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

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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。