グラフェン量子ドットにおけるテラヘルツ単一光子検出

今年度行った研究は、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を用いた、電界印加による高移動度グラフェン量子ドットの作製および電気伝導特性の観測である。グラフェン量子ドットの研究は、クーロン振動およびクーロンダイアモンドといった量子ドットにおいては基礎と言える伝導特性の観測にとどまっている。グラフェン量子ドットの研究が進展しない理由として、高品質のグラフェン量子ドットが作製できていないことが挙げられる。移動度低下の原因として、主に基板からの影響とエッジラフネスの影響が考えられる。そこで、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を用いることで、二つの問題を同時に解決することができる。h-BN基板はSio_2基板より、原子レベルでフラットな基板であり、また電荷不純物やダングリンボンドが存在しない基板である。h-BN基板上バルクグラフェンにおいて、Sio_2基板上バルクグラフェンと比較して移動度が1桁向上したという研究報告がある。またグラフェンナノリボンやグラフェン量子ドットいったグラフェンナノ構造には、酸素プラズマエッチングを使用するため不可避なエッジラフネスが存在する。幅100nm以下のグラフェンナノリボンではエッジラフネス起因の伝導特性が支配的であると考えられ、幅方向の閉じ込めによるコンダクタンスの量子化は観測されていない。2層グラフェンは垂直電界を印加することでバンドギャップが形成されるため、通常の2次元電子系と同様に電界印加によるキャリアの閉じ込めが可能となる。原子層転写法技術を用いて、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を作製した。単電子トランジスタ動作までには至らなかったが、有限要素法によるグラフェンに印加される電界分布の計算により、作製したデバイスによる電子の閉じ込めが十分に可能であることを示した。

今年度行った研究は、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を用いた、電界印加による高移動度グラフェン量子ドットの作製および電気伝導特性の観測である。グラフェン量子ドットの研究は、クーロン振動およびクーロンダイアモンドといった量子ドットにおいては基礎と言える伝導特性の観測にとどまっている。グラフェン量子ドットの研究が進展しない理由として、高品質のグラフェン量子ドットが作製できていないことが挙げられる。移動度低下の原因として、主に基板からの影響とエッジラフネスの影響が考えられる。そこで、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を用いることで、二つの問題を同時に解決することができる。h-BN基板はSio_2基板より、原子レベルでフラットな基板であり、また電荷不純物やダングリンボンドが存在しない基板である。h-BN基板上バルクグラフェンにおいて、Sio_2基板上バルクグラフェンと比較して移動度が1桁向上したという研究報告がある。またグラフェンナノリボンやグラフェン量子ドットいったグラフェンナノ構造には、酸素プラズマエッチングを使用するため不可避なエッジラフネスが存在する。幅100nm以下のグラフェンナノリボンではエッジラフネス起因の伝導特性が支配的であると考えられ、幅方向の閉じ込めによるコンダクタンスの量子化は観測されていない。2層グラフェンは垂直電界を印加することでバンドギャップが形成されるため、通常の2次元電子系と同様に電界印加によるキャリアの閉じ込めが可能となる。原子層転写法技術を用いて、h-BN/2層グラフェン/h-BN積層構造を作製した。単電子トランジスタ動作までには至らなかったが、有限要素法によるグラフェンに印加される電界分布の計算により、作製したデバイスによる電子の閉じ込めが十分に可能であることを示した。