光電子制御プラズマ処理によるグラフェンの修飾

Modification of graphene by treatment of photoemission-assisted plasma

鷹林 将*; 福田 旺土*; 塚嵜 琉太*; 古賀 永*; 山口 尚登*; 小川 修一*; 高桑 雄二*; 津田 泰孝   ; 吉越 章隆 

Takabayashi, Susumu*; Fukuda, Akito*; Tsukazaki, Ryuta*; Koga, Hisashi*; Yamaguchi, Hisato*; Ogawa, Shuichi*; Takakuwa, Yuji*; Tsuda, Yasutaka; Yoshigoe, Akitaka

グラフェンは、電界効果トランジスタのチャネル材料やガスバリア膜など幅広い応用が期待されている。独自開発した光電子制御プラズマを用いてグラフェンの化学修飾や改質を調べた。イオンダメージを防げるタウンゼント放電領域条件で処理したグラフェン/Cu基板のC 1s光電子スペクトルには、グラフェンの基幹構造であるsp2炭素由来のピーク(sp2 C-C、sp2 C-H)の他にsp3炭素由来のピーク(sp3 C-H)が観測され、グラフェンの六員環構造が開裂し、そこに水素が結合したことが分かった。一方、水素還元雰囲気下のアニール処理によって、水素脱離に対応するsp3 C-Hならびにsp2 C-Hピークの消失とsp3 C-Cピークの出現が確認できた。

Graphene has a wide variety of potential applications, including as a channel material in field-effect transistors and as a gas barrier film. The chemical modification and reformation of graphene was studied using photoemission-assisted plasma. In the C 1s photoelectron spectra of graphene/Cu substrates treated under Townsend discharge conditions, which prevent ion damage, both sp2 carbon (sp2 C-C, sp2 C-H) of graphene and a sp3 carbon (sp3 C-H) were observed by synchrotron radiation XPS, indicating that the six-membered ring structure of graphene was cleaved and hydrogen was bonded to it. On the other hand, annealing in a hydrogen-reducing atmosphere resulted in the disappearance of the sp3 C-H and sp2 C-H peaks and the appearance of the sp3 C-C peak, corresponding to hydrogen desorption.