課題番号 ：S-17-OS-0035
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：プラズマ援用処理により成長したSiC上グラフェンの構造評価
Program Title (English)　：Structural analysis of graphene on SiC assisted by plasma process
利用者名（日本語） ：南 映希, 有馬 健太
Username (English) ：Ouki Minami, Kenta Arima
所属名（日本語） ：大阪大学 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻
Affiliation (English) ：Dept. Precision Sci. and Tech., Grad. School of Engineering, Osaka University
キーワード／Keyword　　　 ：グラフェン, SiC, 真空加熱, C堆積層, レーザーラマン顕微鏡

1. 概要 (Summry)
グラフェンの形成法は数多く報告されており、中でも超高真空中でのSiC熱分解法は、膜質、結晶性が良く、転写の必要が無い手法として注目されている。しかし、この手法によって形成したグラフェンには、ピットと呼ばれ欠陥が生成される。ピットを抑制するには、SiC表面のC原子濃度をモノレイヤレベルで増加させる必要がある。我々は既に、プラズマ援用処理を用いて、SiC上にモノレイヤレベルのC層を形成することで、低ピット密度グラフェンの形成に成功している。本研究では、ラマン分光法を用いて、低ピット密度グラフェンの微視的構造を評価した。

2. 実験 (Experimental)
[利用した主な装置]
S19 レーザーラマン顕微鏡
[実験方法]
・C堆積層を持つSiC表面の形成
試料基板として、直径3インチのn型4H-SiC(0001)（抵抗率0.018 Ωcm）を用いた。これを2×7 mm2に切り出した後、硫酸過酸化水素水溶液(H2SO4:H2O2 =4:1)洗浄10分、フッ化水素水溶液(HF50%)洗浄10分により、有機・金属汚染の除去を行った。次に、チャンバー内に導入し、6.0×10-2 Torrまで真空排気を行った。その後、チャンバーにHeガスを大気圧まで充填し、室温で40Wの電力を5分投入することによって、Heをベースにしたプラズマを照射した。このプラズマ照射後にはSiC表面にnmオーダーのSiO2膜が形成される。さらに、得られた試料をHFに浸漬してSiO2膜を除去し、SiC表面にC堆積層を形成した。

・SiC熱分解法によるグラフェンの形成
上記の前処理を経た、C堆積層を有するSiC表面をチャンバー内に導入し、2.0×10-8 Pa程度まで真空排気を行った。次に、1100℃で通電加熱を30分行い、グラフェンを形成した。その後、ラマン分光法を用いて、欠陥密度を評価した。

3. 結果と考察 (Result and Discussion)

Fig.1に、未処理グラフェン(a)とプラズマ援用グラフェン(b)のラマンスペクトルを示す。欠陥密度を示すDピークが(a)と比較して、(b)が小さくなっていることから、プラズマ援用グラフェンの欠陥密度が低減していることが分かった。

4. 謝辞
本成果は、科学研究費補助金（No.15H03902）、及び、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム（大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点）（S-17-OS-0035）の支援を受けて実施されました。
5. 論文・学会発表(Publication/Presentation)
(1)南,有馬 他、2017年度 精密工学会関西地方定期
学術講演会（発表日 平成29年 6月 29日）
(2)南,有馬 他、2017年度 精密工学会秋季大会
学術講演会（発表日 平成29年 9月20日）
(3)南,有馬 他、2017年度 電子デバイス界面テクノロジー研究会（発表日 平成30年 1月18日）
6. 関連特許(Patent)
なし