JP2015110485A - Graphene and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＳｉＣ基板の上に形成されたグラフェンおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to graphene formed on a SiC substrate and a manufacturing method thereof.
グラファイトは黒鉛とも呼ばれ、炭素の同素体のひとつで層状の物質であり、導電性の物質である。グラフェンは、厳密にはグラファイトを構成する１原子層分の層状の膜を指し、炭素原子がｓｐ2結合（ｓｐ2混成軌道による結合）で同じ面内に結合を作って六角形を形成し、これが平面状に広がったシート状の物質である。 Graphite, also called graphite, is a layered material that is an allotrope of carbon and is a conductive material. Strictly speaking, graphene refers to a layered film of one atomic layer that constitutes graphite. Carbon atoms form bonds in the same plane with sp 2 bonds (bonds by sp 2 hybrid orbitals) to form hexagons, This is a sheet-like substance spread in a plane.
このようなグラフェンによる２〜３原子層以下（１原子層も含む）で構成される物質を用いた様々な電子デバイスの作成が研究開発されている。このような中で、バルクのグラファイトとは異なるグラフェンの物理的な特性が次々に発見され、非常に多くの注目を集めている。また、グラフェン層が１０層以下で構成される物質については、上述したようにバルクのグラファイトとは異なって２次元的な特性を示すため、広義でグラフェンと呼ばれるようになってきた。 Research and development have been made on the creation of various electronic devices using such a material composed of 2 to 3 atomic layers or less (including 1 atomic layer) of graphene. Under these circumstances, physical properties of graphene different from bulk graphite have been discovered one after another, attracting a great deal of attention. Further, as described above, a material composed of 10 or less graphene layers has been called graphene in a broad sense because it exhibits two-dimensional characteristics unlike bulk graphite.
このようなグラフェンの形成方法に熱分解法がある。熱分解法は、真空中またはＡｒ雰囲気中など不活性な雰囲気で、ＳｉＣを高温に加熱してグラフェン層をＳｉＣ表面に形成する方法である。真空中または不活性な希ガスであるＡｒなどの雰囲気中で、１０００℃以上に加熱すると、ＳｉＣ表面で熱分解が起き、シリコン原子が蒸発する。このとき、炭素原子が表面に残り、残った炭素原子が整ったＳｉＣ表面の原子配列に影響を受けてエピタキシャルにグラフェン層を形成する（非特許文献１参照）。 There is a thermal decomposition method for forming such graphene. The thermal decomposition method is a method in which SiC is heated to a high temperature in an inert atmosphere such as vacuum or Ar atmosphere to form a graphene layer on the SiC surface. When heated to 1000 ° C. or higher in a vacuum or an atmosphere such as Ar, which is an inert rare gas, thermal decomposition occurs on the SiC surface, and silicon atoms are evaporated. At this time, carbon atoms remain on the surface, and a graphene layer is formed epitaxially under the influence of the atomic arrangement on the SiC surface where the remaining carbon atoms are arranged (see Non-Patent Document 1).
この熱分解法は、グラフェンの産業レベルでの製造方法として期待されており、ほぼ１層のグラフェンが形成可能とされている。例えば、熱分解法では、形成可能なグラフェンの面積がＳｉＣ基板の面積に依存するため、大面積のＳｉＣ基板を用いることで、大面積に単結晶のグラフェンが形成可能となる。 This pyrolysis method is expected as a manufacturing method of graphene at an industrial level, and it is possible to form almost one layer of graphene. For example, in the pyrolysis method, since the area of graphene that can be formed depends on the area of the SiC substrate, single crystal graphene can be formed in a large area by using a large-area SiC substrate.
しかしながら、上述した熱分解法において、ＳｉＣの結晶基板上におけるステップ端で、グラフェンが２層に形成されやすいなどの、高品質なグラフェン形成における問題がある。表面より２層目のグラフェンには、結晶欠陥が多く含まれている場合が多く、結晶品質の低下を招く原因となっている。このように、結晶品質が低いグラフェンは、デバイス応用への障害となる。 However, in the above-described pyrolysis method, there is a problem in the formation of high-quality graphene such that graphene is easily formed in two layers at the step end on the SiC crystal substrate. The graphene in the second layer from the surface often contains many crystal defects, which causes a decrease in crystal quality. Thus, graphene with low crystal quality is an obstacle to device application.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＳｉＣを用いた熱分解法において、高い結晶品質のグラフェンを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain graphene having high crystal quality in a thermal decomposition method using SiC.
本発明に係るグラフェンは、ＳｉＣの表面に形成されたものであって、表面の二乗表面粗さが０．５ｎｍ以下である。また、ＳｉＣ表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となっている。 The graphene according to the present invention is formed on the surface of SiC and has a square surface roughness of 0.5 nm or less. Further, the step difference of the atomic layer step on the graphene surface derived from the crystal structure on the SiC surface is 1 nm or less.
本発明に係るグラフェンの製造方法は、不活性な雰囲気にＳｉＣ基板を配置する第１工程と、不活性な雰囲気でＳｉＣ基板を加熱してＳｉＣ基板の表面のシリコンを蒸発させてＳｉＣ基板の表面にグラフェンを形成する第２工程とを少なくとも備え、第２工程は、温度条件を含む製造条件が、上記グラフェンの二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる範囲で行う。 The graphene manufacturing method according to the present invention includes a first step of disposing a SiC substrate in an inert atmosphere, and heating the SiC substrate in an inert atmosphere to evaporate silicon on the surface of the SiC substrate to thereby surface the SiC substrate. At least a second step of forming graphene, and the second step is performed under manufacturing conditions including temperature conditions in such a range that the mean square surface roughness of the graphene is 0.5 nm or less.
上記グラフェンの製造方法において、第２工程では、ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となる温度条件および圧力条件で行えばよい。 In the graphene manufacturing method, in the second step, the step of the atomic layer step on the graphene surface derived from the crystal structure on the surface of the SiC substrate may be performed under a temperature condition and a pressure condition where the step is 1 nm or less.
以上説明したことにより、本発明によれば、ＳｉＣを用いた熱分解法において、高い結晶品質のグラフェンを得ることができるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that it is possible to obtain graphene with high crystal quality in the thermal decomposition method using SiC.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるグラフェンの製造方法を説明するためのフローチャートである。この製造方法は、まず、第１工程Ｓ１０１で、不活性な雰囲気にＳｉＣ基板を配置する。次に、第２工程Ｓ１０２で、不活性な雰囲気でＳｉＣ基板を加熱してＳｉＣ基板の表面のシリコンを蒸発させてＳｉＣ基板の表面にグラフェンを形成する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining a graphene production method according to an embodiment of the present invention. In this manufacturing method, first, in a first step S101, a SiC substrate is placed in an inert atmosphere. Next, in the second step S102, the SiC substrate is heated in an inert atmosphere to evaporate silicon on the surface of the SiC substrate, thereby forming graphene on the surface of the SiC substrate.
ここで、重要なことは、第２工程Ｓ１０２において、形成されるグラフェンの表面の二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる製造条件で行うことである。このため、例えば、第３工程Ｓ１０３で、形成されたグラフェンの二乗平均面粗さ（表面粗さ）を測定し、この表面粗さが、０．５ｎｍ以下になっていることを確認する。例えば、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用いた表面の観察により、二乗平均面粗さが測定できる。 Here, what is important is that the second step S102 is performed under manufacturing conditions in which the root mean square surface roughness of the graphene formed is 0.5 nm or less. Therefore, for example, in the third step S103, the root mean square roughness (surface roughness) of the formed graphene is measured, and it is confirmed that the surface roughness is 0.5 nm or less. For example, the root mean square surface roughness can be measured by observing the surface using a scanning probe microscope (SPM) such as an atomic force microscope (AFM).
この確認で、表面粗さが０．５ｎｍ以下になっていない場合、工程Ｓ１０４で、温度条件を含む製造条件を変更し、再度、第２工程Ｓ１０２で、不活性な雰囲気でＳｉＣ基板を加熱してＳｉＣ基板の表面のシリコンを蒸発させてＳｉＣ基板の表面にグラフェンを形成する。これらの工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１０４を繰り返し、第３工程Ｓ１０３で、形成されたグラフェンの表面粗さが、０．５ｎｍ以下になっていることを確認したら、終了とする。 In this confirmation, if the surface roughness is not 0.5 nm or less, the manufacturing conditions including the temperature condition are changed in step S104, and the SiC substrate is heated again in an inert atmosphere in the second step S102. Then, the silicon on the surface of the SiC substrate is evaporated to form graphene on the surface of the SiC substrate. These steps S102 to S104 are repeated, and when it is confirmed in the third step S103 that the surface roughness of the formed graphene is 0.5 nm or less, the process is terminated.
上述した実施の形態に説明したように、ＳｉＣを用いた熱分解法によるグラフェンの製造において、形成されるグラフェンの表面粗さが０．５ｎｍ以下となる製造条件でグラフェンを形成することで、均一な１層のグラフェンが形成できるようになる。また、表面の二乗表面粗さが０．５ｎｍ以下であるグラフェンは、１層の状態であり、結晶欠陥などの発生が抑制されて高品質な結晶状態が得られている。 As described in the above-described embodiment, in the production of graphene by the pyrolysis method using SiC, the graphene is uniformly formed by forming the graphene under a production condition in which the surface roughness of the formed graphene is 0.5 nm or less. A single layer of graphene can be formed. In addition, graphene having a surface square surface roughness of 0.5 nm or less is in a single-layer state, and generation of crystal defects and the like is suppressed, and a high-quality crystal state is obtained.
次に、ＳｉＣを用いた熱分解法によるグラフェンでは、均一な１層グラフェンの表面粗さが０．５ｎｍ以下となることについて、より詳細に説明する。 Next, in the graphene by the thermal decomposition method using SiC, it will be described in more detail that the surface roughness of uniform single-layer graphene is 0.5 nm or less.
まず、発明者らの鋭意研究の結果、熱分解法によりＳｉＣ基板の表面に形成したグラフェンにおいて、１層と２層とが形成される層数不均一の状態では、ステップ端に２層グラフェンが形成されていることが判明した。 First, as a result of the inventors' diligent research, in the graphene formed on the surface of the SiC substrate by the pyrolysis method, in a state where the number of layers is not uniform, two-layer graphene is formed at the step end. It was found that it was formed.
熱分解法では、ＳｉＣ基板表面のステップ（結晶構造）の状態が、形成されるグラフェンの表面の状態（原子層ステップ）に反映され、１層グラフェンが成長しているステップ端の部分より、２層グラフェンが成長している場合がある。これは、ＳｉＣ基板表面のステップ端が分解されやすく、分解によりシリコンが脱離してステップ端が後退し、２層目のグラフェンを形成するための炭素の供給源になっていることが原因と考えられる。また、このような層数不均一の箇所においては、上述した表面粗さが、０．５ｎｍを超えていることが判明した。また、この表面粗さが、熱分解法における温度条件や圧力条件などの製造条件により変化することが判明した。 In the thermal decomposition method, the state of the step (crystal structure) on the surface of the SiC substrate is reflected in the state of the surface of the graphene to be formed (atomic layer step). Layer graphene may be growing. This is thought to be caused by the fact that the step edge on the surface of the SiC substrate is easily decomposed, the silicon is desorbed by the decomposition and the step edge recedes, and is a carbon supply source for forming the second layer of graphene. It is done. Further, it was found that the surface roughness described above exceeded 0.5 nm in such a portion where the number of layers was not uniform. It has also been found that this surface roughness varies depending on manufacturing conditions such as temperature conditions and pressure conditions in the thermal decomposition method.
表面粗さと製造条件（温度条件）との関係について実験した結果について説明する。まず、（０００１）面とした４Ｈ−ＳｉＣからなる１０ｍｍ角の試料基板を用意し、試料基板の表面を硫酸と過酸化水素との混合液および希弗酸により洗浄した。この試料基板を用い、アルゴン雰囲気（１３３３２．２Ｐａ）において、設定した温度で２５分間の加熱処理により、グラフェンを形成する実験を行った。加熱処理は、赤外線加熱装置（ＳＲ１８００；株式会社サーモ理工製）を用いて行った。加熱の温度条件（設定値）は、１６００℃、１６２５℃、１６５０℃とした。 The results of experiments on the relationship between surface roughness and manufacturing conditions (temperature conditions) will be described. First, a 10 mm square sample substrate made of 4H—SiC having a (0001) plane was prepared, and the surface of the sample substrate was washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide and dilute hydrofluoric acid. Using this sample substrate, an experiment was conducted to form graphene by heat treatment for 25 minutes at a set temperature in an argon atmosphere (133332.2 Pa). The heat treatment was performed using an infrared heating device (SR1800; manufactured by Thermo Riko Co., Ltd.). The heating temperature conditions (set values) were 1600 ° C, 1625 ° C, and 1650 ° C.
また、形成したグラフェンの表面粗さ（ＲＭＳ；二乗平均面粗さ）を、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＡ４００；ＳＩＩ−ＮＴ製）による観察結果（ＡＦＭタッピングモード測定）より算出した。ＲＭＳは、よく知られているように、走査プローブ顕微鏡を用いた解析により求めることができる。また、形成したグラフェンの膜質の均一性を、顕微ラマン分光装置（ＩｎＶｉａ Ｒｅｆｌｅｘ；Ｒｅｎｉｓｈａｗ製）を用い、励起波長λex＝５２３ｎｍで観察した。均一性の指標としては、層数分布を反映する２Ｄ−ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）を用いた（非特許文献１参照）。 Moreover, the surface roughness (RMS; root mean square roughness) of the formed graphene was calculated from the observation result (AFM tapping mode measurement) with a scanning probe microscope (SPA400; manufactured by SII-NT). The RMS can be obtained by analysis using a scanning probe microscope, as is well known. In addition, the uniformity of the film quality of the formed graphene was observed at an excitation wavelength λ ex = 523 nm using a microscopic Raman spectroscope (InVia Reflex; manufactured by Renishaw). As a uniformity index, the half-width (FWHM) of 2D-peak reflecting the layer number distribution was used (see Non-Patent Document 1).
まず、図２に、温度条件１６００℃で形成したグラフェンの結果について示す。図２の（ａ）は、走査プローブ顕微鏡観察による形状像を示す写真であり、図２の（ｂ）は、走査プローブ顕微鏡観察による位相像を示す写真である。１６００℃の条件では、加熱前のＳｉＣ基板の表面に比較して表面粗さは増大しているが、増大の量は比較的小さい。また、図２の（ａ）に示されているように、比較的揃ったステップ−テラス構造となっていることがわかる。この温度条件では、走査プローブ顕微鏡観察により、ＲＭＳ＝０．２９が算出された。これは、ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となっている状態である。なお、図２の（ｂ）に示されているように、ＳｉＣが残っている状態が観察される。 First, FIG. 2 shows the results of graphene formed at a temperature condition of 1600 ° C. FIG. 2A is a photograph showing a shape image obtained by observation with a scanning probe microscope, and FIG. 2B is a photograph showing a phase image obtained by observation with a scanning probe microscope. Under the condition of 1600 ° C., the surface roughness increases compared to the surface of the SiC substrate before heating, but the amount of increase is relatively small. In addition, as shown in FIG. 2A, it can be seen that the step-terrace structure is relatively uniform. Under this temperature condition, RMS = 0.29 was calculated by scanning probe microscope observation. This is a state where the step difference of the atomic layer step on the graphene surface derived from the crystal structure on the SiC substrate surface is 1 nm or less. As shown in FIG. 2B, a state where SiC remains is observed.
また、図２の（ｃ）に示すように、ラマンスペクトルは、Ｇバンドと２Ｄバンドとに高いピークが観察され、ＧバンドのピークとＤバンドのピークとの強度比より、高い結晶性で形成されていることがわかる。また、図２の（ｄ）に示すように、２ＤピークのＦＷＨＭが揃った状態が観察され、均一な１層のグラフェンが形成されていることがわかる。 As shown in FIG. 2 (c), the Raman spectrum has high peaks in the G band and 2D band, and is formed with higher crystallinity than the intensity ratio between the G band peak and the D band peak. You can see that In addition, as shown in FIG. 2D, a state in which the FWHMs of the 2D peaks are aligned is observed, and it can be seen that a uniform single layer of graphene is formed.
次に、図３に、温度条件１６２５℃で形成したグラフェンの結果について示す。図３の（ａ）は、走査プローブ顕微鏡観察による形状像を示す写真であり、図３の（ｂ）は、走査プローブ顕微鏡観察による位相像を示す写真である。１６２５℃の条件でも、加熱前のＳｉＣ基板の表面に比較して表面粗さは増大しているが、増大の量は比較的小さい。また、図３の（ａ）に示されているように、比較的揃ったステップ−テラス構造となっていることがわかる。この温度条件では、走査プローブ顕微鏡観察により、ＲＭＳ＝０．２９が算出された。これは、ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となっている状態である。なお、この条件では、図３の（ｂ）に示すように、アーティファクト（artifact）が観察されている。 Next, FIG. 3 shows the results of graphene formed at a temperature condition of 1625 ° C. FIG. 3A is a photograph showing a shape image obtained by observation with a scanning probe microscope, and FIG. 3B is a photograph showing a phase image obtained by observation with a scanning probe microscope. Even under the condition of 1625 ° C., the surface roughness is increased as compared with the surface of the SiC substrate before heating, but the amount of increase is relatively small. Further, as shown in FIG. 3A, it can be seen that the step-terrace structure is relatively uniform. Under this temperature condition, RMS = 0.29 was calculated by scanning probe microscope observation. This is a state where the step difference of the atomic layer step on the graphene surface derived from the crystal structure on the SiC substrate surface is 1 nm or less. Under this condition, an artifact is observed as shown in FIG. 3B.
また、図３の（ｃ）に示すように、ラマンスペクトルは、Ｇバンドと２Ｄバンドとに高いピークが観察され、ＧバンドのピークとＤバンドのピークとの強度比より、高い結晶性で形成されていることがわかる。また、図３の（ｄ）に示すように、２ＤピークのＦＷＨＭが揃った状態が観察され、均一な１層のグラフェンが形成されていることがわかる。 In addition, as shown in FIG. 3C, the Raman spectrum has a high peak in the G band and the 2D band, and is formed with higher crystallinity than the intensity ratio between the G band peak and the D band peak. You can see that Further, as shown in FIG. 3D, a state in which the FWHMs of the 2D peaks are aligned is observed, and it can be seen that a uniform layer of graphene is formed.
次に、図４に、温度条件１６５０℃で形成したグラフェンの結果について示す。図４の（ａ）は、走査プローブ顕微鏡観察による形状像を示す写真であり、図４の（ｂ）は、走査プローブ顕微鏡観察による位相像を示す写真である。１６５０℃の条件では、ステップバンチングが起こり、１層の状態と２層（bilayer）の状態とが観察されている。この温度条件では、走査プローブ顕微鏡観察により、ＲＭＳ＝０．７４が算出された。これは、ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍを超えている状態である。 Next, FIG. 4 shows the results of graphene formed at a temperature condition of 1650 ° C. FIG. 4A is a photograph showing a shape image obtained by observation with a scanning probe microscope, and FIG. 4B is a photograph showing a phase image obtained by observation with a scanning probe microscope. Under the condition of 1650 ° C., step bunching occurs, and a one-layer state and a two-layer state are observed. Under this temperature condition, RMS = 0.74 was calculated by scanning probe microscope observation. This is a state where the step difference of the atomic layer step on the graphene surface derived from the crystal structure on the SiC substrate surface exceeds 1 nm.
上述した状態は、図４の（ｃ）のラマンスペクトルの結果にも表れており、１層の存在と２層の存在とが示されている。また、図４の（ｄ）に示すように、２ＤピークのＦＷＨＭには、２層以上のグラフェンの存在を示す大きな半値幅の成分が観察される。このように、温度条件１６５０℃で形成したグラフェンでは、均一なグラフェンが形成されていないことがわかる。 The state described above also appears in the result of the Raman spectrum of FIG. 4C, which shows the presence of one layer and the presence of two layers. Further, as shown in FIG. 4D, a large half-value width component indicating the presence of two or more layers of graphene is observed in the FWHM of the 2D peak. Thus, it can be seen that the graphene formed under the temperature condition of 1650 ° C. does not form uniform graphene.
以上に説明したように、温度などの製造条件により、形成されるグラフェンの状態が変化し、また、測定される表面粗さ（ＲＭＳ）が大きい場合、均一なグラフェンが形成されていないことがわかる。様々な検討の結果、ＲＭＳ＝０．５ｎｍを超えている場合、２層の状態が観察されるようになり、均一なグラフェンが形成されなくなることが判明した。従って、表面の粗さがＲＭＳ＝０．５ｎｍ以下のグラフェンであれば、均一な１層のグラフェンの状態であり、高い結晶品質のグラフェンである。また、形成されるグラフェン表面の粗さが、ＲＭＳ＝０．５ｎｍを超えないように製造条件を設定することで、均一な１層のグラフェンが製造できることがわかる。なお、二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる範囲は、単結晶のＳｉＣ基板を用いて熱分解法によりグラフェンを形成する場合、ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来するグラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となっている状態に相当する。 As described above, it is understood that uniform graphene is not formed when the state of graphene to be formed changes depending on manufacturing conditions such as temperature and the measured surface roughness (RMS) is large. . As a result of various studies, it has been found that when RMS exceeds 0.5 nm, a two-layer state is observed, and uniform graphene is not formed. Therefore, if the surface roughness is graphene with RMS = 0.5 nm or less, the graphene is in a uniform single-layer graphene state and has high crystal quality. It can also be seen that a uniform single-layer graphene can be produced by setting the production conditions so that the roughness of the formed graphene surface does not exceed RMS = 0.5 nm. The range in which the root mean square roughness is 0.5 nm or less is a graphene surface atomic layer step derived from the crystal structure of the SiC substrate surface when graphene is formed by a thermal decomposition method using a single crystal SiC substrate. Corresponds to a state in which the step is 1 nm or less.
次に、上述した各条件で製造したグラフェンの移動度測定結果について説明する。移動度は、よく知られた「Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ」法により測定した。図５は、上述した各条件で製造したグラフェンの移動度測定結果を示す特性図である。図５において、黒丸が１６００℃の条件で製造したグラフェンの移動度測定結果、黒四角が１６２５℃の条件で製造したグラフェンの移動度測定結果、黒三角が１６５０℃の条件で製造したグラフェンの移動度測定結果である。図５から明らかなように、１層のグラフェンが形成されている１６００℃，１６２５℃の条件では、移動度が最高２１００ｃｍ2／Ｖｓの結果が得られた。 Next, the mobility measurement result of the graphene manufactured on each condition mentioned above is demonstrated. The mobility was measured by the well-known “Van der Pauw” method. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the mobility measurement results of graphene produced under the above-described conditions. In FIG. 5, the mobility measurement result of graphene manufactured under the condition where the black circle is 1600 ° C., the mobility measurement result of graphene manufactured under the condition where the black square is 1625 ° C., and the movement of graphene manufactured under the condition where the black triangle is 1650 ° C. It is a degree measurement result. As is clear from FIG. 5, the mobility was 2100 cm 2 / Vs at the maximum under the conditions of 1600 ° C. and 1625 ° C. where one layer of graphene was formed.
以上に説明したように、本発明によるグラフェンは、表面の二乗表面粗さが０．５ｎｍ以下であるので、均一な１層のグラフェンの状態であり、高い結晶品質となっている。また、本発明によれば、温度条件を含む製造条件が、形成されるグラフェンの二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる範囲で行うようにしたので、ＳｉＣを用いた熱分解法により、均一な状態で１層のグラフェンが形成できるようになる。 As described above, the graphene according to the present invention has a uniform surface of the graphene and high crystal quality because the square surface roughness of the surface is 0.5 nm or less. In addition, according to the present invention, the manufacturing conditions including the temperature condition are performed in a range where the root mean square roughness of the formed graphene is 0.5 nm or less. Therefore, by the pyrolysis method using SiC, One layer of graphene can be formed in a uniform state.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、主に、温度条件について説明したが、製造条件としてはこれに限るものではない。不活性な雰囲気の圧力など他の条件についても、形成されるグラフェンの二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる範囲で行うようにすればよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, the temperature condition has been mainly described, but the manufacturing condition is not limited to this. Other conditions such as the pressure of an inert atmosphere may be performed in a range where the root mean square roughness of the formed graphene is 0.5 nm or less.
Claims (4)
前記グラフェンの表面の二乗表面粗さが０．５ｎｍ以下である
ことを特徴とするグラフェン。 Graphene formed on the surface of SiC,
The graphene having a square surface roughness of 0.5 nm or less on the surface of the graphene.
前記ＳｉＣ表面の結晶構造に由来する前記グラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となっていることを特徴とするグラフェン。 The graphene according to claim 1,
A graphene having a step difference of an atomic layer step on the surface of the graphene derived from the crystal structure of the SiC surface of 1 nm or less.
不活性な雰囲気で前記ＳｉＣ基板を加熱して前記ＳｉＣ基板の表面のシリコンを蒸発させて前記ＳｉＣ基板の表面にグラフェンを形成する第２工程と
を少なくとも備え、
前記第２工程は、温度条件を含む製造条件が、前記グラフェンの二乗平均面粗さが０．５ｎｍ以下となる範囲で行う
ことを特徴とするグラフェンの製造方法。 A first step of placing the SiC substrate in an inert atmosphere;
At least a second step of heating the SiC substrate in an inert atmosphere to evaporate silicon on the surface of the SiC substrate to form graphene on the surface of the SiC substrate,
The graphene manufacturing method, wherein the second step is performed under a manufacturing condition including a temperature condition in such a range that a root mean square surface roughness of the graphene is 0.5 nm or less.
前記第２工程では、前記ＳｉＣ基板表面の結晶構造に由来する前記グラフェン表面の原子層ステップの段差が、１ｎｍ以下となる温度条件および圧力条件で行うことを特徴とするグラフェンの製造方法。 In the method for producing graphene according to claim 3,
In the second step, the graphene production method is performed under a temperature condition and a pressure condition in which a step of an atomic layer step on the surface of the graphene derived from the crystal structure on the surface of the SiC substrate is 1 nm or less.
Priority Applications (2)
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