グラフェンとナノフィンネットワークのMBE 成長

前田文彦 日比野浩樹
機能物質科学研究部

 次世代エレクトロニクス材料として注目されているグラフェンにおいては、大規模集積化に向けた課題であるウエハスケールのグラフェン形成法の確立を目指して精力的に研究が進められている。そのため、我々はエタノールを解離した分子線を用いるガスソース分子線エピタキシャル成長(MBE) 法によるグラフェン成長法を提案して[1]研究を進めている。そして、今回本成長法でグラフェンを成長した際に、ネットワーク状の構造物が生成することを見出し、この構造物の詳細について解析した [2]。
 今回のMBE法によるグラフェンの成長では、Ar雰囲気中でSiC基板を高温に加熱して得られた1〜2層のグラフェンを下地として、2000℃に加熱したWフィラメントによって解離したエタノールガスを成長材料として供給した。図1(a)に基板温度915℃で成長した後の原子間力顕微鏡(AFM)像を示す。この像より、基板表面にネットワーク状の構造が形成されていることが判る。さらに断面透過電子線顕微鏡観察(図2)により、このネットワークが基板から立ち上がった高さ5 nm程度のフィン状の1〜2層のグラフェン(グラフェンナノフィン)で構成されていることが判明した。このような形状は異なるドメインが衝突した境界に形成されたと推定されるため、このフィンに囲まれた領域は単一ドメインであると考えられる。図1(b)に示すAFM像の断面解析によるフィンの間隔より、層状に成長したグラフェンのドメインサイズは100 nm程度であると見積もられる。また、このような開放端で厚さが原子層単位のフィン構造のネットワークは過去に報告はなく、今回初めて見出された構造である。幅1原子層となる究極の微細構造材料として、配線やデバイスに応用できると期待される。
 本研究は科研費の援助を受けて行われた。

[1] F. Maeda and H. Hibino, Phys. Status Solidi B 247 (2010) 916.
[2] F. Maeda and H. Hibino, J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 435305.
 

図1  成長後試料表面の(a)AFM像と
(b)断面解析結果。
図2  BE成長した試料の断面TEM像。

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