加藤 俊顕

本研究では, 近年原子層物質として大きな注目を集めているグラフェンがさらに進化した形状のグラフェンナノリボンを対象として, 異なる幅を持つグラフェンナノリボンが軸方向に接合したヘテロ接合グラフェンナノリボンの集積化合成と光電子デバイス応用を目指すものである.

本研究では、ナノカーボン材料合成分野における機械学習の有用性を実証することを目的として、ナノカーボンの精密原子構造制御手法の開発を目指します。炭素１次元物質であるカーボンナノチューブを主な研究対象とし、機械学習と従来合成技術を融合することで、ナノチューブの物性を決定している構造因子であるカイラリティを精密制御可能な新合成システムの開発に挑戦します。

ヘテロ接合原子膜を合成し, 革新的光電子デバイスの創製を目指すものである.

本研究では, 近年独自に開発したグラフェンナノリボン合成手法をさらに発展させることにより, トランジスタ密度2,000億個/cm2の 超高密度集積グラフェンナノリボンデバイスの実現を目指す. これにより, 既存のシリコンベースデバイスを凌駕する革新的ナノカーボンデバイス実現が期待できる.

近年独自に開発したグラフェンナノリボンの新規合成法を用いることにより, グラフェンナノリボンデバイスを集積合成することに成功した. 一方, 現在の手法で基板上に合成できるグラフェンナノリボンの量は極わずかであるため, グラフェンナノリボンをバルクの材料として取り扱える段階には達していない. グラフェンナノリボンの多量合成が実現でき, バルクの半導体材料として様々な分野に提供することが可能となれば, 例えば印刷法によるトランジスタ形成を行うフレキシブルエレクトロニクス分野等にも大きな貢献が可能となり, より一層の社会的インパクトを与えることが期待できる. このような背景のもと, 本研究では, グラフェンナノリボンの多量合成に特化した研究を行う.

本研究では, 独自に開発したプラズマナノプロセスを活用することにより, 様々な環境下で安定に動作するｎ型グラフェントランジスタを創製することを目的としております. 本研究成果を応用することにより, グラフェンの極めて優れた諸特性を活用した次世代イノベーションの創成が大いに期待できると考えられます.

近年, グラファイト一層のみからなる新材料“グラフェン”が世界中で大きな注目を集めている. この二次元シート構造のグラフェンは金属的性質を示すのに対し, グラフェンが一次元的なナノリボン形状(幅5 nm以下, 長さ数百nm以上)をとることで, バンドギャップが発生し金属から半導体へと電子状態が大きく変化することが明らかとなった. このグラフェンナノリボンの合成は, 一般にはグラフェンシートをナノリボン形状に切り取るトップダウン方式により行われているが, この方式では5 nm以下にリボン幅を精密制御することは困難である. ナノリボンのバンドギャップはリボン幅に反比例するため,リボン幅の精密制御は産業応用には必要不可欠な課題である. そこで本研究では, 従来のトップダウン方式ではなくプラズマを活用することにより, 原料ガスを基板上で分解し, ナノリボン形状を直接合成するボトムアップ方式により, 1 nmオーダーでのリボン幅の制御が可能なグラフェンナノリボン新規合成手法の確立を目指す. 本手法が確立することで, シリコン材料を遥かに凌ぐキャリア移動度を有するグラフェンを用いた半導体デバイス応用に関して極めて大きな貢献が期待できる.

多くの産業応用が期待されている単層カーボンナノチューブであるが, 構造により金属的にも半導体的にも成りうる特徴を有しているため, 単層カーボンナノチューブの電気的特性を制御することが, つまり金属的なものと半導体的なものを選択的に形成する技術が強く望まれている. そこで本研究では, プラズマ拡散領域を活用した拡散プラズマCVD法を用いて, 半導体的特性の単層カーボンナノチューブのみを選択的に形成する手法の構築を目的に研究を遂行した.