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グラフェンの化学気相成長過程における核形成機構と成長端での原子取込み機構の解明

阐明石墨烯化学气相生长过程中生长边缘的成核机制和原子吸收机制

基本信息

批准号：
13J10382
负责人：
寺澤知潮
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

グラフェンの画期的な物性を産業的に応用するためには，大面積かつ単層の試料を再現性良く得ることが重要である．銅基板上での化学気相成長法はこのようなグラフェンの作製において有利と考えられている．本年度は前年度に引き続きグラフェンの化学気相成長法のその場観察の研究を行い，本研究の目的であるグラフェン化学気相成長法の機構の解明に寄与する結果を得た．また，産業応用に向けて成長条件の最適化の指針を提案した．以下に研究成果の内容について具体的に示す．本研究ではグラフェンの化学気相成長法の機構解明のために光学顕微鏡を用いた新たなその場観察の手法開発を試みてきた．グラフェンの成長時にグラフェンと銅基板の黒体輻射の強度差に注目するとグラフェン成長のその場観察が可能であることはすでに昨年度に報告した．同時に原料気体であるメタンの流量や基板の温度がグラフェン成長に大きな影響を与えることをその場観察によっても明らかにしてきた．本年度は近年注目されている成長条件である系中に残留している酸素濃度に着目して研究を行った．その結果，系中の酸素濃度が高いほどグラフェンの核発生や成長速度が遅くなる一方で，グラフェンが除去される速度は高くなることが明らかになった．以上の結果を総括し，メタンからのグラフェン成長前駆体の生成と残留酸素による前駆体の消費の競合によってグラフェンの成長様式が決定されるという機構を考察した．さらに考察を進め，グラフェンの化学気相成長法における成長条件としては系中に不純物として存在する酸素の量を確定させた後に最後にメタン流量を決定するべきであるという指針を提案した．以上の内容は応用物理学会において講演奨励賞を受賞するとともに，Nature Communications誌およびApplied Physics Express誌に掲載された．

It is important to obtain good reproducibility of samples with large area and single layer. Chemical vapor phase growth on copper substrates is advantageous in the fabrication of copper substrates. This year, compared with the previous year, the purpose of this study is to clarify the mechanism of chemical phase growth method and to obtain the results. To propose guidelines for optimizing the growth conditions of industrial applications. The following research results are shown in detail. In this study, the mechanism of chemical phase growth method for optical microscopy was studied. The intensity difference of black body radiation between copper substrate and copper substrate during the growth of copper substrate was noted. At the same time, the flow rate of raw material and the temperature of substrate are greatly affected by the field observation. This year, we have been focusing on the growth conditions in the system of residual acid concentration. As a result, the concentration of acid in the medium increases, the growth rate of nuclear production increases, and the removal rate increases. The above results are summarized as follows: the production of precursor, the residual acid, the competition of precursor consumption, the growth mode and the mechanism are investigated. The chemical phase growth method for the determination of impurities and the amount of acid in the system was investigated and the flow rate was determined. The above content is published in the Journal of Applied Physics and the Journal of Applied Physics.