(57)【要約】  本願は、基材上に炭素ソースを含む反応ガス及び熱を提供して反応させることで、前記基材上にグラフィンを成長させる段階；及び、n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気により、前記グラフィンをn-ドーピングする段階；を含む、グラフィンのn-ドーピング方法、これによって製造されるn-ドーピングされたグラフィン、及び前記n-ドーピングされたグラフィンを含む素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に炭素ソースを含む反応ガス及び熱を提供して反応させることで、前記基材上にグラフィンを成長させる段階と、
n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気により、前記グラフィンをn-ドーピングする段階と
を含む、グラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項２】
前記グラフィンをn-ドーピングする段階は、
前記n-型ドーパントを含むドーピング溶液を前記グラフィン上に積荷して液状ドーピング層を形成することを含む、請求項1に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項３】
前記グラフィンをn-ドーピングする段階は、
前記基材上に成長されたグラフィンを反応チャンバ内に装着し、前記反応チャンバ内に前記n-型ドーパントを含む蒸気を供給することを含むものである、請求項1に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項４】
前記n-型ドーパントは、アミン化合物または還元性物質を含むものである、請求項1から３の何れか一項に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項５】
前記アミン化合物は、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(NH2NH2)、ピリジン(C5H5N)、ピロル(C4H5N)、アセトニトリル(CH3CN)、トリエタノールアミン、アニリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを含むものである、請求項4に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項６】
前記還元性物質は、NaBH4、LiAl4、ハイドロキノン類(Hydroquinones)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを含むものである、請求項4又は５に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項７】
前記基材は、透明性、柔軟性、及び延伸可能性の中の1つ以上の特性を有するものである、請求項1から６の何れか一項に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項８】
前記基材は、触媒層を更に含むものである、請求項1から７の何れか一項に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項９】
前記グラフィンは、単一層または複数層のグラフィンを含むものである、請求項1から８の何れか一項に記載のグラフィンのn-ドーピング方法。
【請求項１０】
請求項1から９の何れか一項に記載のグラフィンのn-ドーピング方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィン。
【請求項１１】
請求項10に記載のn-ドーピングされたグラフィンを含む素子。
【請求項１２】
請求項10に記載のn-ドーピングされたグラフィンを含む、p-n接合ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気により、グラフィンをn-ドーピングする方法、それによって製造されるn-ドーピングされたグラフィン、及びこれを用いた素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素原子で構成された低次元ナノ物質には、プレーレン(fullerene)、炭素ナノチューブ(Carbon Nanotube)、グラフィン(graphene)、黒煙(Graphite)等がある。すなわち、炭素原子が6角形状の配列を成して球状になると0次元構造であるプレーレン、1次元的に巻かれると炭素ナノチューブ、2次元上に原子1階で成されるとグラフィン、3次元に積もると黒煙に区分することができる。
【０００３】
特に、グラフィンは電気的、機械的、化学的な特性が非常に安定的かつ優秀であると共に、優れた伝導性物質であって、シリコーンより100倍も速く電子を移動させ、銅よりも約100倍も多い電流を流すことができるが、これは2004年度に黒煙からグラフィンを分離する方法が発見され、実験を通じて証明されており、現在まで多くの研究が進行されつつある。
【０００４】
グラフィンは、相対的に軽い元素である炭素のみからなり、1次元または2次元ナノパターンの加工が非常に容易であるという長所があり、これを活用すれば、半導体-導体の性質を調節することができると共に、炭素が有する化学結合の多様性を用いて、センサー、メモリーなどの広範囲な機能性素子の製作も可能である。
【０００５】
前述した多様な機能性素子にグラフィンを適用するためには、グラフィンの面抵抗、電荷移動性などの電気的特性の改善が可能であるドーピング工程が必須である。従来のグラフィンドーピング分野は、主に、p-型ドーパントを活用した表面処理分野について多くの研究が進行されており、n-型ドーパントを用いたn-ドーピングされたグラフィンは、p-ドーピングされたグラフィンに比べて殆ど知られている点がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、本願は、ガス管、または蒸着器機などの別途のドーピング装置を用いらずに、n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気を用いる簡単な工程により、大面積のグラフィンを容易にn-ドーピングする方法を提供しようとする。
【０００７】
しかし、本願が解決しようとする課題は、前述した課題に限らず、記述されていない他の課題は、後述するものにより当業者が明確に理解できるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本願の一側面は、基材上に炭素ソースを含む反応ガス及び熱を提供して反応させることで、前記基材上にグラフィンを成長させる段階；n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気により前記グラフィンをn-ドーピングする段階；を含む、グラフィンのn-ドーピング方法を提供する。
【０００９】
本願の他の側面は、前述した方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィンを提供する。
【００１０】
本願の他の側面は、前述した方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィンを含む素子を提供する。前記素子はp-n接合ダイオードを含むものであることができるが、これに制限されるものではない。
【発明の効果】
【００１１】
本願は、ドーピングのための別途の設備無しに、アミン化合物、または還元性を有する物質をn-型ドーパントとして用い、前記ドーパントを含むドーピング溶液または蒸気を用いた簡単な方法により、大面積のグラフィンを容易にドーピングすることができる。このようなn-ドーピングされたグラフィンは、電気的特性が向上され、多様な素子として応用されることができ、特に、p-n接合ダイオードに有用に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願の一具現例に係るn-型ドーパントを含むドーピング溶液を用いてグラフィンをn-ドーピングする方法を説明する模式図である。
【図２】本願の一具現例に係るn-型ドーパントを含む蒸気を用いてグラフィンをn-ドーピングする方法を説明する模式図である。
【図３ａ】本願の一実試の形態に係るNaBH4ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図３ｂ】本願の一実試の形態に係るNaBH4ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図３ｃ】本願の一実試の形態に係るNaBH4ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図４ａ】本願の一実試の形態に係るNH2NH2ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図４ｂ】本願の一実試の形態に係るNH2NH2ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図４ｃ】本願の一実試の形態に係るNH2NH2ドーパントによりn-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。
【図５】本願の一具現例に係るディラック(Dirac)ポイント測定のためのグラフィン電極の製造工程を説明する断面図である。
【図６ａ】本願の一実試の形態に係るn-ドーピングされたグラフィンのディラックポイントの変化を示すグラフである。
【図６ｂ】本願の一実試の形態に係るn-ドーピングされたグラフィンのディラックポイントの変化を示すグラフである。
【図７】本願の一実試の形態に係るn-ドーピングされたグラフィンのXPS(X-ray photoelectronspectroscopy)分析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者が容易に実施できるように本願の具現例及び実試の形態を詳しく説明する。
【００１４】
しかし、本願は、様々な相違する形態に具現されることができ、ここで説明する具現例及び実試の形態に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係のない部分は省略し、明細書の全体を通じて類似した部分に対しては類似した図面符号を付けた。
【００１５】
本願の明細書の全体において、何れかの部分が何れかの構成要素を「含む」という際、特にこれと反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素を更に含むことができるということを意味する。
【００１６】
この明細書において使われている程度に関する用語である「略」、「実質的に」等は、言及された意味に固有の製造及び物質許容誤差が提示される際に、その数値で、またはその数値に近接した意味で使われ、本願の理解を助けるために、正確であるか、または絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に用いることを防止するために使われる。本願の明細書の全体において使われている程度に関する用語である「~(する)段階」または「~の段階」は、「~のための段階」を意味するものではない。
【００１７】
本願の一具現例に係るグラフィンのn-ドーピング方法は、基材上に炭素ソースを含む反応ガス及び熱を提供して反応させることで、前記基材上にグラフィンを成長させる段階；及び、n-型ドーパントを含むドーピング溶液、またはn-型ドーパントを含む蒸気により前記グラフィンをn-ドーピングする段階；を含む。
【００１８】
一具現例において、前記グラフィンをn-ドーピングする段階は、前記n-型ドーパントを含むドーピング溶液を前記グラフィン上に積荷して液状ドーピング層を形成することを含むことができるが、これに制限されるものではない。
【００１９】
一具現例において、前記グラフィンをn-ドーピングする段階は、前記基材上に成長されたグラフィンを反応チャンバ内に装着し、前記反応チャンバ内にn-型ドーパントを含む蒸気を供給することを含むことができるが、これに制限されるものではない。
【００２０】
一具現例において、前記n-型ドーパントはアミン化合物または還元性物質を含むことができるが、これに制限されるものではない。前記アミン化合物は、当業界においてドーピングのために通常的に用いられるアミン化合物であれば制限なしに使用可能であり、例えば、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(NH2NH2)、ピリジン(C5H5N)、ピロル(C4H5N)、アセトニトリル(CH3CN)、トリエタノールアミン、アニリン、及びこれらの組合からなる群から選択されることを含むものであることができるが、これに制限されない。また、前記還元性物質は、ドーピングのために当業界において通常的に用いられるものであれば制限なしに使用可能であり、例えば、前記還元性物質は、NaBH4、LiAl4、ハイドロキノン(Hydroquinone)、及びこれらの組合からなる群から選択されるものを用いることができるが、これに制限されるものではない。
【００２１】
一具現例において、前記基材は、透明性、柔軟性、及び延伸可能性の中の1つ以上の特性を有するものであることができるが、これに制限されない。
【００２２】
一具現例において、前記基材は、シリコーン、Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、Zr、黄銅(brass)、青銅(bronze)、白銅(white brass)、ステンレススチール(stainless steel)、及びGeからなるグループから選択された1つ以上の金属または合金を含むことができるが、これに制限されない。
【００２３】
一具現例において、前記基材は、触媒層を更に含むものであることができるが、これに制限されない。前記触媒は、例えば、Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、Zr、黄銅(brass)、青銅(bronze)、白銅(white brass)、ステンレススチール(stainless steel)、及びGeからなるグループから選択された1つ以上の金属または合金を含むことができるが、これに制限されない。
【００２４】
一具現例において、前記グラフィンは、単一層または複数層のグラフィンを含むことができるが、これに制限されるものではない。
【００２５】
本願の他の側面は、前述した本願に係るグラフィンのn-ドーピング方法の中の何れか1つの方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィンを提供する。
【００２６】
本願の他の側面は、前述した本願に係るグラフィンのn-ドーピング方法の中の何れか1つの方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィンを含む素子を提供する。前記素子は、多様な電気/電子素子を含むことができ、例えば、p-n接合ダイオードであることができるが、これに制限されるものではない。一具現例において、前記素子は、前述した本願に係るグラフィンのn-ドーピング方法の中の何れか1つの方法により製造されるn-ドーピングされたグラフィンを含むp-n接合ダイオードであることができる。例示的な具現例において、前記p-n接合ダイオードは、pタイプシリコーンオキサイドと、前記n-ドーピングされたグラフィンと、を含むことができるが、これに制限されるものではない。
【００２７】
本願に係る前記n-ドーピングされたグラフィン、及び前記n-ドーピングされたグラフィンを含む素子及びp-n接合ダイオードは、本願に係る前記グラフィンのn-ドーピング方法に記載された内容を全部含み、便宜上、重複記載は省略する。
【００２８】
以下、図面を参照して、本願の一具現例に係るグラフィンのn-ドーピング方法、これによって製造されるn-ドーピングされたグラフィン、及びこれを用いた素子について具体的に説明する。しかし、本願はこれに制限されるものではない。
【００２９】
一具現例において、グラフィンをドーピングするためには、先ず、基材上にグラフィンを成長させなければならない。
【００３０】
基材上にグラフィンを形成する方法は、当業界においてグラフィン成長のために通常的に用いられる方法であれば特に制限なしに使用可能である。例えば、前記グラフィンは、化学気象蒸着法により成長されることができ、前記化学気象蒸着法の非制限的な例示として、高温化学気象蒸着(rapid thermal chemical vapour deposition；RTCVD)、誘導結合プラズマ化学気象蒸着(inductively coupled plasma-chemical vapor Deposition；ICP-CVD)、低圧化学気象蒸着(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)、常圧化学気象蒸着(atmospheric pressure chemical vapor deposition；APCVD)、金属有機化学気象蒸着(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)、またはプラズマ化学気象蒸着(plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD)を含むことができるが、これに制限されるものではない。
【００３１】
一具現例において、前記グラフィンを成長させる工程は、常圧、低圧、または真空下で行うことが可能である。例えば、常圧の条件下で上記工程を行う場合、ヘリウム(He)などをキャリアガスとして用いることで、高温で重いアルゴン(Ar)との衝突により発生されるグラフィンの損傷(damage)を最小化することができる。また、常圧の条件下で上記工程を行う場合、低費用で簡単な工程により大面積のグラフィンを製造することができるという利点がある。また、上記工程が低圧または真空の条件で行われる場合、水素(H2)を雰囲気ガスとして用いて温度を上げながら処理すると、金属触媒の酸化された表面を還元させることで、ハイクオリティーのグラフィンを合成することができる。
【００３２】
一具現例において、グラフィンが成長される基材の材料は特に制限されず、例えば、シリコーン、Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、Zr、黄銅(brass)、青銅(bronze)、白銅(white brass)、ステンレススチール(stainless steel)、及びGeからなるグループから選択された1つ以上の金属または合金を含むことができる。前記基材が金属である場合は、基材自体でグラフィン層が形成されるための触媒の役割をすることができる。但し、前記基材が必ず金属である必要はない。例えば、前記基材としてシリコーンを用いることができ、前記シリコーン基材上に触媒層の形成のために、シリコーン基材を酸化させ、シリコーン酸化物層が更に形成された基材を用いることができる。
【００３３】
一具現例において、前記基材上にグラフィンの成長を容易にするために触媒層を更に形成することができる。前記触媒層は、材料、厚さ、及び形態において、制限なしに用いられることができ、例えば、前記触媒層は、Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、Zr、黄銅(brass)、青銅(bronze)、白銅、ステンレススチール(stainless steel)、及びGeからなるグループから選択された1つ以上の金属または合金であることができ、前記基材と同一であるか、異なる材料によって形成されることができる。また、前記触媒層の厚さは制限されず、薄膜または厚膜であることができる。
【００３４】
一具現例において、前述した方法により形成されるグラフィンは、横方向または縦方向の長さが約1mm以上〜約1000mに至る大面積であることができる。また、欠陷が殆どない均質の構造を有するグラフィンを含む。前述した方法により製造されるグラフィンは、グラフィンの単一層または複数層を含むことができる。非制限的な例として、前記グラフィンの厚さは1層〜100層の範囲で調節することができる。
【００３５】
前述した方法により、基材上にグラフィンが成長された後には、前記成長されたグラフィンをn-ドーピングする工程を行う。以下、図1を参照して、グラフィンのn-ドーピング方法についてより具体的に述べる。
【００３６】
一具現例において、まず、n-型ドーパントは、当業界において通常的にドーピングのために用いられるn-型ドーパントであれば特に制限なしに使用することが可能であり、前記n-型ドーパントの非制限的な例示として、アミン化合物または還元性物質を用いることができる。例えば、前記アミン化合物は、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(NH2NH2)、ピリジン(C5H5N)、ピロル(C4H5N)、アセトニトリル(CH3CN)、トリエタノールアミン、アニリン、及びこれらの組合からなる群から選択されることを用いることができるが、これに制限されない。前記アミン化合物の構造を見ると、窒素原子は平面構造ではなく、三角錐の構造を有し、正四面体の中心にある窒素原子から3個の結合が3個の頂点に向け、残りの頂点には孤立電子対が外部に露出されている構造を有している。このように、露出された孤立電子対は親核体として作用することができ、前記孤立電子対をグラフィンと共有したり、グラフィンに与えながら結合するようになるので、電子を受けたグラフィンは、結局n-ドーピングされた効果を有するようになる。
【００３７】
また、本願の一具現例において用いられるn-型ドーパントとしては、還元性物質を用いることができる。還元性物質とは、自分自身は酸化しながら他の物質を還元させる物質を言い、これは結局、自分の電子を他の物質に伝達する性質が強い物質を意味するところ、本願では、このような還元性物質の電子をグラフィンに伝達することで、グラフィンをn-ドーピングさせようとする。前記還元性物質の非制限的な例示として、NaBH4、LiAl4、ハイドロキノン(Hydroquinone)、及びこれらの組合からなる群から選択されることを用いることができる。前述したように、本願では、孤立電子対が外部に露出されているアミン化合物や還元性物質をドーパントとして用いて、前記ドーパントが無くした電子をグラフィンに伝達することで、前記グラフィンに剰余電子を生成し、フェルミ準位が高くなるようになるので、結局n-型グラフィンを形成することができる。
【００３８】
図1は、本願の一具現例において、n-型ドーパントを含むドーピング溶液を用いてグラフィンをドーピングする方法を説明する図である。より具体的に、n-型ドーパントを含むドーピング溶液をグラフィン上に積荷して液状ドーピング層を形成することで、前記グラフィンをドーピングすることができる。例示的な具現例において、前記ドーパントがNaBH4である場合、前記NaBH4ドーパントを溶解するためにジメトキシエチルエーテルのような溶媒を用いてドーピング溶液を製造することができる。積荷されるドーピング溶液は、前記グラフィンとの表面張力によって前記グラフィンを充分に覆うまで落として反応させ、用いられるドーパントの還元性の程度に応じて、前記ドーピング時間を数秒〜数分間調節して行う。
【００３９】
また、本願の一具現例において、図2に示すように、n-型ドーパント蒸気を用いてグラフィンをドーピングすることができる。より具体的に、基材上に成長されたグラフィンを反応チャンバ内に装着し、前記反応チャンバ内にn-型ドーパントを含む蒸気を供給することで、前記グラフィンをドーピングすることができる。前記n-型ドーパントを含む蒸気を用いてグラフィンをドーピングする非制限的な例として、ドーピングさせるn-型ドーパントの約3〜5滴程をティッシュペーパやガーゼにト落とし、密閉された反応チャンバにグラフィンと共に置く。前記ドーパントは密閉されたチャンバ内で蒸気化した後、凝結されることを繰り返しながら動的平衡状態を成し、上記の過程中にグラフィン表面はドーピングされることができる。前述したドーパントを含む蒸気を用いる方法は、ドーピング溶液を用いる湿式ドーピング方法に比べてドーパントがグラフィン表面に直接的に触れない間接的なドーピング方法であるところ、ドーピングされるグラフィンの損傷を減らすことができる長所がある。
【００４０】
グラフィンのドーピング程度を測定するために多様な方法が活用されることができる。例えば、ホールバー素子の製作を通じてディラックポイントの変化を測定し、ドーピング有無及びドーピング程度を確認することができ、ラマン分析法を用いるとpeakの強度と移動方向を通じてドーピング程度を定性的に確認することができる。より具体的に、p-型ドーピングの場合、2D-band peakが青色移動(Blue Shift)現象が現われ、2D-band peakの強度(Intensity)が弱くなる傾向がある。一方、n-型ドーピングの場合、2D-band peakは赤色移動(Red shift)するようになり、ピークの強度(Intensity)が弱くなる傾向がある。最後に、XPS(X-ray photoelectronspectroscopy)を活用してグラフィン表面の吸着物質を選別することができ、C1s peakの移動方向及び強度を通じてドーピング程度を確認することができる。
【００４１】
本願では、前述した多様な方法によりグラフィンのドーピング有無を確認した。一実試の形態において、ドーピング実験において用いられたグラフィンは化学気象蒸着方法を通じて成長された。成長されたグラフィンをSiO2/Si基板上に転写させ、図1に示すように、化学的湿式方法によりグラフィンをドーピングした。ドーパントとしては、ジメチルエチルエーテル溶媒に溶解されたNaBH4とNH2NH2(ヒドラジン)を用い、前記ドーパントをグラフィンの表面張力により前記グラフィンが覆われるまで落として反応させた。前記NaBH4/Dimethoxyethyletherドーパントは2分、前記ヒドラジンドーパントは30秒間ドーピングした。
【００４２】
図3a〜図3c及び図4a〜図4cは、本願の一実試の形態において、n-ドーピングされたグラフィンのラマンスペクトルを観察したグラフである。黒煙係物質から共通的に発見されるGピークは、グラフィンの場合、約1580cm-1付近で現われ、2Dピークは、約2700cm-1付近で現われる。Dピークは、結晶内の欠陷によるピークであって、グラフィンの場合には試片の周縁や、欠陷が多い場合に約1340cm-1付近で現われる。図3a〜図3cは、本願の一実試の形態において、NaBH4/Dimethoxyethyletherでドーピングした後、ラマン分光器から得られたラマンスペクトルであって、ドーピング後、Gピークと2DピークのIntensity比率が約1:2〜約1:7程度に変化し、ドーピングした後の2Dピークがドーピング前のグラフィンの2Dピークより低いエネルギー領域に赤色移動(red Shift)し、Intensityの強さは多少減少した(図3cを参照)。Gピークは、ドーピング後にIntensityの強さが増加することにより尖るようになった。前述したように、電子やホールでドーピングされると、Gピークの線幅が細くなり、Intensityは大きくなるが、図3a〜図3cのGピークは、線幅が細くなると共にIntensityが大きくなり、2Dピークは、線幅が細くなると共に、Intensityが小さくなったことから、グラフィンがドーピングされたことが分かり、2Dピークが青色移動(blue Shift)することでグラフィンがnドーピングされたことが更に確認可能であった。
【００４３】
図4a〜図4cは、本願の一実試の形態に係るヒドラジンでドーピングした後、ラマン分光器から得られたラマンスペクトルである。2Dピークは、低いエネルギー領域に赤色移動(Red shift)し、Intensityは減少した。Gピークも、低いエネルギー領域に赤色移動(Red shift)し、Intensityは増加した。ヒドラジンドーピング後のスペクトルもNaBH4/Dimethoxyethyletherでドーピングした後のラマンスペクトルと類似していることから、グラフィンがNaBH4/Dimethoxyethyletherのようにヒドラジンによりn-ドーピングされたことが分かった。
【００４４】
グラフィンのドーピング有無を確認するための他の方法として、ディラックポイント移動を測定した。ディラックポイントは、価電子帯と伝導電子帯が互いに接触しているグラフィンバンド構造であって、ドーピングしないグラフィンのフェルミ準位はディラックポイントと一致するようになる。ドーピングの際にグラフィンに電子が移動することでディラックポイントが移動するところ、これを通じてグラフィンのドーピング有無を分析することができる。
【００４５】
ディラックポイントの測定のために、本願の一実試の形態において、図5に示すように、グラフィン電極を製造した。本願の一実試の形態に係るグラフィン電極の製造工程は、より具体的に、グラフィンにフォトレジスト層をスピンコーティングし、前記フォトレジスト層を光リソフラフィでエッチングして電極パターンを作った後、前記エッチングされたフォトレジスト層上にCr及びAuを順次蒸着させた。その後、アセトンを用いてリフトオフ(lift off)した後、グラフィンとフォトレジスト層を順次形成した。その後、光リソフラフィによって前記フォトレジスト層をエッチングし、O2プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより、前記エッチングされた部分のグラフィンをエッチングし、最後まで残っているフォトレジスト層を除去した。
【００４６】
本願の一実試の形態において、図6aを参照すれば、NaBH4/Dimethoxyethyletherでドーピングした際のディラックポイントは、ドーピング前に比べて20V程度低く移動した。グラフの正の方向の傾きを見ると、electron mobilityの変化は殆どなく、負の方向の傾きを見ると、ドーピング後に傾きが低くなることでhole mobilityは低くなることが分かった。図6bを参照すると、ヒドラジンでドーピングした後のディラックポイントはドーピング前に比べてドーピング後のディラックポイントが130V程度低く移動した。NaBH4/Dimethoxyethyletherを用いてドーピングした場合に比べて、約7倍程度のディラックポイントが移動され、フェルミ準位が更に高くなったことから、NaBH4/Dimethoxyethyletherドーパントに比べてヒドラジンドーパントでドーピングした際にn-ドーピングが更に多く成されていることが分かった。
【００４７】
本願の一実試の形態において、グラフィンのドーピング有無を確認するための最後の方法として、X-線光電子分光法(X-ray photoelectronspectroscopy、XPS)を用いた。グラフィンの炭素原子の結合エネルギーを基準にして、多様なドーパントを用いてC1s軌道関数の電子結合エネルギーの変化を観察し、p-型ドーパントとしては、H2SO4、HCl、HNO3、AuCl3、n-型ドーパントとしては、NaBH4/Dimethoxyethyletherを用いて結合エネルギーを比較した。本願の一実試の形態において、図7に示すように、酸の種類であるH2SO4、HCl、HNO3、またはAuCl3のようなp-型ドーパントでドーピングした場合、ドーピングされたグラフィンの結合エネルギーはドーピング前より小くなり、n-型ドーパントであるNaBH4/Dimethoxyethyletherでドーピングした場合は、ドーピング後のグラフィンがドーピング前より電子の結合エネルギーが大きくなることから、n-ドーピングされたことが確認可能であった。
【００４８】
以上では本願の好ましい実試の形態を参照して説明したが、該技術分野において通常の知識を持った者であれば下記の特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び領域を超えない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることは理解可能であろう。
【図１】
2014518827.tif 000003
【図２】
2014518827.tif 000004
【図３ａ】
2014518827.tif 000005
【図３ｂ】
2014518827.tif 000006
【図３ｃ】
2014518827.tif 000007
【図４ａ】
2014518827.tif 000008
【図４ｂ】
2014518827.tif 000009
【図４ｃ】
2014518827.tif 000010
【図５】
2014518827.tif 000011
【図６ａ】
2014518827.tif 000012
【図６ｂ】
2014518827.tif 000013
【図７】
2014518827.tif 000014
【国際調査報告】
2014518827.tif 000015
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