【手続補正書】
【提出日】平成26年6月10日(2014.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素基材表面からのケイ素の昇華により、炭化ケイ素基材上においてグラフェンを成長させる方法であって、
るつぼ内に炭化ケイ素基材を配置し、前記るつぼを反応チャンバー内に配置することと、圧力を制御し、成長温度に加熱することと、１４００℃超の温度で、及び６００乃至１１００ｍｂａｒの不活性ガス圧力で、前記基材の表面上にグラフェンを成長させることとを含み、前記加熱は、少なくとも第１加熱段階及び第２加熱段階で行われ、前記第１加熱段階は少なくとも１２００℃の温度まで第１加熱速度で行われ、前記第２加熱段階は前記第１加熱段階の後に、且つ前記第１加熱速度よりも速い第２加熱速度で行われる方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１加熱速度は、２０乃至３０℃／分であり、好ましくは、２０乃至２５℃／分である方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、前記第２加熱速度は２５乃至３５℃／分であり、好ましくは２８乃至３２℃／分である方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法であって、前記加熱は、前記第２加熱段階の後に第３加熱段階を更に含み、前記第３加熱段階は、前記第２加熱速度よりも速い第３加熱速度で行われる方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記第３加熱速度は、３０乃至４０℃／分であり、好ましくは、３２乃至３７℃／分である方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法であって、前記第１加熱速度での加熱の後、且つ前記第２加熱速度での加熱の前に、前記反応チャンバーに不活性ガスが導入される方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、本質的に等温条件下で行われる方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法であって、前記第１加熱段階は、真空中で行われる方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法であって、前記第２加熱段階は、不活性ガス雰囲気で行われる方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法であって、前記炭化ケイ素基材の表面は、ケイ素終端表面である方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、少なくとも１６５０℃の温度で行われる方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、少なくとも１９００℃の温度で行われる方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載のプロセスであって、前記基材は、グラファイトるつぼ内に配置される方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記基材の作用表面は、グラフェンの成長の間、前記るつぼの底面から離れて、且つ該底面と向かい合って配置される方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法であって、前記るつぼは、前記グラフェンの成長の間、閉じられている方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明によるプロセスは、るつぼ中に炭化ケイ素基材を配置し、反応チャンバー中に前記るつぼを配置することと、圧力を制御し、成長温度に加熱することと、１４００℃超の温度で、６００乃至１１００ｍｂａｒの不活性ガス圧力でグラフェンを成長させることとを含む。前記加熱は少なくとも２段階で行われる。第１加熱段階は、少なくとも１２００℃の温度まで第１加熱速度で行われる。第１加熱段階が成功した後の第２加熱段階は、第２加熱速度で行われる。第２加熱速度は、第１加熱速度より速い。この加熱は、第３加熱速度に供する第３加熱段階を含んでいてもよく、第３加熱速度は、好ましくは第２加熱速度より速い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第２加熱速度は、好ましくは２５乃至３５℃／分であり、より好ましくは２８乃至３２℃／分であり、且つ、第１加熱速度より速いことが好ましい。第２加熱段階の間に、炭化ケイ素表面は黒鉛化を開始する。第２加熱段階は、不活性雰囲気下で好適に行われる。このように、実施形態によると、前記第１加熱速度での加熱の後に、且つ前記第２加熱速度での加熱の前に、反応チャンバーへ不活性ガスが導入される。当業者にとって、不活性ガスが第２加熱段階の間も導入され得ることは容易に明らかであろう。さらに、不活性ガスの圧力は、好ましくは、それがグラフェンの成長の間に用いられることを意図された圧力、例えば、６００乃至１１００ｍｂａｒに対応するように調節される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本開示によるプロセスは、閉鎖されたるつぼ中に炭化ケイ素基材を配置することと、炉の反応チャンバー中に前記るつぼを配置することと、圧力を制御し、成長温度に加熱することと、１４００℃超の温度で、６００乃至１１００ｍｂａｒの不活性ガス圧力で、基材の表面にグラフェンを成長させることとを含む。前記加熱は少なくとも２段階で行われる。第１加熱段階は、少なくとも１２００℃の温度に至るまで第１加熱速度で行われる。第１加熱段階が成功した後の第２加熱段階は、第２加熱速度で行われる。第２加熱速度は、第１加熱速度より速い。この加熱は、第３加熱速度に供する第３加熱段階を含んでいてもよく、第３加熱速度は、好ましくは第２加熱速度より速い。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
第２加熱段階の間の不活性ガス雰囲気は、第１加熱段階後のるつぼ及び反応チャンバー中へ、アルゴンなどの不活性ガスを導入することにより好適に達成される。不活性ガスは、第２加熱段階の間も導入され得る。好ましくは、不活性ガスの圧力は、グラフェンの成長の間に意図した不活性ガス圧力、例えば、６００乃至１１００ｍｂａｒに本質的に対応するように制御される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
第３加熱速度は、好ましくは３０乃至４０℃／分であり、より好ましくは３２乃至３７℃／分であり、且つ、望ましい成長温度に至るまで、例えば、望む結果により約２０００℃に至るまで行われる。通常、第３加熱段階は、不活性ガス雰囲気下、且つ、好ましくは、グラフェンの成長の間に意図した不活性ガス圧力と本質的に同じ圧力、例えば、６００乃至１１００ｍｂａｒで行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
グラフェンの成長は、６００乃至１１００ｍｂａｒの不活性ガス圧力で行われる。好ましくは、グラフェンの成長の間の不活性ガス圧力は、少なくとも８００ｍｂａｒであり、より好ましくは、約９５０乃至約１０５０ｍｂａｒである。グラフェンの成長の間の相対的に高い不活性ガス圧力は、るつぼから離れようとするケイ素原子が周囲の気体原子と衝突し、基材表面近傍において、ケイ素蒸気の長期の滞留時間を生じさせる効果があり、それは、ケイ素蒸気が基材表面の平坦化を助け、グラフェン層の質を向上させるという効果がある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ケイ素蒸気がゆっくりとだけるつぼから漏れ得るという事実は、ケイ素蒸気が基材表面の平坦化を助けることにより、グラフェン形成のための良好な表面を確保することを援助する。好ましくは、グラフェンの成長の間のるつぼ内部のケイ素蒸気の分圧は、１０-5ｍｂａｒ乃至１０-3ｍｂａｒのオーダーであり、より好ましくは、約１０-4ｍｂａｒのオーダーである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
ＶＩＩＩ．  ＲＦジェネレーターを切ることと、基材を室温まで冷却させることとによる成長の終結。
以下、本願の当初の特許請求の範囲に記載の発明を付記する。
［１］
炭化ケイ素基材表面からのケイ素の昇華により、炭化ケイ素基材上においてグラフェンを成長させる方法であって、
るつぼ内に炭化ケイ素基材を配置し、前記るつぼを反応チャンバー内に配置することと、圧力を制御し、成長温度に加熱することと、１４００℃超の温度で、及び６００乃至１１００ｂａｒの不活性ガス圧力で、前記基材の表面上にグラフェンを成長させることとを含み、前記加熱は、少なくとも第１加熱段階及び第２加熱段階で行われ、前記第１加熱段階は少なくとも１２００℃の温度まで第１加熱速度で行われ、前記第２加熱段階は前記第１加熱段階の後に、且つ前記第１加熱速度よりも速い第２加熱速度で行われる方法。
［２］
［１］に記載の方法であって、前記第１加熱速度は、２０乃至３０℃／分であり、好ましくは、２０乃至２５℃／分である方法。
［３］
［１］又は［２］に記載の方法であって、前記第２加熱速度は２５乃至３５℃／分であり、好ましくは２８乃至３２℃／分である方法。
［４］
［１］乃至［３］の何れかに記載の方法であって、前記加熱は、前記第２加熱段階の後に第３加熱段階を更に含み、前記第３加熱段階は、前記第２加熱速度よりも速い第３加熱速度で行われる方法。
［５］
［４］に記載の方法であって、前記第３加熱速度は、３０乃至４０℃／分であり、好ましくは、３２乃至３７℃／分である方法。
［６］
［１］乃至［５］の何れかに記載の方法であって、前記第１加熱速度での加熱の後、且つ前記第２加熱速度での加熱の前に、前記反応チャンバーに不活性ガスが導入される方法。
［７］
［１］乃至［６］の何れかに記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、本質的に等温条件下で行われる方法。
［８］
［１］乃至［７］の何れかに記載の方法であって、前記第１加熱段階は、真空中で行われる方法。
［９］
［１］乃至［８］の何れかに記載の方法であって、前記第２加熱段階は、不活性ガス雰囲気で行われる方法。
［１０］
［１］乃至［９］の何れかに記載の方法であって、前記炭化ケイ素基材の表面は、ケイ素終端表面である方法。
［１１］
［１］乃至［１０］の何れかに記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、少なくとも１６５０℃の温度で行われる方法。
［１２］
［１］乃至［１１］の何れかに記載の方法であって、前記グラフェンの成長は、少なくとも１９００℃の温度で行われる方法。
［１３］
［１］乃至［１２］の何れかに記載のプロセスであって、前記基材は、グラファイトるつぼ内に配置される方法。
［１４］
［１３］に記載の方法であって、前記基材の作用表面は、グラフェンの成長の間、前記るつぼの底面から離れて、且つ該底面と向かい合って配置される方法。
［１５］
［１］乃至［１４］の何れかに記載の方法であって、前記るつぼは、前記グラフェンの成長の間、閉じられている方法。