JP5862080B2 - グラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置 - Google Patents
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Description
グラフェンは、上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質から生成される。
上記第1の電流端子は、上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する。
上記第2の電流端子は、上記チャンバ内に、上記第1の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する。
上記電源は、上記第1の電流端子と上記第2の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる。
本技術の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るグラフェン製造装置100を示す模式図である。
図1に示すように、グラフェン製造装置100は、真空チャンバ101、第1電流端子102、第2電流端子103、電源104、ガス導入部105及び真空ポンプ106を有する。第1電流端子102及び第2電流端子103には、成膜対象物Sがセットされている。第1電流端子102及び第2電流端子103は真空チャンバ101に収容され、それぞれ電源104に接続されている。ガス導入部105及び真空ポンプ106は真空チャンバ101に接続されている。
本技術において製造されるグラフェンは成膜対象物S上に成膜されることによって生成する。成膜対象物Sは、導電性を有し、かつフレキシブルなものとすることができる。後述するように、本技術においては成膜対象物Sに電流を印加し、それによって成膜対象物Sを加熱(抵抗加熱)するものであるから、成膜対象物Sは導電性を有するものである必要がある。
グラフェン製造装置100を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)である。
本技術の第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態において第1の実施形態と共通する事項については説明を省略する。第1の実施形態においてはグラフェンの低圧CVDによる製造について説明したが、本実施形態はグラフェンの大気圧CVDによる製造に係るものである。
グラフェン製造装置200を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧CVDである。
本技術の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態において第1の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第1の実施形態と同様に低圧CVDによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第1の実施形態と異なる。
グラフェン製造装置300を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)である。
本技術の第4実施形態について説明する。なお、本実施形態において第2の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第2の実施形態と同様に大気圧CVDによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第2の実施形態と異なる。
グラフェン製造装置400を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧CVDである。
本技術は上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。以下、上記各実施形態の変形例について説明する。
第1乃至第4の実施形態において、グラフェンの原料(炭素源物質)としてチャンバ内に炭素源ガスを導入するものとしたが、炭素源ガスを導入する替わりに液体又は固体の物質を用いることも可能である。炭素源物質が液体又は固体であっても、チャンバ内が減圧あるいは昇温された際に蒸発するものであればよい。例えば、容器に液体又は固体の炭素源物質を収容してチャンバ内に載置しておくことも可能である。
第1及び第2の実施形態において、第1電流端子及び第2電流端子とは別の部材によって成膜対象物Sを支持するものとすることも可能である。また、第3の実施形態において、巻取ロール及び巻出ロール自体を電源に接続し、第1電流端子及び第2電流端子として用いることも可能である。さらに電流端子を複数本用いて、温度が異なる加熱区間を複数ヶ所も受けることでアニール区間、成膜区間、徐冷区間などに分離してもよい。
第1及び第3の実施形態において、真空チャンバ内に供給された炭素源ガスをプラズマ化してグラフェンの原料とすることも可能である。例えば、成膜対象物と平行に高周波電極を配置し、炭素源ガスに高周波電圧を印加してプラズマ化させることができる。炭素源ガスのプラズマが高温となるため、成膜対象物に印加する電流を小さくすることができ、またグラフェンの成膜速度も高速化することが可能である。グラフェン成膜条件は例えば、周波数13.56MHz、出力500W、メタンガス圧力0.1Torrとすることができる。
第1乃至第4の実施形態において、成膜対象物を抵抗加熱により加熱するものとしたが、これに加えて電磁波照射(輻射、レーザ照射、ランプ照射等)によって補助的に加熱してもよい。特にセラミックヒータやハロゲンランプによる赤外線加熱は有効である。これにより、成膜対象物に印加する電流を低減させ、成膜対象物の昇温に要する時間も短縮することが可能となる。例えば、成膜対象物が銅箔である場合に、平行平板型セラミックヒータを銅箔の上部と下部に設置し、当該ヒータを500℃に昇温すると、成膜対象物を1000℃に加熱するために要する電流が40Aから35Aに減少する。さらに、成膜対象物を900℃まで昇温するために要する時間も8秒から7秒に短縮することが可能である。
導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させ、
上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法。
上記(1)に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は銅からなる
グラフェンの製造方法。
上記(1)又は(2)に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は箔である
グラフェンの製造方法。
上記(1)から(3)のいずれかに記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって上記成膜対象物を搬送しながら、上記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。
上記(1)から(4)に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、上記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。
上記(1)から(5)に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物に上記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された上記炭素源物質を上記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。
チャンバと、
上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する第1の電流端子と、
上記チャンバ内に、上記第1の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する第2の電流端子と、
上記第1の電流端子と上記第2の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備するグラフェン製造装置。
上記(7)に記載のグラフェン製造装置であって、
上記成膜対象物を上記第1の電流端子及び上記第2の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。
上記(7)又は(8)に記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは真空チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。
上記(7)から(9)のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは陽圧チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。
上記(7)から(10)のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記第1の電流端子及び上記第2の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造措置。
102、202、302、402…第1の電流端子
103、203、303、403…第2の電流端子
104、204、304、404…電源
307、308、407、408…ロールツーロール機構
S…成膜対象物
Claims (8)
- 導電性を有するフレキシブルな箔である成膜対象物の表面に気体状の炭素源物質を接触させ、
前記成膜対象物に電流を印加して前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において前記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物は銅からなり、
前記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって前記成膜対象物を搬送しながら、前記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン製造方法であって、
前記成膜対象物を加熱する工程では、前記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物に前記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された前記炭素源物質を前記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。 - チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな箔である成膜対象物に接触する第1の電流端子と、
前記チャンバ内に、前記第1の電流端子と離間して配置され、前記成膜対象物に接触する第2の電流端子と、
前記第1の電流端子と前記第2の電流端子の間に電流を印加し、前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備し、
前記成膜対象物は銅からなる
グラフェン製造装置。 - 請求項4に記載のグラフェン製造装置であって、
前記成膜対象物を前記第1の電流端子及び前記第2の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。 - 請求項5に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは真空チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。 - 請求項5に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは陽圧チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。 - 請求項5に記載のグラフェン製造装置であって、
前記第1の電流端子及び前記第2の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造装置。
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