(57)【要約】      （修正有）【課題】汎用の単結晶基板に、公知のプラズマＣＶＤ法によりグラフェン状物質を形成する製造方法を提供する。【解決手段】基板を５００〜１０００℃に加熱して、炭化水素を含むガスを導入してプラズマＣＶＤ法により前記基板上にグラフェン状物質を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を５００〜１０００℃に加熱して、炭化水素を含むガスを導入してプラズマＣＶＤ法により前記基板上にグラフェン状物質を形成する、グラフェン状物質の製造方法。
【請求項２】
前記基板がＳｉを含む基板である請求項１に記載のグラフェン状物質構造の製造方法。
【請求項３】
前記炭化水素を含むガスが炭化水素とＨ２との混合ガスである、請求項１または２に記載のグラフェン状物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェン状物質の製造方法に関し、特に、Ｓｉ単結晶等の基板に低コストでかつ高品質のグラフェン状物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェン状物質は、様々な応用が期待される材料であるが、汎用のＳｉ単結晶基板等に直接形成する技術が開示されていない。
【０００３】
例えば、特許文献１は、ショウノウ等の炭素源を用いて、ＣＶＤ法によりニッケル等の基板にグラフェンあるいはグラフェン積層体を形成する方法を開示している。
【０００４】
特許文献２は、Ｓｉ等の基板に種グラフェンを設置し、その上にプラズマＣＶＤ法によりグラフェンを形成する方法を開示している。
【０００５】
特許文献３は、単結晶基板に結晶質触媒層を設け、加熱等の処理を行った後、ＣＶＤ法にてグラフェンを形成する方法を開示している。
【０００６】
特許文献４は、Ｓｉ単結晶基板に（１１１）面を有するＳｉＣ膜を形成し、その上にＣＶＤ法により、グラフェンを形成する方法を開示している。
【０００７】
上記いずれの従来技術でも、汎用基板を用いていないか、あるいは汎用基板に中間層を設けた後にグラフェンを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−０５０２２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６８４４８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７８６４４号公報
【特許文献４】ＷＯ２００９／１１３４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、汎用の単結晶基板に、公知のプラズマＣＶＤ法によりグラフェン状物質を形成する製造方法を提供することである。なお、本発明において「グラフェン状物質」とは、グラフェン単層からなる膜に加えて、単層のグラフェンが複数積層したグラフェン構造体も含むものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明者らはＳｉ単結晶を基板に用いてその上にグラフェン状物質を形成すべく検討した。その結果、基板に対して均一にグラフェン状物質が形成できることが判った。したがって、以下のグラフェン状物質の製造方法が提供される。
【００１１】
[１] 基板を５００〜１０００℃に加熱して、炭化水素を含むガスを導入してプラズマＣＶＤ法により前記基板上にグラフェン状物質を形成する、グラフェン状物質の製造方法。
【００１２】
[２]  前記基板がＳｉを含む基板である前記[１]に記載のグラフェン状物質構造の製造方法。
【００１３】
[３]  前記炭化水素を含むガスが炭化水素とＨ２との混合ガスである、前記[１]または[２]に記載のグラフェン状物質の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態におけるグラフェン状物質形成のためのプラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１で形成されたグラフェン状物質のラマン散乱スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の実施例２および実施例３で形成されたグラフェン状物質のラマン散乱スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。本発明は以下の実施
形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改
良を加え得るものである。
【００１６】
図１に示すように、チャンバー内１の基板支持台４の上に基板を設置して加熱する。
加熱温度は５００〜１０００℃が好ましい。７００〜１０００℃がより好ましい。次に炭化水素を含む混合ガス、例えば炭化水素とＨ２との混合ガスが好ましく、チャンバー内圧力を１０〜１００Ｔｏｒrにする。炭化水素とＨ２との混合ガスとしてＣＨ４とＨ２との混合ガスの場合、ＣＨ４／Ｈ２＝０．１〜１．０（モル比）が好ましい。ＣＨ４とＨ２の組合せ以外には、Ｃ２Ｈ４とＨ２、あるいはＣ２Ｈ２とＨ２の組合せとこれらにＡｒを加えた組合せが好ましい。そして、マイクロ波（周波数2.45ＧＨｚ）を図1のようにチャンバー内に照射すると基板上方にプラズマ放電が開始してグラフェン状物質が合成される。なお、基板温度は、グラファイト電極の下に設置されている熱電対の温度を示す。
【００１７】
基板としては、シリコン（Ｓｉ）を含む結晶が好ましく、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、アモルファスシリコン基板、エピタキシャルシリコン基板、二酸化シリコン基板、シリコンカーバイド基板、シリコンオキシカーバイド基板、窒化シリコン基板、炭窒化シリコン基板（ＳｉＣＮ）、ケイ素、酸素、炭素、及びフッ素を含む基板（ＳｉＯＣＦで表される）、又はホウ窒化シリコン基板が挙げられる。なお、基板表面の自然酸化膜は適宜除去することが好ましいが、本発明において必須のものではない。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。実施例１〜３では１ｃｍ×１ｃｍの四角形の（１１１）面のＳｉ単結晶を基板に用いたが、基板の表面処理を変えて形成されるグラフェン状物質の状態を調査した。
【００１９】
（実施例１：基板自然酸化膜除去）
フッ化水素酸により表面の自然酸化膜を除去したＳｉ基板を図１に示すプラズマＣＶＤ装置内に設置し、チャンバー内の圧力を10‐5Paまで真空に引き、水素を導入した後に20Torrまで昇圧し、基板支持台をヒーター温度800℃に加熱した。このヒーター温度を維持したままチャンバー内にＣＨ４とＨ２との混合ガス２（ＣＨ４／Ｈ２＝１、モル比）を供給し、マイクロ波を照射してチャンバー内にプラズマを発生させた。プラズマ内の炭素を基板表面に溶け込ませたらマイクロ波とヒーターを止め、チャンバー内が十分冷却した後に基板を取り出した。
【００２０】
図２は実施例１で合成した試料のラマンスペクトルである。鋭いＧバンドと２Ｄバンドのピークが観測されたことから、基板上にグラフェン状物質が形成されていると考えられる。さらに、Ｇ／２Ｄ比（Gバンドと2Dバンドのピーク比）のマッピングをとったところ、グラフェン状物質がほぼ基板全面に均一に合成されていることがわかった。
【００２１】
（実施例２：自然酸化膜有り）
自然酸化膜がついたままのＳｉ基板を図１に示すプラズマＣＶＤ装置内に設置し、その後、実施例１と同様のプロセスでグラフェン状物質の合成を行った。その結果、図３のラマン散乱スペクトルが得られ、基板上にグラフェン状物質が合成されたことがわかった。
【００２２】
（実施例３：熱酸化膜ＳｉＯ２上）
熱酸化膜（SiO2：500nm）の付いたＳｉ基板を実施例1と同様のプロセスでグラフェン状物質の合成を行った。その結果、図３のラマン散乱スペクトルが得られ、基板上にグラフェン状物質が合成されたことがわかった。
【００２３】
実施例１〜３で得られた膜のラマン散乱スペクトルを比較すると、酸化膜の有無によってGバンドとDバンドの強度比ＩＤ／ＩＧが変わる傾向がうかがえる。この原因として、基板表面からの酸素脱離によるグラフェン状物質のエッチングや、基板表面におけるうず電流の低下による温度降下が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の方法により得られたグラフェン状物質は、電子デバイスや透明電極に利用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１：真空チャンバー  ２：ヒーター  ３：グラファイト電極  ４：基板支持台  ５：石英
６：熱電対  ７：プラズマ  ８：マイクロ波電源  ９：スタブチューナー  １０：導波管
１１：結合機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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