(57)【要約】【課題】基板に良好に固定されたグラフェンを備えたグラフェン基板、及びこのグラフェン基板の製造方法を提供する。【解決手段】グラフェン基板１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１１Ｃとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔が形成されたグラフェンと、
前記貫通孔に設けられ、前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板。
【請求項２】
前記固定部は、前記グラフェンの表面に係止する係止部を有していることを特徴とする請求項１に記載のグラフェン基板。
【請求項３】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を順次積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第１金属層、及び前記第２金属層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記基板と前記第１金属層との間に位置する前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第１金属層、及び前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させ、前記グラフェンの前記貫通孔内に前記炭素層を残して前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項４】
前記第５工程で前記グラフェンの前記貫通孔内に残された前記炭素層を除去する第７工程と、
前記炭素層が除去された前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第８工程と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項５】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層を形成する第１工程と、
前記炭素層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第２工程と、
前記炭素層、及び前記第２工程で前記炭素層が除去された前記基板の表面側に、グラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を積層して形成する第３工程と、
前記第１金属層の表面側に、前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第４工程と、
前記第４工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第５工程と、
前記第５工程後に冷却して、前記基板と前記第１金属層との間に前記第２工程で前記炭素層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層、及び前記第２金属層の少なくとも一方を残して前記第１金属層、及び前記第２金属層を除去し、前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層、及び前記第２金属層の少なくとも一方で前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項６】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層を形成する第１工程と、
前記炭素層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第２工程と、
前記炭素層、及び前記第２工程で前記炭素層が除去された前記基板の表面側に、グラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を積層して形成する第３工程と、
前記第１金属層の表面側に、前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第４工程と、
前記第４工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第５工程と、
前記第５工程後に冷却して、前記基板と前記第１金属層との間に前記第２工程で前記炭素層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第６工程と、
前記第１金属、及び前記第２金属を除去する第７工程と、
前記第７工程で露出した前記基板の表面側であって前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第８工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項７】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２工程後に熱処理して前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第３工程と、
前記第３工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間にグラフェンを形成させる第４工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第５工程と、
前記グラフェンに厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第６工程と、
前記第６工程で前記グラフェンに形成した前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項８】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２金属層に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して、前記基板と、前記第２金属層が積層された前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層を残して前記第１金属層、及び前記第２金属層を除去し、前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層で前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第６工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項９】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２金属層に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して、前記基板と、前記第２金属層が積層された前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項１０】
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記炭素層、前記第１金属層、及び前記第２金属層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間に前記第３工程で前記炭素層、前記第１金属層、及び前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラフェン基板、及びこの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、その優れた電気的特性や光学的特性から配線材料や透明電極等、様々な応用が期待される。基板の表面に複数の層又は単層で形成されたグラフェンをデバイスに応用する場合、基板からのグラフェンの剥離を抑える必要がある。
例えば、特許文献１には、基板上に形成された絶縁膜にグラフェン膜、及びコンタクト電極が積層して形成され、電極剥離防止層がコンタクト電極の少なくとも一部を覆い、且つ絶縁膜と直接接合している電子デバイスが開示されている。これにより、特許文献１の電子デバイスは、絶縁膜からグラフェン膜の端が剥離することを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４―８６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この電子デバイスは、電極剥離防止層と絶縁膜とでグラフェン膜の端を挟んでいるのみである。このため、この電子デバイスはグラフェン膜が複数の層であっても単層であっても電極剥離防止層と絶縁膜との間から外れるおそれがある。また、電極剥離防止層と絶縁膜とで挟まれていないグラフェン膜の中央部が、絶縁膜から浮き上がるおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、基板に良好に固定されたグラフェンを備えたグラフェン基板、及びこのグラフェン基板の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明のグラフェン基板は、
基板と、
前記基板の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔が形成されたグラフェンと、
前記貫通孔に設けられ、前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部と、
を備えていることを特徴とする。
【０００７】
第１発明のグラフェン基板はグラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。
【０００８】
第２発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を順次積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第１金属層、及び前記第２金属層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記基板と前記第１金属層との間に位置する前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第１金属層、及び前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させ、前記グラフェンの前記貫通孔内に前記炭素層を残して前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
を備えていることを特徴とする。
【０００９】
第２発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、グラフェンを形成する工程において、固定部を形成することができる。つまり、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部を形成することができる。
【００１０】
第３発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層を形成する第１工程と、
前記炭素層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第２工程と、
前記炭素層、及び前記第２工程で前記炭素層が除去された前記基板の表面側に、グラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を積層して形成する第３工程と、
前記第１金属層の表面側に、前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第４工程と、
前記第４工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第５工程と、
前記第５工程後に冷却して、前記基板と前記第１金属層との間に前記第２工程で前記炭素層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層、及び前記第２金属層の少なくとも一方を残して前記第１金属層、及び前記第２金属層を除去し、前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層、及び前記第２金属層の少なくとも一方で前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
第３発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、グラフェンを形成する際に用いる第１金属層、及び第２金属層で固定部を形成することができる。これにより、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部を形成することができる。
【００１２】
第４発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層を形成する第１工程と、
前記炭素層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第２工程と、
前記炭素層、及び前記第２工程で前記炭素層が除去された前記基板の表面側に、グラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を積層して形成する第３工程と、
前記第１金属層の表面側に、前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第４工程と、
前記第４工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第５工程と、
前記第５工程後に冷却して、前記基板と前記第１金属層との間に前記第２工程で前記炭素層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第６工程と、
前記第１金属、及び前記第２金属を除去する第７工程と、
前記第７工程で露出した前記基板の表面側であって前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第８工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第４発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を所望の材料で形成することができる。
【００１４】
第５発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２工程後に熱処理して前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第３工程と、
前記第３工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間にグラフェンを形成させる第４工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第５工程と、
前記グラフェンに厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第６工程と、
前記第６工程で前記グラフェンに形成した前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１５】
第５発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を所望の材料で形成することができる。
【００１６】
第６発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２金属層に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して、前記基板と、前記第２金属層が積層された前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層を残して前記第１金属層、及び前記第２金属層を除去し、前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に位置する前記第１金属層で前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第６工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１７】
第６発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェンに形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、グラフェンを形成する際に用いる第１金属層で固定部を形成することができる。これにより、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部を形成することができる。
【００１８】
第７発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記第２金属層に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して、前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して、前記基板と、前記第２金属層が積層された前記第１金属層との間に前記第３工程で前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１９】
第７発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、固定部を所望の材料で形成することができる。
【００２０】
第８発明のグラフェン基板の製造方法は、
基板の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である第１金属を含む第１金属層を所望の順に積層する第１工程と、
前記第１工程後に前記Ｃを前記第１金属層の表面側に析出させない第２金属を含む第２金属層を積層して形成する第２工程と、
前記炭素層、前記第１金属層、及び前記第２金属層に厚み方向に貫通した貫通孔をパターニングする第３工程と、
前記第３工程後に熱処理して前記炭素層を前記第１金属層に溶解させる第４工程と、
前記第４工程後に冷却して前記基板と前記第１金属層との間に前記第３工程で前記炭素層、前記第１金属層、及び前記第２金属層にパターニングされた前記貫通孔の形状を有したグラフェンを形成させる第５工程と、
前記第１金属層と前記第２金属層とを除去する第６工程と、
前記グラフェンの前記貫通孔、及び前記グラフェンの前記貫通孔の周囲に前記グラフェンを前記基板の表面に固定する固定部を形成する第７工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００２１】
第８発明のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン形成された貫通孔に固定部を設けることによって、グラフェンを基板に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、基板の表面に対してグラフェンの位置がずれることなくグラフェンを基板に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、炭素層、第１金属層、及び第２金属層をパターニングする。つまり、炭素層、第１金属層、及び第２金属層の全てをパターニングするため、このグラフェン基板の製造方法はどの層までエッチングするのかを精密に制御する必要がなく、基板の表面までパターニングすることができる。また、このグラフェン基板の製造方法は固定部を所望の材料で形成することができる。
【００２２】
したがって、本発明のグラフェン基板は基板に良好に固定されたグラフェンを備え、本発明のグラフェン基板の製造方法は、基板に良好に固定されたグラフェンを備えたグラフェン基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図２】実施例２のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図３】実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図４】実施例６のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図５】実施例７のサンプルをラマン散乱分光法で評価した結果を示すグラフである。
【図６】実施例８、９のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図７】実施例１０のサンプルの第１金属層及び第２金属層を王水でエッチングして除去する前の表面の状態、及びラマン散乱分光法で評価した結果であって、（Ａ）はサンプルの表面の状態を示し、（Ｂ）は第１金属層の表面に第２金属層が積層されていない領域の表面を評価した結果であり、（Ｃ）は第１金属層の表面に第２金属層が積層されている領域の表面を評価した結果である。
【図８】実施例１０のサンプルの第１金属層及び第２金属層を王水でエッチングして除去した後の表面の状態、及びラマン散乱分光法で評価した結果であって、（Ａ）はサンプルの表面の状態を示し、（Ｂ）は第１金属層の表面に第２金属層が積層されていなかった領域の表面を評価した結果であり、（Ｃ）は第１金属層の表面に第２金属層が積層されていた領域の表面を評価した結果である。
【図９】実施例１１のグラフェン基板の製造方法を示す概略図である。
【図１０】実施例１２、１３のサンプルを示す概略図である。
【図１１】実施例１４のサンプルを示す概略図である。
【図１２】実施例１５〜１８のサンプルを示す概略図である。
【図１３】実施例１９、２０のサンプルを示す概略図である。
【図１４】実施例２１、２２のサンプルを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明における好ましい実施の形態を説明する。
【００２５】
第１発明の固定部は、グラフェンの表面に係止する係止部を有し得る。この場合、基板の表面に形成されたグラフェンが係止部によって係止されているため、グラフェンを確実に基板に固定することができる。
【００２６】
第２発明のグラフェン基板の製造方法は、
第５工程でグラフェンの貫通孔内に残された炭素層を除去する第７工程と、炭素層が除去されたグラフェンの貫通孔、及びグラフェンの貫通孔の周囲にグラフェンを基板の表面に固定する固定部を形成する第８工程とを備え得る。この場合、所望の材料で固定部を形成することができる。
【００２７】
次に、本発明のグラフェン基板、及びこの製造方法を具体化した実施例１〜２２について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
＜実施例１＞
実施例１のグラフェン基板の製造方法は、先ず、図１（Ａ）に示すように、基板であるサファイア基板１０を用意する。そして、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットする（図示せず。）。サファイア基板１０は（０００１）面が表面（表は図１における上側である。以下同じ）である。この真空蒸着装置は電子ビーム蒸着を実行することができる。
【００２９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、サファイア基板１０の表面にＣ（炭素）を含む炭素層１１を蒸着して積層する。具体的には、炭素層１１はアモルファスカーボンで形成されている。炭素層１１の層厚は所望するグラフェンの厚みに応じて変化させることができ、炭素層１１の層厚が大きくなると、形成されるグラフェンの層厚が大きくなる。炭素層１１の層厚は、例えば、５ｎｍとする。次に、図１（Ｃ）に示すように、炭素層１１の表面に触媒金属であり第１金属であるＮｉ（ニッケル）を蒸着して第１金属層１２を積層する。第１金属層１２の層厚はおよそ３００ｎｍが好ましい。こうして、サファイア基板１０の表面側に、Ｃ（炭素）を含む炭素層１１、及びグラフェンの形成に利用する触媒金属である（ニッケル）を含む第１金属層１２を順次積層する（第１工程）。
【００３０】
次に、図１（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０の表面に積層された第１金属層１２の表面に第２金属であるＷ（タングステン）を含む、又はＷ（タングステン）で形成された第２金属層１３を蒸着して積層する。第２金属層１３の層厚はおよそ２０ｎｍが好ましい。こうして、第１工程後にＷ（タングステン）を含む第２金属層１３を積層して形成する（第２工程）。
【００３１】
次に、図１（Ｅ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバーから取り出して、第２金属層１３の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。
【００３２】
次に、図１（Ｆ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲは貫通孔Ｒ１が形成されるようにパターニングされる。また、レジストＲが除去された領域は第２金属層１３の表面が露出する。なお、レジストＲは場合によってポジ型、又はネガ型を選択して用いることができる。
【００３３】
次に、図１（Ｇ）に示すように、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、第２金属層１３を王水でエッチングしてパターニングする。なお、王水でのエッチングの代わりにＲＩＥ等のドライエッチングを用いてもよい。この場合、炭素層１１まで除去されないように、エッチングの深さが深くなり過ぎないようにしなければならない。こうして、第１金属層１２、及び第２金属層１３に厚み方向に貫通した貫通孔１４をパターニングする（第３工程）。そして、図１（Ｈ）に示すように、サファイア基板１０の第２金属層１３の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。こうして、第１金属層１２、及び第２金属層１３に貫通孔１４を形成することができる。
【００３４】
次に、図１（Ｊ）に示すように、サファイア基板１０に熱処理を施す。詳しくは、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３が積層されたサファイア基板１０を熱処理装置内にセットする（図示せず。）。熱処理装置は赤外線ランプアニール装置である。そして、このサファイア基板１０をセットした状態で熱処理装置内を真空状態、又は熱処理装置内に不活性ガスを供給した状態にする。そして、このサファイア基板１０の温度を所定の温度まで上昇させる。所定の温度はおよそ５００℃〜１０００℃であり、好ましくは７００℃〜９００℃である。また、所定の温度に昇温する度合いはおよそ１００℃／分である。そして、このサファイア基板１０に対して所定の時間の熱処理を施す。所定の時間はおよそ１分以上であり、好ましくはおよそ１５分〜３０分である。このとき、第１金属層１２が積層した領域の炭素層１１のＣ（炭素）が第１金属層１２に溶解する。また、第１金属層１２に溶解して第１金属層１２の表面側に拡散したＣ（炭素）と第２金属層１３のＷ（タングステン）とが結合して、第１金属層１２の表面にタングステンカーバイド層１３Ａが形成される。タングステンカーバイド層１３Ａは第１金属層１２の表面に緻密に形成される。また、このとき、第１金属層１２と第２金属層１３とが除去された領域に位置する炭素層１１はアモルファスカーボンとしてサファイア基板１０の表面に形成された状態を維持している。こうして、第３工程後に熱処理して、サファイア基板１０と第１金属層１２との間に位置する炭素層１１を第１金属層１２に溶解させる（第４工程）。
【００３５】
次に、図１（Ｋ）に示すように、熱処理装置内にサファイア基板１０をセットした状態で、サファイア基板１０の温度を急激に下げる。すると、第１金属層１２に溶解した炭素層１１のＣ（炭素）がサファイア基板１０の表面にグラフェン１１Ａとして析出して形成される。これは、タングステンカーバイド層１３Ａが第１金属層１２の表面に緻密に形成されているため、第１金属層１２に溶解したＣ（炭素）が第１金属層１２の表面に析出して形成されることが阻止されるためと考えられる。つまり、Ｗ（タングステン）を含む第２金属層１３はＣ（炭素）を第１金属層１２の表面側に析出して形成させない。また、このとき、第１金属層１２と第２金属層１３とが除去された領域に位置する炭素層１１はアモルファスカーボンとしてサファイア基板１０の表面に形成された状態を維持している。つまり、第１金属層１２と第２金属層１３とが積層されたサファイア基板１０の表面にのみグラフェン１１Ａが析出して形成される。また、サファイア基板１０を冷却する際、サファイア基板１０の温度を徐々に下げると、より結晶品質の良いグラフェン１１Ａを析出して形成させることができると考えられる。こうして、第４工程後に冷却してサファイア基板１０と第１金属層１２との間に第３工程で第１金属層１２、及び第２金属層１３にパターニングされた貫通孔１４の形状を有したグラフェン１１Ａを形成させ、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ内に炭素層１１を残してグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１１Ｃを形成する（第５工程）。
【００３６】
次に、図１（Ｌ）に示すように、サファイア基板１０を熱処理装置内から取り出し、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する。エッチングの時間は２４時間以上である。また、このとき、第１金属層１２と第２金属層１３とが除去された領域に位置する炭素層１１はアモルファスカーボンとしてサファイア基板１０の表面に形成された状態を維持している。こうして、第１金属層１２と第２金属層１３とを除去する（第６工程）。以上が、実施例１のグラフェン基板の製造方法である。
【００３７】
こうして形成されたグラフェン基板１はグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに炭素層１１（すなわち、アモルファスカーボン）が配置されている。アモルファスカーボンの構造は、不規則に複数の炭素原子が連結された構造である。このため、グラフェン基板１は、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに配置された炭素層１１によって、グラフェン１１Ａがサファイア基板１０から剥離することを抑えることができる。こうして得られたグラフェン基板１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１１Ｃとを備えている。
【００３８】
このように、実施例１のグラフェン基板１は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１１Ｃを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、このグラフェン基板１は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例１のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１１Ｃを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、このグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。また、このグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａを形成する工程において、固定部１１Ｃを形成することができる。つまり、このグラフェン基板の製造方法は、固定部１１Ｃを形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部１１Ｃを形成することができる。
【００３９】
したがって、実施例１のグラフェン基板１はサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、本発明のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板１を製造することができる。
【００４０】
＜実施例２＞
実施例２のグラフェン基板の製造方法は、実施例１において、固定部１１Ｃとしてグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに形成された状態を維持している炭素層１１を除去した後、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に所望の材料５０を蒸着して積層し固定部５０Ａを形成する点等が実施例１と異なる。他の工程は実施例１と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００４１】
実施例２のグラフェン基板の製造方法は、図２（Ａ）に示すように、実施例１において固定部１１Ｃとしてグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに形成された状態を維持している炭素層１１を除去する。具体的には、およそ３００℃の酸素雰囲気でサファイア基板１０に熱処理を施して、サファイア基板１０の表面に形成された固定部１１Ｃである炭素層１１のみを選択的に除去することができる。これにより、第１金属層１２、及び第２金属層１３に形成された貫通孔１４の形状を有したグラフェン１１Ａのみがサファイア基板１０の表面に形成された状態になる。こうして、実施例１の第５工程でグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ内に残された炭素層１１を除去する（第７工程）。
【００４２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、露出したグラフェン１１Ａの表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図２（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、炭素層１１が除去されたグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域のレジストＲをパターニングして除去する。
【００４３】
そして、図２（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットして、所望の材料５０を蒸着して積層する。所望の材料５０は、例えば、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）等の金属や、ＳｉＯ2（２酸化ケイ素）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）等の絶縁体である。なお、所望に応じてこれらの材料を層状に蒸着して積層することもできる。
【００４４】
そして、図２（Ｅ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された所望の材料５０も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂと、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成することができる。また、グラフェン１１Ａの表面から突出した固定部５０Ａには、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの大きさより大きい外形の係止部５０Ｂが形成される。これにより、このグラフェン基板２はグラフェン１１Ａの表面に係止部５０Ｂが係止する。こうして、炭素層１１が除去されたグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する（第８工程）。以上が、実施例２のグラフェン基板の製造方法である。また、こうして得られたグラフェン基板２は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａとを備えている。また、固定部５０Ａはグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。
【００４５】
このように、実施例２のグラフェン基板２は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例２のグラフェン基板２は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例２のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例２のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
【００４６】
したがって、実施例２のグラフェン基板２もサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、実施例２のグラフェン基板の製造方法も、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板２を製造することができる。
【００４７】
また、実施例２のグラフェン基板２の固定部５０Ａは、グラフェン１１Ａの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。このため、実施例２のグラフェン基板２は、サファイア基板１０の表面に形成されたグラフェン１１Ａが係止部５０Ｂによって係止されているため、グラフェン１１Ａを確実にサファイア基板１０に固定することができる。
【００４８】
また、実施例２グラフェン基板の製造方法は、実施例１の第５工程でグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ内に残された炭素層１１を除去する第７工程と、炭素層１１が除去されたグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する第８工程とを備えている。このため、実施例２のグラフェン基板の製造方法は、所望の材料５０で固定部５０Ａを形成することができる。
【００４９】
＜実施例３〜５＞
実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０に形成された炭素層１１のみをパターニングする点等が実施例１及び２と異なる。他の工程は実施例１及び２と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００５０】
実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法は、図３（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面に炭素層１１を蒸着して積層して形成する（第１工程）。そして、炭素層１１の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図３（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲは貫通孔Ｒ１が形成されるようにパターニングされる。また、レジストＲが除去された領域は炭素層１１の表面が露出する。
【００５１】
次に、図３（Ｃ）に示すように、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて、レジストＲが除去された領域の炭素層１１をパターニングして除去する。炭素層１１が除去された領域はサファイア基板１０の表面が露出する。このとき、炭素層１１にはレジストＲに形成された貫通孔Ｒ１の形状が貫通孔１１Ｂとして形成される。つまり、炭素層１１には厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂがパターニングされる（第２工程）。また、炭素層１１に貫通孔１１Ｂが形成された領域はサファイア基板１０の表面が露出する。
【００５２】
そして、図３（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０の炭素層１１の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。
【００５３】
次に、図３（Ｅ）に示すように、炭素層１１、及び露出したサファイア基板１０の表面に第１金属であるＮｉ（ニッケル）を含む第１金属層１２を蒸着して積層する（第３工程）。そして、第１金属層１２の表面に第２金属であるＷ（タングステン）を含む第２金属層１３を蒸着して積層する（第４工程）。そして、熱処理装置を用いた熱処理によってサファイア基板１０に積層された炭素層１１を第１金属層１２に溶解させる（第５工程）。そして、サファイア基板１０を冷却すると、第１金属層１２に溶解した炭素層１１のＣ（炭素）がサファイア基板１０と第１金属層１２との間にグラフェン１１Ａとして析出して形成される。このとき、グラフェン１１Ａの外形は、パターニングされた炭素層１１の外形と同じである。つまり、第２工程で炭素層１１にパターニングされた貫通孔１０Ａの形状を有したグラフェン１１Ａが形成される（第６工程）。こうして、グラフェン１１Ａには貫通孔１１Ｂが形成される。また、第１金属層１２の表面にはタングステンカーバイド層１３Ａが形成される。
【００５４】
次に、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定する固定部を形成する。ここで、実施例３〜５のそれぞれで固定部を形成する工程が異なるため、それぞれの工程について説明する。
【００５５】
実施例３の場合、図３（Ｆ）に示すように、第６工程を実行した後、レジストＲを第２金属層１３の表面にスピンコート法を用いて塗布する。そして、図３（Ｇ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲが残される領域はグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの直上、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域である。
【００５６】
次に、図３（Ｈ）に示すように、サファイア基板１０に積層され、レジストＲに覆われていない領域の第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する。そして、図３（Ｊ）に示すように、サファイア基板１０の第２金属層１３の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。こうして、第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３でグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定する固定部１５を形成することができる。つまり、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２、及び第２金属層１３を残して第１金属層１２、及び第２金属層１３を除去し、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２、及び第２金属層１３でグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１５を形成する（第７工程）。以上が、実施例３のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板３は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１５とを備えている。また、固定部１５はグラフェンの表面に係止する係止部１５Ａを有している。
【００５７】
実施例４の場合、図３（Ｋ）に示すように、第６工程を実行した後、プラズマを用いたドライエッチングによってタングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を除去して、第１金属層１２の表面を露出させる。そして、図３（Ｌ）に示すように、露出した第１金属層１２の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布し、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲが残される領域はグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの直上、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域である。
【００５８】
次に、図３（Ｍ）に示すように、サファイア基板１０に積層され、レジストＲに覆われていない領域の第１金属層１２を王水でエッチングして除去する。そして、図３（Ｎ）に示すように、サファイア基板１０の第１金属層１２の表面に外形に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。こうして、第１金属層１２でグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定する固定部１６を形成する。なお、第５工程における熱処理の温度を７００℃以上にした場合、第１金属層１２と第２金属層１３とが合金化するため、第２金属層１３のみを除去することが困難になる。このため、第１金属層１２で固定部１６を形成する場合、第５工程における熱処理の温度が７００℃以下であることが好ましい。こうして、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２を残して第１金属層１２、及び第２金属層１３を除去し、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２でグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１６を形成する（第７工程）。以上が、実施例４のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板４は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１６とを備えている。また、固定部１６はグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部１６Ａを有している。
【００５９】
実施例５の場合、図３（Ｐ）に示すように、第６工程を実行した後、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する（第７工程）。こうして、サファイア基板１０の表面に形成されたグラフェン１１Ａ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに位置するサファイア基板１０の表面が露出する。
【００６０】
次に、図３（Ｑ）に示すように、グラフェン１１Ａ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに位置するサファイア基板１０の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。次に、図３（Ｒ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域に塗布されたレジストＲをパターニングして除去する。
【００６１】
そして、図３（Ｓ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットして、所望の材料５０を蒸着して積層する。そして、図３（Ｔ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された所望の材料５０も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、第７工程で露出したサファイア基板１０の表面側であってグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する（第８工程）。以上が、実施例５のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板５は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａとを備えている。また、固定部５０Ａはグラフェンの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。
【００６２】
このように、実施例３〜５のグラフェン基板３，４，５は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１５，１６，５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例３〜５のグラフェン基板３，４，５、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１５，１６，５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例３、４のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａを形成する際に用いる第１金属層１２、及び第２金属層１３の少なくとも一方で固定部１５，１６を形成することができる。これにより、実施例３、４のグラフェン基板の製造方法は、固定部１５，１６を形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部１５，１６を形成することができる。
また、実施例５のグラフェン基板の製造方法は、固定部５０Ａを所望の材料５０で形成することができる。
【００６３】
したがって、実施例３〜５のグラフェン基板３，４，５もサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、実施例３〜５のグラフェン基板の製造方法も、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板３，４，５を製造することができる。
【００６４】
＜実施例６、７＞
実施例６のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０上に形成されたグラフェンをパターニングする点等が実施例１〜５と異なる。他の工程は実施例１〜５と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００６５】
実施例６のグラフェン基板の製造方法は、図４（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面に炭素層１１と第１金属層１２とを所望の順に蒸着して積層する（第１工程）。なお、実施例６では、炭素層１１を積層した後、第１金属層１２を積層する。そして、第１金属層１２の表面に第２金属層１３を蒸着して積層する（第２工程）。そして、熱処理装置を用いた熱処理によってサファイア基板１０に積層された炭素層１１を第１金属層１２に溶解させる（第３工程）。そして、サファイア基板１０を冷却すると、図４（Ｂ）に示すように、第１金属層１２に溶解した炭素層１１のＣ（炭素）がサファイア基板１０の表面にグラフェン１１Ａとして析出して形成される。こうして、第３工程後に冷却してサファイア基板１０と第１金属層１２との間にグラフェン１１Ａを形成させる（第４工程）。また、第１金属層１２の表面にはタングステンカーバイド層１３Ａが形成される。このとき、グラフェン１１Ａは、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３が積層された領域のサファイア基板１０の表面の全体に亘り形成される。
【００６６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する（第５工程）。こうして、サファイア基板１０の表面に形成されたグラフェン１１Ａの表面が露出する。
【００６７】
次に、図４（Ｄ）に示すように、露出したグラフェン１１Ａの表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図４（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲは貫通孔Ｒ１が形成されるようにパターニングされる。次に、図４（Ｆ）に示すように、サファイア基板１０に積層されて、レジストＲが除去された領域のグラフェン１１ＡをＲＩＥ等のドライエッチングを施して除去する。このとき、パターニングされたレジストＲの貫通孔Ｒ１が位置する領域のグラフェン１１Ａが除去される。こうして、グラフェン１１Ａに厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂをパターニングする（第６工程）。そして、図４（Ｇ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。
【００６８】
次に、図４（Ｈ）に示すように、グラフェン１１Ａ、及び露出したサファイア基板１０の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図４（Ｊ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域に塗布されたレジストＲをパターニングして除去する。
【００６９】
そして、図４（Ｋ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットして、所望の材料５０を蒸着して積層する。そして、図４（Ｌ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された所望の材料５０も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、第６工程でグラフェン１１Ａに形成した貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する（第７工程）。以上が、実施例６のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板６は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａとを備えている。また、固定部５０Ａはグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。
【００７０】
ここで、実施例６のグラフェン基板の製造方法の第１工程〜第５工程を実行して実施例７のサンプルを用意した。実施例７のサンプルはサファイア基板の表面に５ｎｍの厚みの炭素層、３００ｎｍの厚みの第１金属層、及び２５ｎｍの厚みの第２金属層をこの順番で蒸着して積層している。このサンプルは真空度が１０-5〜１０-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気で９００℃で３０分間の熱処理が施された後、温度が急激に下げられている。また、このサンプルは王水でエッチングが施されている。
【００７１】
実施例７のサンプルをラマン散乱分光法で評価した結果を図５に示す。ラマン散乱分光法はグラフェンの評価において一般的に用いられている。グラフェンはＤピーク、Ｇピーク、及びＧ’ピークの３種類のラマンピークを基にして評価することができる。Ｄピークはグラフェンの構造欠陥、及びグラフェンのエッジに由来するピークである。Ｇピークはグラフェンの面内振動、及びｓｐ２結合に由来するピークである。Ｇ’ピークはグラフェン層構造の評価に利用することができるピークである。なお、ラマン散乱分光法を用いてグラフェンを評価した結果において、Ｇピーク及びＧ’ピークが出現している場合、グラフェンが形成されていることを示す。また、Ｇピーク及びＧ’ピークのそれぞれのピークの大きさを比べることによって形成されたグラフェンの積層された層数が分かる。実施例７のサンプルはグラフェン由来のピークであるＧピーク及びＧ’ピークが現れている。これにより、実施例７のサンプルはサファイア基板の表面に直接グラフェンが形成されていることが分かった。
【００７２】
このように、実施例６のグラフェン基板６は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例６のグラフェン基板６は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例６のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例６のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。また、実施例６のグラフェン基板の製造方法は、固定部５０Ａを所望の材料５０で形成することができる。
【００７３】
したがって、実施例６のグラフェン基板６もサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、実施例６のグラフェン基板の製造方法も、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板６を製造することができる。
【００７４】
＜実施例８〜１０＞
実施例８、９のグラフェン基板の製造方法は、第２金属層のみをパターニングする点等が実施例１〜７と異なる。他の工程は実施例１〜７と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００７５】
実施例８、９のグラフェン基板の製造方法は、図６（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面に炭素層１１と第１金属層１２とを所望の順に蒸着して積層する（第１工程）。なお、実施例８、９では、炭素層１１を積層した後、第１金属層１２を積層する。そして、第１金属層１２の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図６（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲパターニングする。このとき、レジストＲが残される領域の外形は後述するグラフェン１１Ａに形成される貫通孔１１Ｂの外形を有している。また、レジストＲが除去された領域は第１金属層１２の表面が露出する。そして、図６（Ｃ）に示すように、レジストＲの表面、及び露出した第１金属層１２の表面に第２金属層１３を蒸着して積層する。こうして、第１工程後に第２金属であるＷ（タングステン）を含む第２金属層１３を積層して形成する（第２工程）。
【００７６】
そして、図６（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０の第１金属層１２の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された第２金属層１３も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、第１金属層１２の表面に積層された第２金属層１３に貫通した貫通孔１３Ｂをパターニングする（第３工程）。これにより、第１金属層１２の表面に形成されたレジストＲの外形が第２金属層１３に反映されて、第２金属層１３に貫通孔１３Ｂが形成される。
【００７７】
そして、熱処理装置を用いた熱処理によってサファイア基板１０に積層された炭素層１１を第１金属層１２に溶解させる（第４工程）。そして、サファイア基板１０を冷却すると、図６（Ｅ）に示すように、第２金属層１３が積層された領域であり、サファイア基板１０の表面と第１金属層１２との間にはグラフェン１１Ａが析出して形成される。また、第２金属層１３が積層されていない領域（すなわち、第１金属層の表面が露出した領域）であり、第１金属層１２の表面にはグラフェン１１Ｄが析出して形成される。第２金属層１３が積層された領域の第１金属層１２の表面にはタングステンカーバイド層１３Ａが形成される。こうして、第４工程後に冷却して、サファイア基板１０と、第２金属層１３が積層された第１金属層１２との間に第３工程で第２金属層１３にパターニングされた貫通孔１３Ｂの形状を有したグラフェン１１Ａが形成される（第５工程）。こうして、グラフェン１１Ａには貫通孔１１Ｂが形成される。つまり、サファイア基板１０の表面に析出して形成されたグラフェン１１Ａの外形は、パターニングされた第２金属層１３の外形と同じ外形になる。
【００７８】
次に、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定する固定部を形成する。ここで、実施例８、９のそれぞれで固定部を形成する工程が異なるため、それぞれの工程について説明する。
【００７９】
実施例８の場合、図６（Ｆ）に示すように、第５工程を実行した後、タングステンカーバイド層１３Ａ、第１金属層１２の表面に形成されたグラフェン１１Ｄ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去して、第１金属層１２の表面を露出させて、レジストＲを露出した第１金属層１２の表面にスピンコート法を用いて塗布する。そして、図６（Ｇ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲが残される領域はグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの直上、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域である。
【００８０】
次に、図６（Ｈ）に示すように、サファイア基板１０に積層されて、レジストＲに覆われていない領域の第１金属層１２を王水でエッチングして除去する。そして、図６（Ｊ）に示すように、サファイア基板１０の第２金属層１２の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。こうして、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２を残して第１金属層１２、及び第２金属層１３を除去し、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲に位置する第１金属層１２でグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１６を形成する（第６工程）。以上が、実施例８のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板７は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部１６とを備えている。また、固定部１６はグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部１６Ａを有している。
【００８１】
実施例９の場合、図６（Ｋ）に示すように、第５工程を実行した後、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、第１金属層１２の表面に形成されたグラフェン１１Ｄ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する（第６工程）。こうして、サファイア基板１０の表面に形成されたグラフェン１１Ａ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに位置するサファイア基板１０の表面が露出する。
【００８２】
次に、図６（Ｌ）に示すように、グラフェン１１Ａ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂに位置するサファイア基板１０の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。次に、図６（Ｍ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域に塗布されたレジストＲをパターニングして除去する。
【００８３】
そして、図６（Ｎ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットして、所望の材料５０を蒸着して積層する。そして、図６（Ｐ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された所望の材料５０も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する（第７工程）。以上が、実施例９のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板８は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａとを備えている。また、固定部５０Ａはグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。
【００８４】
ここで、実施例８、９のグラフェン基板の製造方法の第１工程〜第５工程を実行して実施例１０のサンプルを用意した。実施例１０のサンプルはサファイア基板１０の表面に５ｎｍの厚みの炭素層、３００ｎｍの厚みの第１金属層１２、及び２５ｎｍの厚みの第２金属層１３をこの順番で蒸着して積層している。また、このサンプルはフォトリソグラフィを用いて、第１金属層１２の表面に複数の第２金属層１３のパターンを形成している。詳しくは、図７（Ａ）に示すように、これら第２金属層１３は上方からの平面視においてそれぞれが帯状をなしている。これら第２金属層１３は帯状の左右方向の幅の寸法Ｍ１がおよそ２４μｍである。また左右方向に隣り合う帯状の第２金属層１３の間の寸法Ｍ２はおよそ６μｍである。つまり、これら帯状の第２金属層１３は第１金属層１２の表面に等間隔の縞状に配置して形成されている。このサンプルは真空度が１０-5〜１０-6Ｔｏｒｒである真空雰囲気で９００℃で３０分間の熱処理が施された後、冷却されている。
【００８５】
図７（Ｂ）、（Ｃ）に、実施例１０のサンプルの第１金属層１２及び第２金属層１３のそれぞれの表面をラマン散乱分光法で評価した結果を示す。第１金属層１２の表面に第２金属層１３が積層された領域の表面ではグラフェン由来のピークであるＧピーク及びＧ’ピークが現れなかった（図７（Ｃ）参照。）。これに対し、第１金属層１２の表面に第２金属層１３が積層されていない領域の表面ではグラフェン由来のピークであるＧピーク及びＧ’ピークが現れた（図７（Ｂ）参照。）。つまり、第１金属層１２の表面に第２金属層１３が積層されていない領域の表面にはグラフェン１１Ｄが形成されることがわかった。
【００８６】
次に、実施例１０のサンプルを王水でエッチングした。これにより、実施例１０のサンプルは第１金属層１２及び第２金属層１３が除去される。図８（Ｂ）、（Ｃ）に、王水でエッチングした後の実施例１０のサンプルの表面をラマン散乱分光法で評価した結果を示す。第１金属層１２の表面に第２金属層１３が積層されていた領域の表面ではグラフェン由来のピークであるＧピーク及びＧ’ピークが現れた（図８（Ｃ）参照。）。これに対し、第１金属層１２の表面に第２金属層１３が積層されていなかった領域の表面ではグラフェン由来のピークであるＧピーク及びＧ’ピークが現れなかった（図８（Ｂ）参照。）。これらのことから、第２金属層１３を所定の回路パターンに形成することによって、第２金属層１３の所定の回路パターンを反映したグラフェン１１Ａを直接サファイア基板１０の表面に形成できることがわかった。
【００８７】
このように、実施例８、９のグラフェン基板７，８は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１６，５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例８、９のグラフェン基板７，８は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例８、９のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部１６，５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例８、９グラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例８のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａを形成する際に用いる第１金属層１２で固定部１６を形成することができる。これにより、このグラフェン基板の製造方法は、固定部１６を形成するための工程を新たに設ける必要がなく、容易に固定部１６を形成することができる。
また、実施例９のグラフェン基板の製造方法は、固定部５０Ａを所望の材料５０で形成することができる。
【００８８】
したがって、実施例８、９のグラフェン基板７，８もサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、実施例８、９のグラフェン基板の製造方法も、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板７，８を製造することができる。
【００８９】
＜実施例１１＞
実施例１１のグラフェン基板の製造方法は、炭素層、第１金属層、及び第２金属層をパターニングする点等が実施例１〜１０と異なる。他の工程は実施例１〜１０と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し、同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００９０】
実施例１１のグラフェン基板の製造方法は、図９（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面に炭素層１１と第１金属層１２とを所望の順に蒸着して積層する（第１工程）。なお、実施例１１では、炭素層１１を積層した後、第１金属層１２を積層する。そして、第１金属層１２の表面に第２金属層１３を蒸着して積層する（第２工程）。
【００９１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、第２金属層１３の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。そして、図９（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、レジストＲをパターニングする。このとき、レジストＲは貫通孔Ｒ１が形成されるようにパターニングされる。また、レジストＲが除去された領域は第２金属層１３の表面が露出する。
【００９２】
次に、図９（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０に積層されて、レジストＲが除去された領域の炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３をＲＩＥ等のドライエッチングを施して除去する。こうして、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３に厚み方向に貫通した貫通孔１７をパターニングする（第３工程）。そして、図９（Ｅ）に示すように、サファイア基板１０の第２金属層１３の表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。
【００９３】
そして、熱処理装置を用いた熱処理によってサファイア基板１０に積層された炭素層１１を第１金属層１２に溶解させる（第４工程）。そして、サファイア基板１０を冷却すると、図９（Ｆ）に示すように、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３が積層された領域のサファイア基板１０の表面にはグラフェン１１Ａが析出して形成される。また、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３が積層されていない領域（すなわち、サファイア基板１０の表面が露出した領域）にはグラフェンが析出して形成されることがない。また、第１金属層１２の表面にはタングステンカーバイド層１３Ａが形成される。こうして、第４工程後に冷却してサファイア基板１０と第１金属層１２との間に第３工程で炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３にパターニングされた貫通孔１７の形状を有したグラフェンを形成させる（第５工程）。こうして、グラフェン１１Ａには貫通孔１１Ｂが形成される。
【００９４】
次に、図９（Ｇ）に示すように、サファイア基板１０に積層された第１金属層１２、タングステンカーバイド層１３Ａ、及び第２金属層１３を王水でエッチングして除去する（第６工程）。こうして、サファイア基板１０の表面に形成されたグラフェン１１Ａの表面が露出する。
【００９５】
次に、図９（Ｈ）に示すように、露出したグラフェン１１Ａの表面、及びサファイア基板１０の表面にスピンコート法を用いてレジストＲを塗布する。次に、図９（Ｊ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂと、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲の領域とに塗布されたレジストＲをパターニングして除去する。
【００９６】
そして、図９（Ｋ）に示すように、サファイア基板１０を真空蒸着装置のチャンバー内にセットして、所望の材料５０を蒸着して積層する。そして、図９（Ｌ）に示すように、サファイア基板１０のグラフェン１１Ａの表面に形成されたレジストＲをアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。このとき、レジストＲの表面に蒸着して積層された所望の材料５０も、レジストＲと共に除去される（リフトオフする。）。こうして、グラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂ、及びグラフェン１１Ａの貫通孔１１Ｂの周囲にグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａを形成する（第７工程）。以上が、実施例１１のグラフェン基板の製造方法である。こうして得られたグラフェン基板９は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０の表面側に積層され、厚み方向に貫通した貫通孔１１Ｂが形成されたグラフェン１１Ａと、貫通孔１１Ｂに設けられ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定する固定部５０Ａとを備えている。また、固定部５０Ａはグラフェン１１Ａの表面に係止する係止部５０Ｂを有している。
【００９７】
このように、実施例１１のグラフェン基板９は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例１１のグラフェン基板９は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。
また、実施例１１のグラフェン基板の製造方法は、グラフェン１１Ａに形成された貫通孔１１Ｂに固定部５０Ａを設けることによって、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０に固定することができる。このため、実施例１１のグラフェン基板の製造方法は、サファイア基板１０の表面に対してグラフェン１１Ａの位置がずれることなくグラフェン１１Ａをサファイア基板１０に対して固定することができる。また、実施例１１のグラフェン基板の製造方法は、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３をパターニングする。つまり、炭素層１１、第１金属層１２、及び第２金属層１３の全てをパターニングするため、実施例１１のグラフェン基板の製造方法はどの層までエッチングするのかを精密に制御する必要がなく、サファイア基板１０の表面までパターニングすることができる。また、実施例１１のグラフェン基板の製造方法は固定部５０Ａを所望の材料５０で形成することができる。
【００９８】
したがって、実施例１１のグラフェン基板９もサファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備え、実施例１１のグラフェン基板の製造方法も、サファイア基板１０に良好に固定されたグラフェン１１Ａを備えたグラフェン基板９を製造することができる。
【００９９】
＜実施例１２〜２２＞
次に、実施例１〜１１のグラフェン基板の製造方法を用いて作製した実施例１２〜２２のグラフェン基板について図１０〜１４を参照しつつ説明する。
【０１００】
実施例１２のグラフェン基板１０１は、図１０（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面に拡がり形成されたグラフェン１１Ａの外周縁に沿ってアモルファスカーボンである炭素層１１が固定部１１Ｃとして形成されている。これにより、このグラフェン基板１０１はグラフェン１１Ａの外周がサファイア基板１０から剥離することを抑えることができる。
【０１０１】
実施例１３のグラフェン基板１０２は、図１０（Ｂ）に示すように、サファイア基板１０の表面に一方向に伸びるグラフェン１１Ａが設けられている。また、グラフェン１１Ａの長手方向の中間部には所望の数の炭素層１１（アモルファスカーボン）が固定部１１Ｃとして一方向に伸びるグラフェン１１Ａを分断して設けられている。アモルファスカーボンはグラフェンに比べて電気抵抗が大きい。これにより、炭素層１１を設ける数を変えたり、炭素層１１の寸法を変更して炭素層１１によって分断されるグラフェン１１Ａの間の寸法を変更したりすることによって、一方向に伸びるグラフェン１１Ａの両端の間の電気抵抗の大きさを所望の大きさにすることができる。つまり、グラフェン基板１０２は所望の大きさの電気抵抗値を有した回路をサファイア基板１０の表面に形成している。
【０１０２】
実施例１４のグラフェン基板１０３は、図１１に示すように、サファイア基板１０の表面に互いの間に所定の隙間を有して対向する一対のグラフェン１１Ａが形成されている。一対のグラフェン１１Ａのそれぞれには、複数の貫通孔１１Ｂが形成されている。一対のグラフェン１１Ａは貫通孔１１Ｂに設けられた固定部１１５によってサファイア基板１０の表面に固定されている。これにより、このグラフェン基板１０３は一対のグラフェン１１Ａの間に所定の電圧を付与することによって、一対のグラフェン１１Ａの一方に正の電荷を蓄え、他方に負の電荷を蓄えることができる。また、一対のグラフェン１１Ａの互いの間の所定の隙間の寸法を変更したり、対向する長さを変更したりすることによって、蓄える電荷の量を所望の量にすることができる。つまり、グラフェン基板１０３は所望の大きさの電荷を蓄えることができるコンデンサをサファイア基板１０の表面に形成している。
【０１０３】
実施例１５のグラフェン基板１０４は、図１２（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の表面にコ字状にグラフェン１１Ａが形成されている。このグラフェン基板１０４は、このグラフェン１１Ａの各角部には貫通孔１１Ｂが設けられている。コ字状に形成されたグラフェン１１Ａが各角部の貫通孔１１Ｂに設けられた固定部１１５によってサファイア基板１０の表面に固定されている。これら固定部１１５の外形は所望の外形にすることができる。また、固定部２１５のように、グラフェン１１Ａの両側から食み出して形成され、固定部２１５の食み出した部分と貫通孔１１Ｂとでグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定してもよい。なお、固定部２１５の食み出した部分はグラフェン１１Ａの両側に形成してもよく、片側に形成してもよい。これにより、このグラフェン基板１０４はグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に効率よく固定することができる。また、固定部１１５にＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）等の金属を用いることによって、固定部１１５を電極として用いることができる。
【０１０４】
実施例１６のグラフェン基板１０５は、図１２（Ｂ）に示すように、サファイア基板１０の表面に拡がるようにグラフェン１１Ａが形成されている。このグラフェン基板１０５は、グラフェン１１Ａの外周の角部の近傍、及び中央部に貫通孔（図示せず）が設けられている。このグラフェン基板１０５は、グラフェン１１Ａの外周の角部の近傍、及び中央部の貫通孔１１Ｂに設けられた固定部１１５によってサファイア基板１０の表面に固定されている。これにより、このグラフェン基板１０５はグラフェン１１Ａにしわが生じたり、グラフェン１１Ａの中央部がサファイア基板１０の表面から浮き上がったりすることを抑えつつグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定することができる。
【０１０５】
実施例１７のグラフェン基板１０６は、図１２（Ｃ）に示すように、グラフェン１１Ａの外周部に固定部１１５が形成されている。グラフェン１１Ａの外周部には複数の貫通孔１１Ｂが形成されており、固定部１１５は貫通孔１１Ｂを介してグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定している。これにより、このグラフェン基板１０６はグラフェン１１Ａの外周がサファイア基板１０から剥離することを抑えつつ、グラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面に固定することができる。
【０１０６】
実施例１８のグラフェン基板１０７は、図１２（Ｄ）に示すように、サファイア基板１０に一方向に伸びるグラフェン１１Ａが形成されている。また、このグラフェン基板１０７は、グラフェン１１Ａが伸びる方向に並んで設けられた複数の貫通孔（図示せず）のそれぞれに固定部１１５が形成され、グラフェン１１Ａがサファイア基板１０の表面に固定されている。これにより、このグラフェン基板１０７はグラフェン１１Ａをサファイア基板１０の表面により強固に固定することができる。
【０１０７】
実施例１９のグラフェン基板１０８は、図１３（Ａ）に示すように、サファイア基板に代えて、ＳｉＯ2（２酸化ケイ素）やＳｉ（ケイ素）で形成された基板２０に複数の電気素子２１が設けられている。また、このグラフェン基板１０８は基板２０の表面に形成されたグラフェン１１Ａによってこれら電気素子２１同士が電気的に接続されている。グラフェン１１Ａは各角部に設けられた貫通孔（図示せず）に固定部１１５が形成され、グラフェン１１Ａが基板２０の表面に固定されている。つまり、このグラフェン基板１０８は基板２０の表面に電気回路を形成している。
【０１０８】
実施例２０のグラフェン基板１０９は、図１３（Ｂ）に示すように、電気素子２１に接続していないグラフェン１１Ａの縁に沿って固定部１１５が形成されている。グラフェン１１Ａの外周部には複数の貫通孔（図示せず）が形成されており、固定部１１５は貫通孔を介してグラフェン１１Ａを基板２０の表面に固定している。これにより、このグラフェン基板１０９はグラフェン１１Ａの外周が基板２０から剥離することを抑えつつ、グラフェン１１Ａを基板２０の表面に固定することができる。
【０１０９】
実施例２１、２２のグラフェン基板２０１，２０２は、図１４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、サファイア基板に代えてデバイス構造であるＬＥＤ素子を形成したＧａＮ（窒化ガリウム）等の基板３０の表面にグラフェン１１Ａを形成している。グラフェン１１Ａの外形は、上方からの平面視において、Ｌ字状をなしている。グラフェン基板２０１，２０２はグラフェン１１Ａを透明電極として用いる。
【０１１０】
グラフェン基板２０１は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｌ字状をなしたグラフェン１１ＡにＬ字状をなした固定部１１５が積層して形成されている。また、固定部１１５のＬ字状をなした２辺が接する角部は円形状に形成されており、この部分に位置するグラフェン１１Ａに貫通孔１１Ｂが形成されている。なお、固定部にＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）等の金属を用いることによって、固定部を電極として用いることができる。
【０１１１】
グラフェン基板２０２は、図１４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、グラフェン１１Ａの外形に沿うように固定部１１５が形成されている。また、グラフェン１１ＡのＬ字状をなした２辺が接する突出した角部に位置する固定部１１５は、グラフェン１１Ａを覆うように突出して形成されており、この部分に位置するグラフェン１１Ａに貫通孔１１Ｂが形成されている。
【０１１２】
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１〜２２に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１〜１１では、王水を用いてエッチングしているが、これに限らず、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水素水、及びこれらの酸の混合液を用いてエッチングしても良い。
（２）実施例１〜１１では、（０００１）面を表面にしたサファイア基板を用いているが、これに限らず、他の面を表面にしたサファイア基板を用いてもよい。
（３）実施例１〜１８ではサファイア基板を用い、実施例１９、２０ではＳｉ（ケイ素）、ＳｉＯ2（２酸化ケイ素）で形成された基板を用い、実施例２１、２２ではＬＥＤ素子を形成したＧａＮ（窒化ガリウム）を基板として用いているが、これに限らず、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の他の材料を基板として用いても良い。
（４）実施例１〜１１では、炭素層及び第１金属層をそれぞれ１層ずつ積層しているが、これに限らず、炭素層及び第１金属層のそれぞれをより薄くして複数積層しても良い。これにより、より低温で、より短時間で熱処理することができる。
（５）実施例１〜１１では、炭素層及び第１金属層を積層しているが、これに限らず、炭素層及び第１金属層を混合した層であっても良い。
（６）実施例１〜１１では、第１金属層にＮｉ（ニッケル）を用いているが、これに限らず、熱処理によって炭素層のＣ（炭素）が溶解できれば良く、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｃｏ（コバルト）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、及びＳｉ（ケイ素）等の他の材料を用いても良い。
（７）実施例１〜１１は第２金属層としてＷ（タングステン）を用いているが、これに限らず、カーバイド層を形成できれば良く、第２金属層としてＭｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、及びＳｉ（ケイ素）等の他の材料を用いても良い。また、カーバイド層に限らず、Ｃ（炭素）の拡散を抑えるその他の層を形成することができる材料を用いても良い。
（８）貫通孔の外形は、円形に限らず、楕円形、長孔、スリット状、又は多角形状等であってもよい。
（９）実施例１では、炭素層の層厚を変化させることによって、得られるグラフェンの層厚が変えられることを開示しているが、グラフェンを複数の層で形成してもよく、１つの層で形成してもよい。
（１０）実施例２１、２２では、グラフェンの外形形状がＬ字状をなしているがグラフェンの外形形状を円形状、楕円形状、四角形状等にしてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…サファイア基板（基板）
１０Ａ…炭素層にパターニングされた貫通孔
１１…炭素層
１１Ａ…グラフェン
１１Ｂ…グラフェンの貫通孔
１１Ｃ，１５，１６，５０Ａ，１１５，２１５…固定部
１２…第１金属層
１３…第２金属層
１３Ｂ…第２金属層にパターニングされた貫通孔
１４…第１金属層、及び第２金属層にパターニングされた貫通孔
１５Ａ，１６Ａ，５０Ｂ…係止部
１７…炭素層、第１金属層、及び第２金属層にパターニングされた貫通孔
２０，３０…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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