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論文

Epitaxy of graphene on 3C-SiC(111) thin films on microfabricated Si(111) substrates

井出 隆之*; 川合 祐輔*; 半田 浩之*; 吹留 博一*; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; 遠田 義晴*; 木下 豊彦*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(6), p.06FD02_1 - 06FD02_4, 2012/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.93(Physics, Applied)

Epitaxy of graphene on 3C-SiC(111) formed on microfabricated Si(111) has been demonstrated. Through observations with optical microscopy, micro-Raman spectroscopy, low-energy-electron diffraction, and photoelectron spectroscopy, it is confirmed that the epitaxial graphene is Bernal-stacked with a buffer layer present between the graphene and the 3C-SiC film, which can lead SiC film, which can lead to opening of the band gap necessary for logic operations. The quality of the graphene is improved with the shrinkage of patterned terrace. These results indicate that GOS using substrate microfabrication is a promising method for the realization of graphene-based devices.

論文

Controls over structural and electronic properties of epitaxial graphene on silicon using surface termination of 3C-SiC(111)/Si

吹留 博一*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 猪俣 州哉*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 遠田 義晴*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; et al.

Applied Physics Express, 4(11), p.115104_1 - 115104_3, 2011/11

 被引用回数:34 パーセンタイル:80.78(Physics, Applied)

Epitaxial graphene on Si (GOS) using a heteroepitaxy of 3C-SiC/Si has attracted recent attention owing to its capability to fuse graphene with Si-based electronics. We demonstrate that the stacking, interface structure, and hence, electronic properties of GOS can be controlled by tuning the surface termination of 3C-SiC(111)/Si, with a proper choice of Si substrate and SiC growth conditions. On the Si-terminated 3C-SiC(111)/Si(111) surface, GOS is Bernal-stacked with a band splitting, while on the C-terminated 3C-SiC(111)/Si(110) surface, GOS is turbostratically stacked without a band splitting. This work enables us to precisely control the electronic properties of GOS for forthcoming devices.

論文

Control of epitaxy of graphene by crystallographic orientation of a Si substrate toward device applications

吹留 博一*; 高橋 良太*; 阿部 峻佑*; 今泉 京*; 半田 浩之*; Kang, H. C.*; 唐澤 宏美*; 末光 哲也*; 尾辻 泰一*; 遠田 義晴*; et al.

Journal of Materials Chemistry, 21(43), p.17242 - 17248, 2011/11

 被引用回数:28 パーセンタイル:67.71(Chemistry, Physical)

Graphene is a promising material in the next-generation devices. Large-scale epitaxial graphene should be grown on Si substrates to take over the accumulated technologies for integrated devices. We have for this reason developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of the backgate field-effect transistors (FETs) using GOS has been confirmed. It is demonstrated in this paper that the GOS method enables us to tune the structural and electronic properties of graphene in terms of the crystallographic orientation of the Si substrate. Furthermore, it is shown that the uniformity of the GOS process within a sizable area enables us to reliably fabricate topgate FETs using conventional lithography techniques. GOS can be thus the key material in the next-generation devices owing to the tunability of the electronic structure by the crystallographic orientation of the Si substrate.

論文

Oxygen-induced reduction of the graphitization temperature of SiC surface

今泉 京*; 半田 浩之*; 高橋 良太*; 齋藤 英司*; 吹留 博一*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 末光 眞希*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(7), p.070105_1 - 070105_6, 2011/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.9(Physics, Applied)

In the solid-vapor phase equilibria between SiC and O$$_{2}$$ system, there exists a region where the reaction of O$$_{2}$$ with SiC takes place. By tuning the temperature and the oxygen pressure used in the graphitization annealing, we have succeeded in the growth of epitaxial graphene on SiC crystals at 1273 K, which is lower by 250$$^{circ}$$C or more than the conventional epitaxial graphene method. The method is especially useful to form an epitaxial graphene on a silicon substrate (GOS), which requires a lower graphitization temperature because of necessity of compatibility with conventional Si technologies.

論文

Initial oxidation of Si(110) as studied by real-time synchrotron-radiation X-ray photomission spectroscopy

末光 眞希*; 山本 喜久*; 富樫 秀晃*; 遠田 義晴*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

Journal of Vacuum Science and Technology B, 27(1), p.547 - 550, 2009/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.09(Engineering, Electrical & Electronic)

Si(110)表面の初期酸化過程と酸化膜中のSi原子の化学結合状態をシンクロトロン放射光を用いたリアルタイム光電子分光法で研究した。Si$$^{n+}$$($$n$$=1-4)成分の時間発展は、1モノレーヤーまで酸化する間、Si$$^{3+}$$成分が常にSi$$^{4+}$$成分より強いことを示した。これはSi(001)酸化の場合に常にSi$$^{4+}$$の方がSi$$^{3+}$$より強いことと非常に対照的である。Si$$^{3+}$$成分が優勢であることは、Si(110)表面の二種類の結合の存在と、それらに酸素原子が挿入されるときの反応性の違いに関係している。

論文

光電子分光と基板曲率測定によるSi(110)初期酸化過程の評価

山本 喜久*; 鈴木 康*; 宮本 優*; Bantaculo, R.*; 末光 眞希*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 朝岡 秀人; 山崎 竜也

薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.207 - 210, 2009/01

本研究では、Si(110)表面が酸素で被覆される際の基板の反りを光学的に測定し、(001)方向と(-110)方向について酸化時の曲率の変化を評価した。また、酸素吸着量及び化学結合状態の時間発展を光電子分光により評価し、基板曲率測定の結果と併せてSi(110)酸化の異方性について検討した。基板曲率はmulti-beam optical sensorシステムを用いた。光電子分光はSPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションで行い、O1sから酸素吸着量を、Si2pから化学結合状態を評価した。酸化は両実験とも5.0ないし6.7$$times$$10$$^{-6}$$ Paの純酸素ガスで行い、基板温度は600$$^{circ}$$Cとした。(-110)方向では酸化膜側が凸になる圧縮性の応力が生じるのに対し、(001)方向には酸化膜側が凹になる伸張性の応力が生じた。光電子分光実験では、Si(110)表面ではlayer-by-layer様式で酸化が進行しない結果を得ている。(001)方向に伸張性の応力が作用するという曲率測定の結果は、(001)方向成分を有するB-bondへの酸素結合を支持する。

論文

Real-time observation of initial thermal oxidation on Si(110)-16$$times$$2 surfaces by O 1s photoemission spectroscopy using synchrotron radiation

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 成田 克*; 遠田 義晴*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(4B), p.1888 - 1890, 2007/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:46.58(Physics, Applied)

リアルタイムX線光電子分光法を用いてSi(110)の所期酸化が調べられた。O 1s光電子スペクトルの時間発展はわずかに1.5L相当の酸素導入によっても急速に酸化が進むことを示した。最初の酸化は比較的小さい結合エネルギー成分が主であるが、徐々に比較的大きな結合エネルギー成分に置き換わる。従来知られているSi(111)のドライ酸化のO 1s光電子スペクトルと比較して、Si(110)-16$$times$$2表面のアドアトムかその周辺で酸化が起こると推察される。

論文

Real-time observation of initial thermal oxidation on Si(110)-16$$times$$2 surface by photoemission spectroscopy

末光 眞希*; 加藤 篤*; 富樫 秀晃*; 今野 篤史*; 山本 喜久*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 遠田 義晴*; 成田 克*

ECS Transactions, 3(2), p.311 - 316, 2006/00

Si(110)表面の初期熱酸化過程を放射光を活用したリアルタイムX線光電子分光法で調べた。Si(110)表面の初期酸化は酸素ガス導入直後の急激な酸化の存在で特徴付けられる。O1s光電子ピークのピーク分離によると少なくとも二つの独立した酸化サイトの存在が示唆された。それらはSi(110)-16$$times$$2表面の複雑な構造を反映しているようである。

口頭

Si(110)初期酸化時の化学結合状態及び基板曲率のリアルタイム計測

山本 喜久*; 鈴木 康*; 宮本 優*; Bantaculo, R.*; 末光 眞希*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 朝岡 秀人; 山崎 竜也

no journal, , 

Si(110)面の弾性は非等方的であるため、酸化応力により生じる基板の反りには異方性があると予想される。そこで本研究では、Si(110)表面初期酸化時の化学結合と基板曲率の時間発展を放射光光電子分光(SR-PES: Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy)、及び、多ビーム光学センサ法(MOS: Multi-beam Optical Sensor)によるリアルタイム計測により評価した。SR-PESはSPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションにて行った。酸素圧力1.5$$times$$10$$^{-6}$$Pa,基板温度873Kでの酸化では、酸素吸着量はLangmuir型で増大し、ランダム吸着により酸化が進行する。Si$$^{3+}$$とSi$$^{4+}$$の形成が酸化開始直後から急速に進む一方、Si$$^{2+}$$はあまり形成されない。これは(-110)方向に連なる面内Si-Si結合(A-bond)のすべてが酸化するよりも先に面間Si-Si結合(B-bond)の酸化が起こり、Si$$^{3+}$$が多数形成されることを示唆している。一方、基板曲率の変化からも、(-110)方向への強い圧縮応力を伴うA-bond酸化が不十分なままB-bondが酸化されることが示唆された。

口頭

Control of electronic and structural properties of epitaxial graphene on 3C-SiC/Si and its device applications

吹留 博一*; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 遠田 義晴*; 木下 豊彦*; 末光 哲也*; 尾辻 泰一*; 末光 眞希*

no journal, , 

We have developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of GOS-based field-effect transistor (GOS-FET). In this paper, we will demonstrate that the stacking, the interface structure, and the electronic properties of GOS can be controlled by tuning surface termination and symmetry of 3C-SiC(111)/Si, with a proper choice of Si substrate and SiC growth conditions. On the Si-terminated 3C-SiC(111)/Si(111) surface GOS is Bernal-stacked with a band splitting, while on the C-terminated 3C-SiC(111)/Si(110) surface GOS is turbostratically stacked without a band splitting. This novel epitaxy techniques enable us to precisely control electronic properties of GOS for the forthcoming devices. Furthermore, it is shown that the macroscopic uniformity of the GOS within a sizable area makes it possible to fabricate a topgate GOS-FET using Si device technologies.

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