Development of direct synthesis of h-BN and highly monochromatic electron emission devices using stacking structure of atomic layered materials

利用原子层状材料的堆叠结构直接合成h-BN和高度单色电子发射器件的开发

基本信息

项目摘要

本年度も昨年度に引き続き絶縁体および半導体基板上へのh-BN直接成膜技術の開発とGraphene/h-BN積層構造の平面型電子放出デバイスの試作を行った。h-BN直接成膜技術に関しては、誘導結合型プラズマCVDにおけるh-BN結晶性の各種パラメーター(ガス種、ガス流量、合成温度、プラズマ出力、圧力)に対する依存性を調査した。その結果、窒素流量と水素流量がh-BNの成長膜厚と結晶性に大きな影響を与えることが分かり、最適な成膜条件を見出した。これにより、触媒銅箔上に成膜した多層h-BNと同等の光学バンドギャップとラマン分光スペクトルを示すh-BNの、石英基板やSi基板への500度以下の低温での直接成膜を実現し、この成果をACS Omegaで発表した。多層h-BNの更なる高結晶化に向けて、サファイア基板上にエピタキシャル成膜したNi上への多層h-BN成膜を検討した。その結果、エピタキシャル成膜したNi(111)面上に高結晶な多層h-BNの成膜に成功した。平面型電子放出デバイスの開発に関しては、最適化したh-BN成膜条件を用いてGraphene/h-BN/Si積層構造の電子放出デバイスを試作し、1.3A/cm^2の大電流密度での電子放出に成功した。これは昨年度試作したデバイスの放出電流密度の約433倍の放出電流密度であり、Si基板上への直接成膜h-BNの結晶性改善の効果であると考えられる。また、Ni(111)面上に成膜した高結晶多層h-BNを絶縁層に用いた平面型電子放出デバイスを試作し電子放出に成功した。
This year, the development of Graphene/h-BN direct film formation technology on semiconductor substrates and the trial of planar electron emission technology on semiconductor substrates were introduced. To investigate the dependence of h-BN crystallinity on various factors (species, flow rate, synthesis temperature, pressure, etc.) related to h-BN direct film formation technology. The results show that the film thickness and crystallinity of h-BN are greatly affected by the flow rate of nitrogen and water, and the optimum film formation conditions are found The results of direct film formation on h-BN, quartz substrate and Si substrate at temperatures below 500 degrees Celsius, and ACS Omega were reported. Multilayer h-BN film formation on Ni substrate with high crystallization As a result, the film formation of high-crystalline multilayer h-BN on Ni(111) surface was successful. In order to optimize the conditions for the formation of h-BN films, the electron emission from the Graphene/h-BN/Si multilayer structure with a high current density of 1.3 A/cm2 was successfully tested. The results of direct film formation of h-BN on Si substrates show that the discharge current density is about 433 times higher than that of the previous year. The formation of high crystalline multilayer h-BN films on Ni(111) surfaces was successful in the trial of planar electron emission.

项目成果

期刊论文数量(42)
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デバイス技術研究部門カスタムデバイスグループ
器件技术研究部定制器件组
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Direct Synthesis of Graphene on an Insulating Substrate and Its Device Application
绝缘基底上直接合成石墨烯及其器件应用
  • DOI:
    10.1380/vss.65.184
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tomoki Minami;Shuta Ochi;Hiroki Nakai;Tomohiro Kinoshita;Yasuhide Ohno;Masao Nagase;MURAKAMI Katsuhisa
  • 通讯作者:
    MURAKAMI Katsuhisa
Graphene-Insulator-Semiconductor電子源の電子放出特性のシミュレーション
石墨烯-绝缘体-半导体电子源电子发射特性模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    若家冨士男;寺門大知;阿保智;長尾昌善;村上勝久
  • 通讯作者:
    村上勝久
平面型グラフェン電子源の地球低軌道応用に向けた原子状酸素耐性向上
提高低地球轨道应用平面石墨烯电子源的原子氧电阻
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松本直之;鷹尾祥典;長尾昌善;村上勝久
  • 通讯作者:
    村上勝久
GIS構造電子源におけるグラフェンの電子透過のシミュレーション
GIS结构电子源中石墨烯电子传输模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    若家冨士男;寺門大地;河嶋祥吾;阿保智;長尾昌善;村上勝久
  • 通讯作者:
    村上勝久
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