Epitaxy of graphene on Si substrates toward three-dimensional graphene devices

三次元グラフェン素子に向けたSi基板上でのグラフェンのエピタキシー成長

吹留 博一*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 末光 眞希*; 吉越 章隆 ; 寺岡 有殿

Fukidome, Hirokazu*; Miyamoto, Yu*; Handa, Hiroyuki*; Takahashi, Ryota*; Imaizumi, Kei*; Suemitsu, Maki*; Yoshigoe, Akitaka; Teraoka, Yuden

sp混成軌道の炭素の二次元ネットワークであるグラフェンは、半導体ロードマップに記述されているように、今やCMOSの次に期待されている物質のひとつである。グラフェンの主な問題は適当な基板上にエピタキシャル成長させるためのよい方法がないことである。実際に、グラファイトの剥離やSiC単結晶上でのエピタキシー成長のような現在行われている製作方法は、大量生産には向かない。われわれは三次元化されたシリコン上グラフェン(3D-GOS)を開発するため、最近のシリコン技術のトレンドに合った方法を探っている。3D-GOSに向けてキーとなる問題のひとつは、主要な面方位、例えば、Si(100), Si(110), Si(111)の上でのエピタキシャルグラフェンの形成である。本論文ではSi(110), Si(100), Si(111)面上の大面積グラフェンエピタキシーを提出する。結果はよいニュースに違いない。なぜなら、CMOSの次に向けたグラフェンベースの素子を三次元的に製作する新しい現実的な方法を開くことができたからである。

Graphene, two-dimensional network of sp carbon, is one of promising materials beyond CMOS, as described in the semiconductor roadmap. The major issue is a lack of reasonable process for epitaxial growth on substrates. In fact, current production methods, such as exfoliation from graphite and epitaxy on SiC single crystals, are not mass-productive. We are seeking the ways to develop graphene-on-silicon (3D-GOS) process to match recent trends of silicon technologies. One of key issues toward 3D-GOS is the formation of epitaxial graphene on main plane directions of silicon, such as (100), (110) and (111). In this article, large area epitaxy of graphene on Si(110), Si(100) and Si(111) is presented. The result must be a good news because it can open new and realistic ways to three-dimensionally fabricate graphene-based devices beyond CMOS.