して、論文投稿準備中である。