[論文レビュー] Suppression of Multilayer Graphene Patches during CVD Graphene growth on Copper

Zheng Han, Amina Kimouche+8 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2012

Graphene research and applications参考文献 33被引用数 56

ひとこと要約

本研究では、銅基板上でのグラフェン成長中にマルチレイヤー・グラフェンのパッチを抑制するため、表面欠陥における炭素の分離を制限するパルス式化学気相成長（CVD）法を導入した。この手法により、均一でセンチメートルスケールの単層グラフェンが得られ、フィールド効果移動度が5000 cm²/V·sを超える。従来のCVD法に比べ、均一性と電子的品質が顕著に向上した。

ABSTRACT

By limiting the carbon segregation at the copper surface defects, a pulsed chemical vapor deposition method for single layer graphene growth is shown to inhibit the formation of few-layer regions, leading to a fully single-layered graphene homogeneous at the centimeter scale. Graphene field-effect devices obtained after transfer of pulsed grown graphene on oxidized silicon exhibit mobilities above 5000 cm^2.V^-1.s^-1.

研究の動機と目的

• 銅基板上でのCVD法によるグラフェン成長中に発生するマルチレイヤー・グラフェンパッチの形成に起因する課題を解決すること。
• デバイス応用を想定したCVD法で成長させたグラフェンの均一性と電子的品質を向上させること。
• 銅の表面欠陥における炭素の分離を最小限に抑える成長手法を開発すること。
• 高性能フィールド効果トランジスタに適したセンチメートルスケールで均一な単層グラフェンを実現すること。

提案手法

• 連続的CVDに代えてパルス式CVDプロセスを採用し、炭素供給を制御し、欠陥における核生成を低減すること。
• 制御されたガスパルスを用いて、銅の表面欠陥における炭素アトムの拡散と分離を制限すること。
• 温度、圧力、前駆体露出タイミングなどの成長パラメータの最適化。
• ラマン分光法および電気的輸送測定によるグラフェンの品質評価。
• フィールド効果デバイスの作製を目的として、成長したグラフェンを酸化シリコン基板に転写すること。
• 成長条件とマルチレイヤー形成の相関関係を特定するため、イン・スイットモニタリングとプロセス後分析を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルス式CVDは、グラフェン成長中に銅の表面欠陥における炭素の分離をどのように低減するか？
• RQ2 連続的CVDと比較して、パルス式CVDはマルチレイヤー・グラフェンパッチの形成をどの程度抑制できるか？
• RQ3 パルス法で成長させたグラフェンの均一性と電子的品質は、それぞれどのように評価されるか？
• RQ4 パルス式CVD法は、高性能デバイスに適したセンチメートルスケールの単層グラフェンを生成できるか？

主な発見

• パルス式CVD法によりマルチレイヤー・グラフェンパッチが効果的に抑制され、センチメートルスケールの銅基板上に均一な単層グラフェンが得られた。
• パルス法で成長させたグラフェンを用いたフィールド効果デバイスは、5000 cm²/V·sを超える移動度を示した。
• ラマン分光法により、顕著な少数レイヤー領域が確認されず、高均一性が裏付けられた。
• パルス式炭素供給のおかげで、銅の表面欠陥における炭素の分離が低減したことが、マルチレイヤーパッチの抑制要因であると特定された。
• 本手法により、ナノエレクトロニクス応用に適したスケーラブルで高品質なグラフェン成長が可能となった。