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グラフェンの誘電体被覆によるドーピング制御と光学素子の開発

使用石墨烯介电涂层的掺杂控制和光学器件开发

基本信息

批准号：
13J10897
负责人：
鈴木誠也
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Toyota Technological Institute
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

研究の基盤となるグラフェンの合成では、化学気相成長中に故意に大気を導入するというアイディアで、直径2.5 mmという世界レベルのサイズで、かつ高結晶性の単結晶成長に成功した。また、大気導入が合成段階のどのプロセスで有効に働くかを詳細に調べ、酸素分子の効果を含めたメカニズムに関する提案を行った。この高結晶性の単結晶グラフェンを用いて、誘電体被覆を行った。誘電体被覆にはシリコンモノオキサイド（SiO）の真空蒸着を用いており、前年度の結果でグラフェンへ欠陥が導入されないことを確認している。ドーピング量の計測にはグラフェン電界効果トランジスタ（FET）の電気計測を用いた。通常のリソグラフィを用いたデバイス作製ではレジスト残渣によるドーピングの影響が排除出来ないため、シャドウマスク（穴径：45 μm、間隔125 μm）を用いたNiの真空蒸着による電極のパターニングを行った。また、大気中の吸着分子の影響を排除するため、電子顕微鏡中で作動するナノプローバーを用いて真空中での電気計測を行い、再現性良いFET測定を実現した。電気計測の結果、SiOx膜 (屈折率~2.0) をグラフェン上に形成することで約5V (SiO2ゲート酸化膜90 nm)のnドープが起こることを電気計測により明らかにした。蒸着レートによるSiOx膜の組成（SiとO）制御が出来ることは屈折率測定により確認しているが、組成制御によるドープ制御が今後の課題である。

In order to study the synthesis of the substrate and the chemical phase growth, it is necessary to introduce a large amount of hydrogen into the substrate. The diameter of the substrate is 2.5 mm, and the crystal growth of the substrate is successful. The first step is to adjust the molecular weight of the compound. The high crystallinity of the crystal layer can be used in the coating process. The results of the previous year were confirmed. The measurement of electrical field effect (FET) is used in the measurement of electrical field effect. Generally, the effect of vacuum evaporation on Ni electrode is eliminated by using vacuum evaporation method. The effects of adsorbed molecules in the atmosphere are eliminated, and the operation of the electron micromirrors is performed with good reproducibility and FET measurement in vacuum. As a result of electrical measurement, SiOx film (refractive index ~2.0) was formed on the surface of the film at a voltage of about 5V (SiO2 film at a wavelength of 90 nm). The composition of SiOx film is controlled by Si and O. The refractive index of SiOx film is determined by Si and O. The future problems are discussed.