(57)【要約】【課題】グラファイト薄膜に欠陥が生じにくいグラファイト薄膜構造体及びその製造方法を提供すること。【解決手段】グラフェンを含むグラファイト薄膜と、前記グラファイト薄膜における少なくとも一部に接する電極と、を備え、前記電極は、金属Ａ及び炭素を含むことを特徴とするグラファイト薄膜構造体。前記電極の表面に、例えば、前記金属Ａよりも抵抗率が小さい金属Ｂの層を備えることができる。前記金属Ｂとしては、例えば、金、白金、銀、又はそれらの合金が挙げられる。前記電極における炭素の含有率は、０．１〜１０ａｔ％の範囲が好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェンを含むグラファイト薄膜と、
前記グラファイト薄膜における少なくとも一部に接する電極と、
を備え、
前記電極は、金属Ａ及び炭素を含むことを特徴とするグラファイト薄膜構造体。
【請求項２】
前記電極の表面に、前記金属Ａよりも抵抗率が小さい金属Ｂの層を備えることを特徴とする請求項１に記載のグラファイト薄膜構造体。
【請求項３】
前記金属Ｂが、金、白金、銀、又はそれらの合金であることを特徴とする請求項２に記載のグラファイト薄膜構造体。
【請求項４】
前記電極における炭素の含有率が０．１〜１０ａｔ％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のグラファイト薄膜構造体。
【請求項５】
前記金属Ａが、鉄、ニッケル、コバルト、又はそれらの２種以上の合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のグラファイト薄膜構造体。
【請求項６】
前記金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成し、
前記炭素含有金属膜の一部を局所的に熱処理して前記グラファイト薄膜を形成し、
前記炭素含有金属膜のうち、前記一部以外の少なくとも一部を前記電極とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のグラファイト薄膜構造体の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、前記一部に電子線を照射する処理であることを特徴とする請求項６に記載のグラファイト薄膜構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラファイト薄膜構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しい電子材料としてグラフェン、及びその積層体であるグラファイト薄膜に注目が集まっている。グラファイト薄膜の形成方法としては、以下の（１）、（２）の方法が提案されている（特許文献１参照）。
（１）基板上にグラフェンを形成するための金属触媒を用意し、加熱した金属触媒へ炭素を含むガスを供給し、金属触媒上で反応させて炭素を析出させる方法。
（２）基板上にグラフェンを形成するための金属触媒を用意し、加熱した金属触媒へ炭素を含むガスを供給し、金属触媒中に炭素を固溶させ、金属触媒を冷却する過程で金属触媒表面に炭素を析出させる方法。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０７９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
グラファイト薄膜を電気的に利用しようとする場合、グラファイト薄膜と電気的に接続した電極を設ける必要がある。一般的に、電極は純粋な金属から成るため、グラファイト薄膜と電気的に接続した電極を設けると、グラファイト薄膜に含まれるグラフェンが電極中に固溶し、グラファイト薄膜に欠陥が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、グラファイト薄膜に欠陥が生じにくいグラファイト薄膜構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のグラファイト薄膜構造体は、グラフェンを含むグラファイト薄膜と、グラファイト薄膜における少なくとも一部に接する電極とを備え、電極は、金属Ａ及び炭素を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明のグラファイト薄膜構造体において、電極は炭素を含む。そのため、グラファイト薄膜に含まれるグラフェンが電極に固溶しにくい。その結果、グラファイト薄膜の欠陥を抑制できる。
【０００８】
本発明のグラファイト薄膜構造体の製造方法は、金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成し、炭素含有金属膜の一部を局所的に熱処理してグラファイト薄膜を形成し、炭素含有金属膜のうち、前記一部以外の少なくとも一部を電極とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法によれば、グラファイト薄膜を必ずしも転写しなくてもよいため、グラファイト薄膜の欠陥を抑制できる。また、本発明の製造方法によれば、グラファイト薄膜の形成に用いる炭素含有金属膜を電極とすることができるので、電極を別途設ける工程が必須ではなく、グラファイト薄膜の形成後に炭素含有金属膜を除去する工程が必須ではない。よって、グラファイト薄膜構造体の製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】グラファイト薄膜構造体１００の製造方法を表す説明図である。
【図２】グラファイト薄膜構造体１００の製造方法を表す説明図である。
【図３】グラファイト薄膜の一部を除去する工程を含む、グラファイト薄膜構造体１００の製造方法を表す説明図である。
【図４】電極１３上に金属Ｂの層１５が存在するタイプのグラファイト薄膜構造体１００の製造方法を表す説明図である。
【図５】実施例１で製造したグラファイト薄膜構造体におけるレーザ照射部及びその周囲を表す顕微鏡写真である。
【図６】実施例２で製造したグラファイト薄膜構造体におけるレーザ掃引部及びその周囲を表す顕微鏡写真である。
【図７】実施例６で製造したグラファイト薄膜構造体における電子ビーム走査部及びその周囲を表す共焦点レーザ顕微鏡写真である。
【図８】実施例６において電子ビームを走査した場所におけるラマン分光測定の結果を表すチャートである。
【図９】参考例３における電子ビーム照射部及びその周囲を表す共焦点レーザ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を説明する。グラファイト薄膜は、グラフェンから成る薄膜（例えばグラフェンの積層体）であってもよいし、グラフェンと、その他の炭素成分とを含む薄膜であってもよい。
【００１２】
電極は、金属Ａ及び炭素を含む。電極は、金属Ａ及び炭素から成るものであってもよいし、その他の成分を含んでいてもよい。金属Ａとしては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、又はそれらの２種以上の合金が挙げられる。
【００１３】
電極における炭素の含有率は、０．１〜１０ａｔ％であることが好ましい。この範囲内であることにより、グラファイト薄膜の欠陥を一層抑制することができる。また、この範囲内であることにより、後述する方法でグラファイト薄膜を形成することが一層容易となる。
【００１４】
電極は、例えば、その表面に、金属Ａよりも抵抗率が小さい金属Ｂの層を備えることができる。この場合、電極の抵抗が一層小さくなる。前記表面は、電極のどちらの面であってもよい。例えば、基板上に電極を形成する場合、金属Ｂの層は、電極の表面のうち、基板側の表面であってもよいし、基板とは反対側の表面であってもよい。金属Ｂとしては、例えば、金、白金、銀、又はそれらの合金が挙げられる。金属Ｂは、電極の表面の全体を覆っていてもよいし、その一部を覆っていてもよい。
【００１５】
グラファイト薄膜構造体は、例えば、基板を備え、その基板の表面に、グラファイト薄膜及び電極を備えることができる。電極は、例えば、互いに分離した複数の領域に分かれていてもよい。その電極の領域同士は、電気的に分離していてもよいし、グラファイト薄膜を介して電気的に接続していてもよい。
【００１６】
グラファイト薄膜構造体は、例えば、以下のＰ１、Ｐ２の工程を有する製造方法により製造できる。
（Ｐ１）前記金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成する。
（Ｐ２）前記炭素含有金属膜の一部を局所的に熱処理して前記グラファイト薄膜を形成し、前記炭素含有金属膜のうち、前記一部以外の少なくとも一部を前記電極とする。
【００１７】
この製造方法の具体例を図１、及び図２に基き説明する。まず、図１（１）〜（３）、図２（３）に示すように、基板１上に炭素含有金属膜３を形成する。この工程では、図１（２）に示すように、基板１の上に、物理気相堆積法により、炭素原子５、金属原子７を堆積し、炭素含有金属膜３を形成する。この工程は上記（Ｐ１）に該当する。
【００１８】
次に、図１（４）、図２（４）に示すように、炭素含有金属膜３の一部３Ａをレーザ光により局所的に熱処理する。熱処理後、図１（５）、図２（５）に示すように、３Ａの部分では、グラフェンを含むグラファイト薄膜９が基板１上に析出する。また、グラファイト薄膜９上には、部分的に、金属の層１１が残存している。炭素含有金属膜３のうち、３Ａ以外の部分は、そのまま維持され、電極１３となる。この工程は上記（Ｐ２）に該当する。以上の製造方法により、グラファイト薄膜構造体１００が完成する。なお、炭素含有金属膜３における３Ａ以外の部分のうち、一部を電極とし、残りは電極としない（例えば除去する）ようにしてもよい。
【００１９】
炭素含有金属膜を形成する方法としては、例えば、物理気相堆積法（Physical Vapor Deposition）が挙げられる。物理気相堆積法としては、例えば、スパッタ、蒸着等が挙げられる。物理気相堆積法により形成された炭素含有金属膜は、例えば、熱的に非平衡な状態とすることができる。
【００２０】
炭素含有金属膜を物理気相堆積法により形成する方法としては、例えば、炭素を含むガス中で、金属Ａをスパッタする方法が挙げられる。この炭素を含むガスとしては、例えば、炭化水素(例えば、メタン、エタン、エチレン等)を含むガスが挙げられる。この方法によれば、スパッタガスに由来する炭素と、スパッタターゲットに由来する金属Ａとを含む炭素含有金属膜を形成することができる。
【００２１】
また、炭素含有金属膜を物理気相堆積法により形成する別の方法としては、スパッタ装置に、金属Ａのターゲットとともに、炭素（例えばグラファイト）のターゲットも取り付け、同時スパッタにより、金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成する方法がある。また、炭素を金属Ａに加えたものをターゲットとして、金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成してもよい。
【００２２】
炭素含有金属膜の一部を局所的に熱処理する方法は特に限定されず、例えば、レーザ光、電子線、ＬＥＤの光、ハロゲンランプの光等を局所的に照射する方法を用いることができる。炭素含有金属膜のうち熱処理する部分は、例えば、スポット状であってもよいし、直線又は曲線状の部分であってもよい。直線又は曲線状の場合は、レーザ光等を掃引（スキャン）する方法で熱処理を行うことができる。
【００２３】
熱処理における熱処理温度は、金属Ａの融点より低いことが好ましい。このことは、例えば基板と金属Ａとの不要な反応を抑制する点で有利である。熱処理は、高真空下で行ってもよいし、不活性ガス雰囲気（常圧又は減圧）下で行ってもよい。
【００２４】
熱処理後、熱処理した部分に生じている金属Ａの領域は、そのまま残してもよいし、除去してもよい。除去する場合は、例えば、熱処理後、金属Ａを可溶な液体と接触させることで、金属Ａを除去することができる。金属Ａを可溶な液体は特に限定されず、例えば、無機酸（硫酸、硝酸、塩酸等）を用いることができる。
【００２５】
前記（Ｐ−２）の工程の後、さらに、グラファイト薄膜の一部を除去してもよい。グラファイト薄膜の一部を除去することで、電極（炭素含有金属膜）を、例えば、互いに電気的に分離した複数の領域に分けることができる。
【００２６】
グラファイト薄膜を除去する方法としては、例えば、酸素を含む雰囲気中で、グラファイト薄膜を局所的に熱処理する方法が挙げられる。この方法によれば、グラファイト薄膜が酸素と反応し、除去される。熱処理の条件は、雰囲気ガス以外の点では、炭素含有金属膜を熱処理してグラファイト薄膜を形成するときと同様の条件とすることができる。酸素を含む雰囲気における酸素濃度は、０．１〜１００ａｔｍ％とすることができる。
【００２７】
グラファイト薄膜の一部を除去する製造方法の具体例を図３に基き説明する。まず、図３（１）に示すように、基板１上に炭素含有金属膜３を形成し、次に、図３（２）に示すように、炭素含有金属膜３の一部３Ａに対し、真空中でレーザ照射し、レーザ照射部にグラファイト薄膜９を形成する。このとき、レーザ照射されなかった炭素含有金属膜３は、４つの電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄとなる。電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄのそれぞれは、他の電極からグラファイト薄膜９により隔てられている。ただし、グラファイト薄膜９は導電性を有するので、電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは電気的には相互に接続している。
【００２８】
次に、図３（３）に示すように、グラファイト薄膜９の一部９Ａに対し、酸素含有雰囲気中でレーザ照射し、その部分のグラファイト薄膜９を除去する。グラファイト薄膜９を除去した部分では、基板１が露出する。一方、グラファイト薄膜９のうち、９Ａ以外の部分はそのまま残存する。以上の工程により、グラファイト薄膜構造体１００が完成する。
【００２９】
グラファイト薄膜９の除去後、電極１３Ａと電極１３Ｃとは、残存したグラファイト薄膜９を介して電気的に接続している。一方、電極１３Ｂ、１３Ｄは、他の電極から、電気的に分離されている。
【００３０】
電極の表面に、金属Ａよりも抵抗率が小さい金属Ｂの層を備える場合、グラファイト薄膜構造体は、例えば、以下のＰ１、Ｐ１‘、Ｐ２の工程を有する製造方法により製造できる。
（Ｐ１）前記金属Ａ及び炭素を含む炭素含有金属膜を形成する。
（Ｐ１‘）炭素含有金属膜の上に、金属Ｂの層を形成する。
（Ｐ２）前記炭素含有金属膜の一部を局所的に熱処理して前記グラファイト薄膜を形成し、前記炭素含有金属膜のうち、前記一部以外の少なくとも一部を前記電極とする。
【００３１】
この製造方法の具体例を図４に基き説明する。まず、図４（１）〜（３）に示すように、基板１上に炭素含有金属膜３を形成する。この工程では、図４（２）に示すように、基板１の上に、物理気相堆積法により、炭素原子５、金属原子７を堆積し、炭素含有金属膜３を形成する。この工程は上記（Ｐ１）に該当する。
【００３２】
次に、図４（３‘）に示すように、炭素含有金属膜３の上に、物理気相堆積法により、金属Ｂの層１５を形成する。この工程は、上記（Ｐ１’）に該当する。
次に、図４（４）に示すように、炭素含有金属膜３の一部３Ａをレーザ光により局所的に熱処理する。熱処理後、図４（５）に示すように、３Ａの部分では、グラフェンを含むグラファイト薄膜９が基板１上に析出する。また、グラファイト薄膜９上には、部分的に、金属Ａ、金属Ｂの層１１が残存している。
【００３３】
一方、炭素含有金属膜３のうち、３Ａ以外の部分は、そのまま残存し、電極１３となる。電極１３の表面には、金属Ｂの層が形成されている。この工程は上記（Ｐ２）に該当する。なお、炭素含有金属膜３における３Ａ以外の部分のうち、一部を電極とし、残りは電極としない（例えば除去する）ようにしてもよい。
【００３４】
以上の製造方法により、グラファイト薄膜構造体１００が完成する。なお、上記（Ｐ２）の工程の後、さらに、上述した方法で、グラファイト薄膜９の一部を除去してもよい。
また、最初に、金属Ｂの層１５を基板１上に形成し、次に、炭素含有金属膜３を形成してもよい。この場合も、レーザ光による熱処理を行うと、その熱処理を行った部分において、グラフェンを含むグラファイト薄膜９が基板１上に析出する。また、熱処理を行わなかった部分では、金属Ｂの層１５及びグラファイト薄膜９がそのまま残存し、電極となる。
（実施例１）
酸化膜付きのシリコン基板上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を、スパッタにより３０ｎｍの厚みで形成した。スパッタガスにはメタンが３ｖｏｌ％添加されたアルゴンガスを用い、このスパッタガス中で鉄をスパッタした。形成した炭素含有金属膜に対してＸＰＳ測定を行ったところ、炭素含有金属膜中の炭素濃度は５ｖｏｌ％であった。
【００３５】
次に、真空中で、炭素含有金属膜の一部に対し、レーザ光を照射した。このレーザ光の照射は、局所的な熱処理の一実施形態である。レーザ光の照射条件は以下のとおりとした。
【００３６】
レーザ：ＩＰＧ社製のファイバーレーザ
レーザ照射のスポットサイズ：２００μｍΦ
周波数：４０ｋＨｚ
Duty比：７８％
照射時間：１０ｓｅｃ
その結果、図５に示すように、レーザ照射部には基板の構造色が現れた。図５において枠で囲む領域のラマン分光測定を行ったところ、レーザ照射部には鉄膜が凝集して基板のシリコンが見えており、その領域にグラフェン由来のＧ、Ｄ、及び２Ｄそれぞれのピークが分布していた。
【００３７】
この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜がレーザ照射部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、レーザ光を照射されていない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。
【００３８】
本実施例で製造したグラファイト薄膜構造体において、電極は炭素を含む。そのため、グラファイト薄膜に含まれるグラフェンが電極に固溶しにくい。その結果、グラファイト薄膜の欠陥を抑制できる。
【００３９】
また、本実施例においては、グラファイト薄膜の形成に用いる炭素含有金属膜を電極とすることができるので、電極を別途設ける工程が必須ではなく、グラファイト薄膜の形成後に炭素含有金属膜を除去する工程が必須ではない。よって、グラファイト薄膜構造体の製造が容易である。
（実施例２）
酸化膜付きのシリコン基板上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を、スパッタにより２０ｎｍの厚さで形成した。スパッタガスにはメタンが５ｖｏｌ％添加されたアルゴンガスを用い、このスパッタガス中で鉄をスパッタした。炭素含有金属膜の形状は、ステンシルマスクを用いて、短冊状とした。
【００４０】
次に、図６に示すとおり、炭素含有金属膜の短冊状の領域をレーザ光が横断するように、真空中でレーザ光を照射しながら掃引（スキャン）した。このレーザ光の掃引は、局所的な熱処理の一実施形態である。レーザ掃引の条件は以下のとおりとした。
【００４１】
レーザ：ＩＰＧ社製のファイバーレーザ
レーザ光のスポットサイズ：２００μｍΦ
周波数：４０ｋＨｚ
Duty比：８０％
スキャン速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ
その結果、図６に示すように、掃引部分（レーザ掃引部）には基板の色が現れた。掃引部分に対しラマン分光測定を行ったところ、実施例１と同様に、グラフェン由来のＧ、Ｄ、及び２Ｄそれぞれのピークが分布していた。
【００４２】
この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜がレーザ掃引部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、レーザ光を掃引されていない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。
【００４３】
また、図６において、掃引部分の左右に位置する電極間の電気抵抗は、レーザ掃引前よりも約１００倍高くなった。このことは、両電極は金属を介しては接続されておらず、グラファイト薄膜のみを介して電気的に接続されていることを示している。
【００４４】
本実施例のグラファイト薄膜構造体及びその製造方法は、前記実施例１と略同様の効果を奏することができる。
（実施例３）
実施例２の工程後、さらに、レーザ掃引部に対し、酸素を２０ａｔ％含んだ窒素中でレーザ光を再度掃引した。その掃引の条件は以下のとおりとした。
【００４５】
レーザ：ＩＰＧ社製のファイバーレーザ
スポットサイズ：２００μｍΦ
周波数：４０ｋＨｚ
Duty比：８０％
スキャン速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ
レーザ光を再度掃引した部分に対しラマン分光測定を行ったところ、Ｇ、Ｄ、及び２Ｄそれぞれのラマンピークは消失した。また、左右の電極間の電気抵抗は１０ＭΩ以上となり、左右の電極は電気的に分離されていた。このことは、再度のレーザ掃引によりグラファイト薄膜が消失したことを示している。
（実施例４）
実施例２と同様に、酸化膜付きのシリコン基板上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を厚さ１５ｎｍで形成した。次に、その炭素含有金属膜の上に、金の層を厚さ１０ｎｍで形成した。
【００４６】
その後、前記実施例２と同様に、炭素含有金属膜の短冊状の領域をレーザ光が横断するように、真空中でレーザ光を照射しながら掃引した。
その結果、掃引部分（レーザ掃引部）には基板の色が現れた。掃引部分に対しラマン分光測定を行ったところ、グラフェン由来のＧ、Ｄ、及び２Ｄそれぞれのピークが分布していた。この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜がレーザ掃引部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、レーザ光を掃引されていない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。
【００４７】
また、掃引部分の左右に位置する電極間の電気抵抗は、レーザ掃引前よりも約２００倍高くなった。このことは、両電極は金属を介しては接続されておらず、グラファイト薄膜のみを介して電気的に接続されていることを示している。
【００４８】
本実施例のグラファイト薄膜構造体及びその製造方法は、前記実施例１と略同様の効果を奏することができる。また、本実施例では、電極の表面に金の層を備えているので、電極の抵抗が一層低い。
（参考例１）
炭素含有金属膜を形成するときに用いるスパッタガスにおけるメタンの量を１０ｖｏｌ％とした点以外は前記実施例１と同様にして、グラファイト薄膜と電極とを形成した。
【００４９】
炭素含有金属膜中の炭素濃度は、ＸＰＳ測定の結果、１０ａｔ％であった。レーザ照射後、レーザ照射部をラマン分光測定したところ、炭素析出は起きているものの、グラフェンに混ざって不定形のカーボンが多く析出していることが分かった。
（参考例２）
炭素含有金属膜の厚みを２００ｎｍとした点以外は実施例２と同様にして、グラファイト薄膜と電極とを形成した。レーザ掃引後、レーザ掃引部をラマン分光測定したところ、グラファイトの形成は確認できたが、十分に鉄が凝集せず、電極間は鉄膜により導通状態にあった。
（実施例５）
酸化膜付きのシリコン基板上に、銀の層を厚さ１０ｎｍで形成した。次に、その銀の層の上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を、スパッタにより１５ｎｍの厚みで形成した。スパッタガスにはメタンが３ｖｏｌ％添加されたアルゴンガスを用い、このスパッタガス中で鉄をスパッタした。形成した炭素含有金属膜に対してＸＰＳ測定を行ったところ、炭素含有金属膜中の炭素濃度は５ｖｏｌ％であった。
【００５０】
次に、前記実施例２と同様に、炭素含有金属膜の領域をレーザ光が横断するように、真空中でレーザ光を照射しながら掃引（スキャン）した。
掃引部分に対しラマン分光測定を行ったところ、前記実施例２の場合と同様なラマンピークが観察された。また、掃引部分の左右に位置する電極間の電気抵抗は、レーザ照射前よりも約２０倍高くなった。このことは、掃引部分の左右に位置する電極が分離され、それらの間を、金属を介さず、グラフェンを通して電流が流れていることを示している。 
【００５１】
この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜がレーザ照射部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、レーザ光を照射されていない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。本実施例のグラファイト薄膜構造体は、前記実施例１と同様の効果を奏する。
（実施例６）
熱酸化したシリコンウェハ上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を、スパッタにより２０ｎｍの厚みで形成した。スパッタガスにはメタンが５ｖｏｌ％添加されたアルゴンガスを用い、このスパッタガス中で鉄をスパッタした。形成した炭素含有金属膜に対してＸＰＳ測定を行ったところ、炭素含有金属膜中の炭素濃度は１０ａｔ％であった。
【００５２】
次に、炭素含有金属膜上で電子ビーム（電子線）を走査し、ライン状の加工（熱処理）を行った。電子ビームの走査条件は以下のとおりとした。
加速電圧：３０ｋｅｖ
電子ビーム径：１０μｍΦ、
電子ビーム走査速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
ビーム電流：７０μＡ
電子ビームを走査した場所は、底が平坦な溝となった。図７は、その場所の共焦点レーザ顕微鏡写真である。図７の右側に、電子ビームを走査した場所付近における高低差の測定結果を示す。また、電子ビームを走査した場所に対しラマン分光測定を行ったところ、グラフェンの存在を示すスペクトルを得た（図８参照）。
【００５３】
この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜が電子ビーム走査部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、電子ビームを走査していない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。本実施例のグラファイト薄膜構造体は、前記実施例１と同様の効果を奏する。
（実施例７）
前記実施例６と同様に、熱酸化したシリコンウェハ上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を形成した。
【００５４】
次に、基本的には前記実施例６と同様に、炭素含有金属膜上で電子ビーム（電子線）を走査し、ライン状の加工（熱処理）を行った。ただし、電子ビームのビーム電流は６５μＡとした。
【００５５】
その結果、電子ビームを走査した場所は、前記実施例６と同様の溝となった。また、電子ビームを走査した場所では、前記実施例６と同様のラマンスペクトルが得られた。  
この結果から、グラフェンを含むグラファイト薄膜が電子ビーム走査部に自己整合的に形成され、グラファイト薄膜と電極（炭素含有金属膜のうち、電子ビームを走査していない部分）とを備えたグラファイト薄膜構造体が製造されたことが確認できた。本実施例のグラファイト薄膜構造体は、前記実施例１と同様の効果を奏する。
（参考例３）
前記実施例６と同様に、熱酸化したシリコンウェハ上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を形成した。
【００５６】
次に、基本的には前記実施例６と同様に、炭素含有金属膜上で電子ビーム（電子線）を走査し、ライン状の加工（熱処理）を行った。ただし、電子ビーム走査速度を１ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００５７】
その結果、電子ビームを走査した場所は、深い溝となった。図９は、その場所の共焦点レーザ顕微鏡写真である。図９の右側に、電子ビームを走査した場所付近における高低差の測定結果を示す。また、電子ビームを走査した場所では、グラフェンを示すスペクトルは得られなかった。電子ビームを走査した場所に対し、共焦点レーザ顕微鏡による高さ測定を行った。その測定結果から、電子ビームにより、シリコンウェハが溶融したことを確認した。
（参考例４）
前記実施例６と同様に、熱酸化したシリコンウェハ上に、鉄と炭素とを含む炭素含有金属膜を形成した。
【００５８】
次に、基本的には前記参考例３と同様に、炭素含有金属膜上で電子ビーム（電子線）を走査し、ライン状の加工（熱処理）を行った。ただし、電子ビームのビーム電流は６５μＡとした。
【００５９】
その結果、電子ビームを走査した場所は、深い溝となった。また、電子ビームを走査した場所では、グラフェンを示すスペクトルは得られなかった。電子ビームを走査した場所に対し、共焦点レーザ顕微鏡による高さ測定を行った。その測定結果から、電子ビームにより、シリコンウェハが溶融したことを確認した。
【００６０】
尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、炭素含有金属膜中の形成は、公知の方法（例えば特開２０１３−７９１７８号公報記載の方法）を用いて行うことができる。
【００６１】
また、前記実施例１〜７において、スパッタ装置のターゲットは、鉄、ニッケル、コバルト、又はそれらの２種以上の合金としてもよい。この場合でも、前記実施例１〜７と同様に、炭素含有金属膜を形成することができる。
【００６２】
また、前記実施例１〜７において、スパッタ装置に、金属のターゲットとともに、炭素（例えばグラファイト）のターゲットも取り付け、同時スパッタにより、金属と炭素とを含む炭素含有金属膜を形成してもよい。この場合でも、前記実施例１〜７と同様に、炭素含有金属膜を形成することができる。なお、上記の場合におけるスパッタガスは、アルゴンのみであってもよいし、アルゴンと炭化水素との混合ガスであってもよい。
【００６３】
また、前記実施例１〜７において、スパッタガスに含まれる炭化水素は、エタン、エチレン等であってもよい。
また、前記実施例１〜７において、レーザ照射(掃引)又は電子ビーム走査は、大気圧不活性ガス中で行ってもよい。この場合でも、前記実施例１〜７と同様に、グラファイト薄膜を基板上に形成することができる。
【００６４】
また、前記実施例１〜７において、グラファイト薄膜の形成後、炭素含有金属膜の一部を除去してもよい。
また、前記実施例１〜７において、炭素含有金属膜から成る電極に加えて、他の電極を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…基板、３…炭素含有金属膜、５…炭素原子、７…金属原子、９…グラファイト薄膜、１１…金属の層、１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ…電極、１５…金属Ｂの層、１００…グラファイト薄膜構造体
【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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