課題番号 ：S-19-NM-0063
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：グラフェンへの格子ひずみ導入に関する研究
Program Title (English) ：Research on inducing lattice strain in graphene
利用者名（日本語） ：友利ひかり1,2), 神田晶申1)
Username (English) ：H. Tomori1,2), A. Kanda1)
所属名（日本語） ：1) 筑波大学数理物質系, 2) 物質材料研究機構
Affiliation (English) ：1) Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba, 2) NIMS

１．概要（Summary ）
移動度が極めて大きく原子1個分の究極の薄さをもつグラフェンは次世代の高速・低消費電力電子デバイスの材料として注目されているが、グラフェンをトランジスタに応用するためにはバンドギャップが必要である。本研究では、グラフェンにひずみを導入することで、実用化に十分であるとされる400 meV以上のバンドギャップを形成することを目標としている。今年度は電子線リソグラフィーによって形成したレジストHSQの1次元凹凸構造（最小周期40 nm）の上にグラフェンを転写し、その電気伝導を測定することによって、100 meVを超えるバンドギャップの生成に成功した。
２．実験（Experimental）
【利用した装置】
レーザーラマン顕微鏡
【実験方法】
筑波大学ナノテクプラットフォームにある電子線描画装置ELS7500を用いて、レジストHSQの1次元凹凸構造を形成し、その上に、グラフェンを転写し、電極を接続することで、グラフェンの電界効果トランジスタ構造を形成した。ひずみの導入は、NIMSのレーザーラマン顕微鏡によって確認した。室温から77 Kまでの電気伝導を測定し、バンドギャップの有無を評価した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
レジストHSQの現像条件を調整することによって、周期40 nmまでの1次元凹凸構造の形成に成功した。一例を図１に示す。この上に劈開法によって得たグラフェンを転写し、独自の電極形成法を用いることで、グラフェンへの電極形成とひずみ導入の両立に成功した。コンダクタンスの温度依存性では、一部のサンプルにおいて、温度の低下とともにコンダクタンスが減少する振る舞いが観測された。この振る舞いは、低温部分を2次元バリアブルレンジホッピング伝導、高温部分を熱活性化型伝導とした両者の和としてよくフィットされ、最大で255 meVのバンドギャップが観測された。凹凸構造上のグラフェンを何らかの方法で押さえつけてひずみを増大させることで、目標である400 meVを超えるバンドギャップを生成できると期待している。

図１：レジストHSQのライン/スペース凹凸構造。
４．その他・特記事項（Others）
本研究は、科研費新学術領域研究（ハイブリッド量子科学）（15H05867A）の支援を受けて行われました。
実施にあたってはNIMS李香蘭氏の支援を受けた。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 友利ひかり,神田晶申,林正彦,科研費新学術領域「ハイブリッド量子科学」第10回領域会議，令和2年2月25日
６．関連特許（Patent）
なし