様式３R1371

多層グラフェンの XAFS による結晶配向性評価
Characterization of multilayer graphene studied by XAFS松本 貴士
Takashi Matsumoto
超低電圧デバイス技術研究組合
Low Power Electronics Association & Projet
低コストで大面積グラフェン膜の作製が可能な化学蒸着法を用いて、多結晶 Ni 基板上に作製した多層グラフェンの結晶配向性を評価するために、入射角依存性 X 線吸収微細構造（XAFS）測定を行った。ラマン分光による欠陥量の評価では、欠陥量に大きな差が見られたが、XAFS スペクトルには大きな変化が見られず、結晶配向性は同程度であることが分かった。一方、ラマン分光による欠陥量が同程度に少なくても、XAFS スペクトルには変化が見られ、結晶配向性に違いがあることが分かった。この違いは、グラフェン膜の「しわ」の形成に関係していると考えられる。
We have performed the incident angle dependent x-ray absorption fine structure (XAFS) measurements ofmultilayer graphene films on poly Ni substrate grown by chemical vapor deposition, in order to characterize
the crystalline orientation of the graphene. We have found that the crystalline orientations are similar
independent of the amount of defects and even for the similar amount of defects the crystalline orientations
become different maybe due to the wrinkle formation.
Keywords: multilayer graphene, CVD, C K-edge XAFS, crystalline orientation
フェンの成長条件と結晶配向性の相関関係に背景と研究目的： グラフェンは、高い移動ついて議論をする。
度や強度の硬さのため、フレキシブルな薄膜
実験： 測定試料は、多結晶Ni基板上にCVDトランジスタやタッチパネルや太陽電池などの電子機器への応用が期待されている。グラ法や物理蒸着法で作製した多層グラフェンである。650℃のNi基板上にC2H2を堆積させてフェンの作製方法として、機械的剥離法、SiC多層グラフェンを作製した。膜厚は約100 nm
基板の熱分解法などがある。機械的剥離法は、簡便ではあるが、グラフェン膜の大きさは小であった。
さいものしか得られないという問題点がある。
作製した多層グラフェンは、まずラマン分SiC基板の熱分解法では、デバイス動作可能な光で評価した。グラファイト構造の六角形構造の形成を示すGバンドのピークと欠陥の形
SiC上にグラフェン膜を作製できるが、超高真-8成を示すDバンドのピークとの比（G/D）は、空（10 Pa程度）下で高温（約 1400℃）にす作製条件や試料により異なり、欠陥の多いる必要であり、コストが高くなるという問題
G/D ~ 1から欠陥の少ないG/D > 20であった。
点がある。一方、化学蒸着法（CVD法）は、XAFS測定は、立命館大学SRセンター BL-8比較的低い真空（10-1 Pa程度）下でかつ低温で行った[1]。CK吸収端スペクトルは、阻止（1000℃以下）の条件で大面積のグラフェン電位グリッド付きMCP検出器を用いて、部分膜が作製可能であり、低コストでグラフェン電子収量法で得た。阻止電位は-150 Vとした。
を基にしたデバイス作製の可能性がある。
直線偏光した放射光の入射角を変化させた偏しかしながら、CVD 法で遷移金属触媒上へ光依存性XAFS測定により、結晶配向性を評低温成長した多層グラフェン試料の結晶性に価した。
ついてはよく分かっていない。そこで、CVD法で遷移金属触媒上へ低温成長した多層グラ
結果、および、考察： Figure 1-3 にCVD法
フェン試料の結晶配向性を評価するために、などで作製した種々の多層グラフェンのC
K
X 線吸収微細構造（XAFS）測定による入射吸収端XAFSスペクトルの結果を示す。これ
角度依存性について調べることで、多層グラらのピークはC 1sからπ*への遷移である。垂様式３直入射（θ =90°）より斜入射の方が強度は強く、グラフェン面が表面に平行な成分が多いことを示している。
しかしながら、その強度変化の割合が試料ごとに異なっている。これは、グラフェンの結晶配向性の差異を反映していると考えられる。
G/D ~ 6 で欠陥がある程度存在する多層グ
ラフェンの偏光依存性 XAFS 測定の結果（Fig.
1）と G./D > 20 で欠陥の少ない多層グラフェンの偏光依存性 XAFS 測定の結果（Fig. 2）とを比較すると、欠陥の少ない多層グラフェン（Fig. 2）の方がわずかに強度変化の割合が大きい。このことは、欠陥の少ない多層グラフェンでは、グラフェン面がより表面平行に配向していることを示している。しかしながら、G/D の変化（約 6 と 20 以上）に比べて、結晶配向性の変化はわずかであった。
一方、異なる試料だが、G/D > 20 で欠陥の少なさが同程度の多層グラフェンの偏光依存性 XAFS 測定の結果（Fig. 2 と Fig. 3）を比較すると、強度変化の割合に違いが見られる。
このことは、欠陥の量は同程度に少ないが、グラフェン面の配向性が異なることを示している。CVD 法で多結晶 Ni 上に作製したグラフェンでは、その作製条件により、「しわ」が形成されることが報告されている[2]。この「しわ」の形成により、平均的なグラフェン面の角度が変化し、偏光依存性 XAFS スペクトルの強度変化に違いが見られたと考えられる。
今後、多層グラフェンの作製条件を変化させた偏光依存性 X 線吸収微細構造測定を行う
ことにより、ラマン分光による G/D だけでは評価が困難な配向性の良い多層グラフェンの作製条件が見出されると考えられる。

Fig. 1. Incident angle dependent C K-edge XAFS
spectra of the multilayer graphene on poly Ni withG/D ~ 6.

Fig. 2.
Incident angle dependent C K-edge
XAFS spectra of the multilayer graphene on poly
Ni with G/D > 20.

謝 辞： 本研究開発は、経済産業省およびNEDOの委託事業「低炭素社会を実現する超低電圧デバイスプロジェクト」にて実施した。
文 献[1] Hidetoshi Namba, Makoto Obara, Daisuke
Kawakami, Tomoaki Nishimura, Yonglian Yan,
Akira Yagishita and Yoshiaki Kido, J.
Synchrotron Rad. 5, 557 (1998).
[2] Seung Jin Chae, Fethullah Günes, Ki Kang
Kim, Eun Sung Kim, Gang Hee Han, Soo Min
Kim, Hyeon-Jin Shin, Seon-Mi Yoon, Jae-Young
Choi, Min Ho Park, Cheol Woong Yang, Didier
Pribat, and Young Hee Lee, Adv. Mater. 21, 2328
(2009).

Fig. 3.
Incident angle dependent C K-edge
XAFS spectra of the multilayer graphene on poly
Ni with G/D >20 but different sample from thatshown in Fig. 2.