東北大学、Ｓｉ基板上に成長させた次世代電子材料グラフェンの多機能化に成功

Ｓｉ基板上へのグラフェン多機能デバイスの開発に道



＜概要＞
　東北大学電気通信研究所の吹留博一助教らは、シリコン（Ｓｉ）基板の面方位による、Ｓｉ基板上に成長させた次世代電子材料グラフェン（ＧＯＳ）の多機能化（金属性・半導体性の切り分け）に成功し、ＧＯＳを用いたトランジスタの集積化も可能であることを示しました。
　現在の半導体集積技術を用いてグラフェンの多機能化・集積可能性を示したことは、グラフェンの多機能集積回路への道を拓いたという意味で、画期的な成果です。


１．発表内容
　国立大学法人東北大学（総長井上明久）電気通信研究所（以下「東北大通研」）の吹留博一助教、末光眞希教授及び尾辻泰一教授は、独立行政法人科学技術振興機構（理事長中村道治）・戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）の「次世代エレクトロニクスデバイスの創出に資する革新材料・プロセス研究」研究領域（研究総括：渡辺久恒（株）半導体先端テクノロジーズ　代表取締役社長）における研究課題「グラフェン・オン・シリコン材料・デバイス技術の開発」（研究代表者：尾辻泰一東北大学電気通信研究所教授）の一環として、独立行政法人日本原子力研究開発機構（理事長鈴木篤之。以下「原子力機構」）量子ビーム応用研究部門の寺岡有殿研究主幹、吉越章隆研究副主幹、財団法人高輝度光科学研究センター（理事長白川哲久）利用研究促進部門の木下豊彦主席研究員、小嗣真人研究員、大河内拓雄研究員、と共同で、シリコン基板上に成長させた次世代電子材料グラフェン（１）（ＧＯＳ）のＳｉ基板面方位による多機能化（金属性・半導体性の切り分け）に成功し、ＧＯＳを用いた電界効果トランジスタ（２）の集積化も可能であることを示しました。現在の半導体集積技術を用いてグラフェンの多機能化・集積可能性を示したことは、グラフェンの多機能集積回路への道を拓いたという意味で画期的な成果です。
　炭素の二次元層状物質であるグラフェンはシリコンの１００倍以上のキャリア移動度（３）を有し、かつ、熱的・化学的にも安定な物質です。そのため、次世代デバイス材料の一つとして全世界で熾烈な開発競争が行われています。これまで東北大通研では、グラフェン・オン・シリコン（ＧＯＳ）に関わる技術を開発してきました。ＧＯＳ技術とはシリコン基板上に成長させた単結晶ＳｉＣ薄膜表面をグラフェン化するものです。今回、世界で初めて末光教授らによってＧＯＳが作製され、尾辻教授らによってＧＯＳを用いた電界効果トランジスタが試作されました。ＧＯＳ作製では成熟したシリコンデバイス製作技術がそのまま利用できるため、グラフェンの実用化に最も近い技術として注目を集めています。
　単にグラフェンのキャリア移動度が高いという特徴だけでは、従来のシリコンデバイスに取って代わることは出来ません。そのため、ＧＯＳでしか発現されないような技術の開発を目指してきました。今回、シリコン基板の面方位を変えるとグラフェンの表面・界面構造及びバンド構造を制御できることを明らかにしました。これまで高価なＳｉＣ結晶基板の面方位を変えるとグラフェンのバンド構造制御が可能であることは知られていましたが、安価で大面積のシリコン基板上で同様の制御が可能であることを明らかにしたのは今回が初めてです。この成果は用途に適したグラフェンの製造に道を拓くものです。
　本研究成果は、応用物理学会の学会誌Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅｘｐｒｅｓｓに１１月９日にオンライン掲載される　論文「Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｖｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｂｙ　ｔｕｎｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　３Ｃ−ＳｉＣ（１１１）／Ｓｉ」、及び、英国王立化学協会Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙの論文「Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｅｐｉｔａｘｙ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｂｙ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｉ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｔｏｗａｒｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」にて報告されます。



※以下、補足説明などリリースの詳細は添付の関連資料を参照