メタルフリーＰＥＣＶＤ成長ナノ結晶グラフェン薄膜の詳細解析とデバイス応用

无金属PECVD生长纳米晶石墨烯薄膜的详细分析及器件应用

• 批准号: 12F02791
• 负责人: 水田 博
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02791/
• 关键词: マイクロ・ナノデバイス; 先端機能デバイス; ナノ材料; 電子デバイス・機器; グラフェン; ナノ結晶薄膜; CVD; ポイントコンタクト; ナノリボン; TEM; ホッピング伝導

メタル触媒フリーPECVD技術により作製したナノ結晶グラフェン（NCG)薄膜上に、電子線リソグラフィ技術とドライエッチングを用いて、チャネル長・幅が100 ～ 50 nmの微細ポイントコンタクト（PC）をチャネルと、２つのサイドゲート、およびバックゲートを備えたポイントコンタクト型トランジスタ（PC-Tr）を作製するプロセスを新たに開発した。作製したPC-Trの電気特性の温度依存性をT = 300 K ～ 5.2 K の範囲で測定した結果、チャネル抵抗が223 K付近で極大値を示すことがわかった。この振る舞いは２０個以上の作製デバイス全てに共通して観測されることから、NCG薄膜内のナノ結晶グレイン＆グレインバウンダリの微視的構造によるキャリア散乱に起因するものと考えられ、乱雑系におけるアンダーソン局在の理論モデルと定性的に合う振る舞いを示すことがわかった。また、低温領域ではPC-Trのコンダクタンスが温度にほとんど依存しないことから、グレインバウンダリによるトンネル障壁を介した直接トンネリングが支配的であるとの結論を得た。これと平行して、電界電離ガスイオン源（GFIS: Gas Field Ion Source）微細加工システムを用いて、収束ヘリウムイオンビームミリングによる超微細・高精度グラフェンナノリボン加工技術の構築を推進し、サスペンデッド状態の単層・多層グラフェン上に極細ナノリボンを作製工することに成功した。さらに収束窒素イオンビームによる膜厚5nmのNCG薄膜の直接加工を試み、～20nmのナノギャップ構造の形成にも成功した。

メ タ ル catalyst フ リ ー PECVD technology technique に よ り cropping し た ナ ノ crystallization グ ラ フ ェ ン (NCG) membrane に, electronic line リ ソ グ ラ フ ィ technology と ド ラ イ エ ッ チ ン グ を with い て, チ ャ ネ ル long · が picture 100-50 Nm の imperceptible ポ イ ン ト コ ン タ ク ト (PC) を チ ャ ネ ル と, 2 つ の サ イ ド ゲ ー ト, お よ び バ ッ ク ゲ ー ト を prepared え た ポ イ ン ト コ ン タ ク ト type ト ラ ン ジ ス タ (PC - Tr) を cropping す る プ ロ セ ス を new た に open 発 し た. Cropping し た PC - Tr の electric 気 features の temperature dependency を T = 300 K ~ 5.2 K の van 囲 で determination し た results, チ ャ ネ ル resistance が pay nearly 223 K で numerical を and shown great す こ と が わ か っ た. Vibration こ の る dance い は more than 20 の cropping デ バ イ ス て all common に し て 観 measuring さ れ る こ と か ら, NCG film inside の ナ ノ crystallization グ レ イ ン & グ レ イ ン バ ウ ン ダ リ の slightly depending on the structure of the に よ る キ ャ リ ア scattered に cause す る も の と exam え ら れ, disorderly 雑 に お け る ア ン ダ ー ソ ン bureau in theoretical モ の デ ル と qualitative に う vibration る dance Youdaoplaceholder0 を shows す とがわ とがわ った った. ま た, low temperature field で は PC - Tr の コ ン ダ ク タ ン ス が temperature に ほ と ん ど dependent し な い こ と か ら, グ レ イ ン バ ウ ン ダ リ に よ る ト ン ネ ル barrier を interface し た directly ト ン ネ リ ン グ が で dominated あ る と の conclusion を た. Youdaoplaceholder2 れと parallel that is て, electric ionization in the electric field ガス て source (GFIS:) Gas Field Ion Source) micro machining シ ス テ ム を with い て, 収 ヘ リ ウ ム イ オ ン ビ ー ム ミ リ ン グ に よ る superfine, high-precision グ ラ フ ェ ン ナ ノ リ ボ の ン processing technology to construct を し, サ ス ペ ン デ ッ ド state の 単, multilayer グ ラ フ ェ ン に on very fine ナ ノ リ ボ ン を system work す る こ と に successful し た. さ ら に 収 smothering beam element イ オ ン ビ ー ム に よ る film thickness 5 nm の の NCG film processing を み, directly to 20 nm の ナ ノ ギ ャ ッ の プ structure form に も successful し た.

项目成果

Nitrogen ion beam microscopy for graphene based device fabrication: Development and Challenges

用于石墨烯器件制造的氮离子束显微镜：发展和挑战

• 发表时间: 2015
• 作者: M. E. Schmidt;A. Yasaka and H. Mizuta
• 通讯作者: A. Yasaka and H. Mizuta

Metal-free plasma-enhanced chemical vapor deposition of large area nanocrystalline graphene

• DOI: 10.1088/2053-1591/1/2/025031
• 发表时间: 2014-06-01
• 期刊: MATERIALS RESEARCH EXPRESS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Schmidt, Marek E.;Xu, Cigang;Chong, Harold M. H.
• 通讯作者: Chong, Harold M. H.

ヘリウムイオンビームを用いたサスペンデッドグラフェンの微細加工

使用氦离子束微加工悬浮石墨烯

• 发表时间: 2015
• 作者: 武市旺太;兼竹望;ムルガナタン・マノハラン;八坂行人;シュミット・マレク;水田博
• 通讯作者: 水田博

Observing graphene and graphite by nitrogen ion beam microscopy

用氮离子束显微镜观察石墨烯和石墨

• 发表时间: 2015
• 作者: Marek schmidt;Anto Yasaka;Hiroshi Mizuta
• 通讯作者: Hiroshi Mizuta