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JP7315166B2 - Method for producing graphene nanoribbon network film and method for producing electronic device - Google Patents
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JP7315166B2 - Method for producing graphene nanoribbon network film and method for producing electronic device - Google Patents

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Description

本発明は、グラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法及び電子装置の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a graphene nanoribbon network film and a method for manufacturing an electronic device.

グラフェンはC原子がハニカム状に並んだ二次元のシート構造の材料である。グラフェンの電荷の移動度は室温においても極めて高く、グラフェンはバリスティック伝導及び半整数量子ホール効果等の特異な電子物性を示す。グラフェンは、π電子共役が二次元に拡張しているため、バンドギャップが実質的にゼロであり、金属的な性質(ギャップレス半導体)を示す。近年、これらの特徴的な電子的機能を活かしたエレクトロニクスデバイスの研究開発が盛んに行われている。 Graphene is a material with a two-dimensional sheet structure in which C atoms are arranged in a honeycomb. The charge mobility of graphene is extremely high even at room temperature, and graphene exhibits unique electronic properties such as ballistic conduction and half-integer quantum Hall effect. Since the π-electron conjugation extends two-dimensionally, graphene has a substantially zero bandgap and exhibits metallic properties (gapless semiconductor). In recent years, research and development of electronic devices that take advantage of these characteristic electronic functions have been actively carried out.

その一方で、ナノサイズのグラフェンは、エッジにあるC原子の個数とエッジの内側にあるC原子の個数との差が小さく、グラフェン自体の形状やエッジの形状の影響が大きく、バルク状のグラフェンとは大きく異なる物性を示す。ナノサイズのグラフェンとして、幅が数nmのリボン形状の擬一次元のグラフェン、所謂、グラフェンナノリボン(graphene nanoribbon:GNR)が知られている。GNRの物性は、エッジの構造及びリボン幅によって大きく変化する。 On the other hand, nano-sized graphene has a small difference between the number of C atoms at the edge and the number of C atoms inside the edge, and the shape of the graphene itself and the shape of the edge have a large effect, and bulk graphene exhibits physical properties that are significantly different. As nano-sized graphene, ribbon-shaped quasi-one-dimensional graphene with a width of several nanometers, so-called graphene nanoribbon (GNR), is known. The physical properties of GNRs vary greatly with edge structure and ribbon width.

GNRのエッジ構造には、C原子が2原子周期で配列したアームチェアエッジ及びC原子がジグザグ状に配列したジグザグエッジの2種類がある。アームチェアエッジ型のGNR(AGNR)では、量子閉じ込め効果及びエッジ効果によって有限のバンドギャップが広がるため、AGNRは半導体的な性質を示す。一方、ジグザグエッジ型のGNR(ZGNR)は金属的な性質を示す。 There are two types of edge structures of GNRs: an armchair edge in which C atoms are arranged in a two-atom cycle, and a zigzag edge in which C atoms are arranged in a zigzag pattern. Armchair-edge GNRs (AGNRs) exhibit semiconducting properties because the finite bandgap is widened by quantum confinement effects and edge effects. On the other hand, the zigzag edge type GNR (ZGNR) exhibits metallic properties.

一般に、リボン幅方向のC-Cダイマーラインの数がNのAGNRは「N-AGNR」とよばれる。例えば、リボン幅方向に六員環が3つ配列したアントラセンを基本ユニットとするAGNRは7-AGNRとよばれる。 In general, an AGNR having N CC dimer lines in the width direction of the ribbon is called "N-AGNR". For example, AGNR whose basic unit is anthracene, in which three six-membered rings are arranged in the ribbon width direction, is called 7-AGNR.

GNRの応用に関し、複数のGNRを含むGNRネットワーク膜を電界効果トランジスタのチャネルに用いることが試みられている。 With regard to GNR applications, attempts have been made to use GNR network films containing multiple GNRs in the channels of field effect transistors.

しかしながら、従来のGNRネットワーク膜をチャネルに用いても、優れた電荷の移動度を得ることができない。 However, using conventional GNR network membranes as channels does not provide good charge mobility.

特開平10-139411号公報JP-A-10-139411 特開2015-525186号公報JP 2015-525186 A 特開2008-266112号公報JP 2008-266112 A 特開2011-166070号公報JP 2011-166070 A

A.Bachtold et al.,Science 294,1317(2001)A. Bachtold et al. , Science 294, 1317 (2001) J.Cai et al.,Nature 466,470(2010)J. Cai et al. , Nature 466, 470 (2010) T.Dienel et al.,Nano Lett.15,5185(2015)T. Dienel et al. , Nano Lett. 15, 5185 (2015)

本開示の目的は、優れた電荷の移動度を得ることができるグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法及び電子装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a graphene nanoribbon network film and a method for manufacturing an electronic device that can obtain excellent charge mobility.

本開示の一形態によれば、結晶構造が面心立方格子の金属膜の(111)面に、下記の化学式(1)で表される構造式を有するグラフェンナノリボン前駆体を第1の温度で蒸着する工程と、前記(111)面上で前記グラフェンナノリボン前駆体を前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱して、Xの脱離及びC-C結合反応を誘起し、前記(111)面上にポリマーを得る工程と、前記ポリマーを前記第2の温度よりも高い第3の温度に加熱して、Yの脱離及びC-C結合反応を誘起する工程と、前記ポリマーを前記第3の温度以上の第4の温度に加熱して、Zの脱離及びC-C結合反応を誘起することにより、前記(111)面上で互いに60度の整数倍の角度をなして配列した複数のグラフェンナノリボンを得る工程と、前記複数のグラフェンナノリボンを前記第4の温度よりも高い第5の温度に1時間~3時間保持して、前記複数のグラフェンナノリボンを互いにsp軌道混成の六員環接合させる工程と、を有し、前記第5の温度は450℃~500℃であり、下記の化学式(1)において、nは、1以上6以下の整数であり、X、Y及びZは、F、Cl、Br、I、H、OH、SH、SOH、SOH、SONH、PO、NO、NO、NH、CH、CHO、COCH、COOH、CONH、COCl、CN、CF、CCl、CBr又はCIであり、六員環を構成する炭素原子からのX、Y、Zの脱離温度をそれぞれT、T、Tとしたとき、T<T≦Tの関係が成り立つグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法が提供される。
This disclosureone ofAccording to the form, the crystal structure is a (111) surface of the metal membrane of a cubic grid, and the process of stuffing the graphenna nano -ribbon precursor with a structural formula represented by the following chemical formula (1) at the first temperature, and on the (111) surface (111), the graphene nano ribbon precursor is higher than the second temperature above the first temperature. The process of heating the degree of X and the C -C combination reaction of X and obtaining a polymer on the (111) surface, and the process of heating the polymer to the third temperature higher than the second temperature above, and inducing the withdrawal and C -C bond reaction, and the above -mentioned polymer above. By heating to the temperature of 4 to the exit of Z and the C -C combination reaction, the process of obtaining multiple graphenna nano ribbons arranged at an angle of 60 degrees at (111) on the (111) surface, and the above -mentioned temperature of multiple graphene nano -ribbons is higher than the temperature of 4. To the temperature of 5Hold for 1 to 3 hoursand sp2and a step of orbitally hybridized six-membered ring conjugation,the fifth temperature is 450° C. to 500° C.;In the following chemical formula (1), n1is an integer of 1 or more and 6 or less, and X, Y and Z are F, Cl, Br, I, H, OH, SH, SO2H, SO3H, SO2NH2, PO3H.2, NO, NO2, NH2, CH3, CHO, COCH3, COOH, CONH2, COCl, CN, CF3, CCl3, CBr3or CI3and the desorption temperatures of X, Y, and Z from the carbon atoms constituting the six-membered ring are respectively TX, TY., TZ.and TX<TY.≦TZ.Provided is a method for producing a graphene nanoribbon network film in which the relationship holds.

Figure 0007315166000001
Figure 0007315166000001

本開示の他の一形態によれば、上記のグラフェンナノリボンネットワーク膜を電界効果トランジスタのチャネルに有する電子装置が提供される。 According to another aspect of the present disclosure, an electronic device is provided having the above graphene nanoribbon network film in the channel of a field effect transistor.

本開示の他の一形態によれば、上記の方法により、前記金属膜の前記(111)面上にグラフェンナノリボンネットワーク膜を製造する工程と、前記グラフェンナノリボンネットワーク膜をチャネルに有する電界効果トランジスタを形成する工程と、を有する電子装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present disclosure, there is provided a method for manufacturing an electronic device, comprising the steps of: manufacturing a graphene nanoribbon network film on the (111) plane of the metal film; and forming a field effect transistor having the graphene nanoribbon network film in a channel.

本開示の技術によれば、優れた電荷の移動度を得ることができる。 According to the technique of the present disclosure, excellent charge mobility can be obtained.

第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a GNR network film according to a first embodiment; FIG. 第1の実施形態に含まれるGNRを示す図(その1)である。FIG. 2 is a diagram (part 1) showing GNRs included in the first embodiment; 第1の実施形態に含まれるGNRを示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing GNRs included in the first embodiment; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の製造方法を示す斜視図(その1)である。FIG. 1 is a perspective view (part 1) showing a method for manufacturing a GNR network film according to the first embodiment; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の製造方法を示す斜視図(その2)である。FIG. 2 is a perspective view (part 2) showing the method for manufacturing the GNR network film according to the first embodiment; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の製造方法を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a GNR network film according to the first embodiment; 加熱前のGNRを示す図(その1)である。FIG. 1 is a diagram (part 1) showing GNR before heating; 加熱前のGNRを示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing GNR before heating; GNRの合成方法を示す図(その1)である。FIG. 1 is a diagram (part 1) showing a method for synthesizing GNR; GNRの合成方法を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing a GNR synthesizing method; GNRの合成方法を示す図(その3)である。FIG. 3 is a diagram (part 3) showing a GNR synthesizing method; GNRの合成方法を示す図(その4)である。FIG. 4 is a diagram (part 4) showing a GNR synthesizing method; GNR前駆体の合成方法を示す図(その1)である。FIG. 1 is a diagram (part 1) showing a method for synthesizing a GNR precursor; GNR前駆体の合成方法を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing a method for synthesizing a GNR precursor; GNR前駆体の原料の構造式を示す図(その1)である。FIG. 1 is a diagram (Part 1) showing the structural formulas of raw materials of GNR precursors; GNR前駆体の原料の構造式を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing structural formulas of raw materials of GNR precursors; GNRの合成方法の具体例を示す図(その1)である。1 is a diagram (1) showing a specific example of a GNR synthesizing method; FIG. GNRの合成方法の具体例を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing a specific example of a GNR synthesizing method; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の顕微鏡写真を示す図(その1)である。FIG. 1 is a diagram (part 1) showing a microscopic photograph of a GNR network film according to the first embodiment; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の顕微鏡写真を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing a microscopic photograph of the GNR network film according to the first embodiment; 第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の顕微鏡写真を示す図(その3)である。FIG. 3 is a diagram (No. 3) showing a micrograph of the GNR network film according to the first embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。It is a sectional view showing an electronic device concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その1)である。FIG. 11 is a plan view (Part 1) showing the method of manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その2)である。FIG. 12 is a plan view (part 2) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その3)である。FIG. 13 is a plan view (No. 3) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その4)である。FIG. 10 is a plan view (part 4) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その5)である。FIG. 11 is a plan view (No. 5) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図(その6)である。FIG. 11 is a plan view (No. 6) showing the method of manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (part 1) showing the method of manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 11 is a cross-sectional view (part 2) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その3)である。FIG. 13 is a cross-sectional view (part 3) showing the method of manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その4)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (part 4) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その5)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その6)である。FIG. 11 is a cross-sectional view (No. 6) showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。It is a sectional view showing an electronic device concerning a 3rd embodiment. 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 11 is a cross-sectional view (Part 1) showing the method of manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 12 is a cross-sectional view (part 2) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その3)である。FIG. 13 is a cross-sectional view (Part 3) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その4)である。FIG. 14 is a cross-sectional view (part 4) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その5)である。FIG. 15 is a cross-sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その6)である。FIG. 16 is a cross-sectional view (No. 6) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その7)である。FIG. 16 is a cross-sectional view (No. 7) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その8)である。FIG. 14 is a cross-sectional view (No. 8) showing the method for manufacturing the electronic device according to the third embodiment; 第4の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。It is a sectional view showing an electronic device concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 11 is a cross-sectional view (part 1) showing the method for manufacturing an electronic device according to the fourth embodiment; 第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 12 is a cross-sectional view (part 2) showing the method for manufacturing the electronic device according to the fourth embodiment; 第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その3)である。FIG. 14 is a cross-sectional view (part 3) showing the method for manufacturing the electronic device according to the fourth embodiment; 第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その4)である。FIG. 14 is a cross-sectional view (part 4) showing the method for manufacturing the electronic device according to the fourth embodiment; 第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図(その5)である。FIG. 15 is a cross-sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the electronic device according to the fourth embodiment; C-Cダイマーラインとリボン幅Wとの関係を示す図である。4 is a diagram showing the relationship between the CC dimer line and the ribbon width W. FIG.

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。 Embodiments of the present disclosure will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration may be denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

(第1の実施形態)
第1の実施形態は、グラフェンナノリボン(GNR)ネットワーク膜に関する。図1は、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜を示す模式図である。図2A及び図2Bは、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜に含まれるGNRを示す図である。
(First embodiment)
A first embodiment relates to graphene nanoribbon (GNR) network films. FIG. 1 is a schematic diagram showing a GNR network film according to the first embodiment. 2A and 2B are diagrams showing GNRs included in the GNR network film according to the first embodiment.

第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1は、複数のGNR2を含む。図2A及び図2Bに示すように、複数のGNR2は互いに60度の整数倍の角度をなして配列している。また、複数のGNR2は、互いにsp軌道混成の六員環接合している。すなわち、複数のGNR2は、少なくとも一つの六員環3を介して互いに接合している。このsp軌道混成の六員環接合は、例えば、GNR2の末端同士で生じている。 A GNR network membrane 1 according to the first embodiment includes a plurality of GNRs 2 . As shown in FIGS. 2A and 2B, a plurality of GNRs 2 are arranged at angles of integral multiples of 60 degrees. In addition, multiple GNR2s are sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions. That is, multiple GNR2s are bonded to each other via at least one six-membered ring 3 . This sp 2- orbital hybrid six-membered ring junction occurs, for example, between the ends of GNR2.

第1の実施形態によれば、複数のGNR2が互いに60度の整数倍の角度をなして配列し、互いにsp軌道混成の六員環接合しているため、GNR2の内部だけでなく、GNR2の間にも優れた電荷の移動度を得ることができる。従って、GNRネットワーク膜1の全体で優れた電荷の移動度を得ることができる。 According to the first embodiment, a plurality of GNR2s are arranged at an angle of an integral multiple of 60 degrees with respect to each other, and are sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions with each other, so that excellent charge mobility can be obtained not only inside the GNR2s but also between the GNR2s. Therefore, excellent charge mobility can be obtained in the entire GNR network film 1 .

次に、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の製造方法について説明する。図3A~図3Bは、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜の製造方法を示す斜視図である。 Next, a method for manufacturing the GNR network film according to the first embodiment will be described. 3A-3B are perspective views showing a method for manufacturing a GNR network film according to the first embodiment.

この方法では、先ず、図3Aに示すように、絶縁基板11上に金属膜12を形成する。絶縁基板11としては、例えばマイカ基板、表面がc面のサファイア(α-Al)結晶基板、表面のミラー指数が(111)のMgO結晶基板等を用いることができる。金属膜12としては、結晶構造が面心立方格子(fcc)で、表面のミラー指数が(111)のAu、Ag、Cu、Ni、Rh、Pd、Ir又はPtの膜を用いることができる。絶縁基板11及び金属膜12が成長基板10に含まれる。 In this method, first, a metal film 12 is formed on an insulating substrate 11 as shown in FIG. 3A. As the insulating substrate 11, for example, a mica substrate, a sapphire (α-Al 2 O 3 ) crystal substrate having a c-plane surface, an MgO crystal substrate having a surface Miller index of (111), or the like can be used. As the metal film 12, a film of Au, Ag, Cu, Ni, Rh, Pd, Ir, or Pt having a face-centered cubic (fcc) crystal structure and a surface Miller index of (111) can be used. The growth substrate 10 includes an insulating substrate 11 and a metal film 12 .

例えば、大気中でマイカ基板を劈開して、表面が清浄なマイカ基板を作製し、このマイカ基板を基本真空度が1×10-7Pa以下の真空槽内に導入し、300℃~500℃の温度で12時間~24時間の間、アニール処理を施す。次いで、300℃~500℃の温度を保持しながら、蒸着法により、マイカ基板の清浄な表面上にAu膜を形成する。例えば、蒸着速度は0.05nm/秒~1.0nm/秒とし、Au膜の厚さは100nm~200nmとする。このようにして形成されるAu膜の表面のミラー指数は(111)となる。 For example, a mica substrate is cleaved in the atmosphere to produce a mica substrate with a clean surface, and this mica substrate is introduced into a vacuum chamber having a basic degree of vacuum of 1×10 −7 Pa or less, and subjected to annealing treatment at a temperature of 300° C. to 500° C. for 12 to 24 hours. Next, while maintaining a temperature of 300° C. to 500° C., an Au film is formed on the clean surface of the mica substrate by vapor deposition. For example, the deposition rate is 0.05 nm/sec to 1.0 nm/sec, and the thickness of the Au film is 100 nm to 200 nm. The Au film thus formed has a surface Miller index of (111).

なお、Au膜とマイカ基板との間の密着性を高めるために、Au膜の形成前にマイカ基板上に、例えば厚さが0.5nm~1nmのTi膜を形成してもよい。また、金属膜12の形成方法は蒸着法に限定されず、スパッタ法、パルスレーザ堆積法、分子線エピタキシー法等により金属膜12を形成してもよい。 In order to increase the adhesion between the Au film and the mica substrate, a Ti film having a thickness of 0.5 nm to 1 nm, for example, may be formed on the mica substrate before forming the Au film. Moreover, the method of forming the metal film 12 is not limited to the vapor deposition method, and the metal film 12 may be formed by a sputtering method, a pulse laser deposition method, a molecular beam epitaxy method, or the like.

金属膜12の形成後、金属膜12の表面清浄処理を行う。この表面清浄処理では、例えば、金属膜12の表面へのArイオンスパッタ及び超高真空下でのアニールを1サイクルとし、これを複数サイクル実施する。例えば、各サイクルにおいて、Arイオンスパッタでは、イオン加速電圧を1.0kVとし、イオン電流を10μAとし、時間を1分間とし、アニールでは、5×10-7Pa以下の真空度を保持しつつ、温度を400℃~500℃とし、時間を10分間とする。例えば、サイクル数は3サイクルとする。金属膜12としてAu膜を形成している場合、表面清浄処理により、Au(111)の23×√3再構成表面が得られ、原子レベルでの平坦性がより向上する。 After forming the metal film 12, the surface of the metal film 12 is cleaned. In this surface cleaning treatment, for example, Ar ion sputtering on the surface of the metal film 12 and annealing under ultra-high vacuum are defined as one cycle, and this is performed in a plurality of cycles. For example, in each cycle, in Ar ion sputtering, the ion acceleration voltage is set to 1.0 kV, the ion current is set to 10 μA, and the time is set to 1 minute. In the annealing, the temperature is set to 400° C. to 500° C. and the time is set to 10 minutes while maintaining the degree of vacuum of 5×10 −7 Pa or less. For example, the number of cycles is assumed to be 3 cycles. When an Au film is formed as the metal film 12, a 23×√3 reconstructed surface of Au (111) is obtained by surface cleaning treatment, further improving flatness at the atomic level.

次いで、図3Aに示すように、表面清浄処理を施した金属膜12の表面を大気に曝すことなく、金属膜12の表面上にエッジ構造がアームチェア型のGNR膜13を形成する。この方法では、GNR膜13をin situで形成する。図4は、GNR膜13を示す模式図である。図5A及び図5Bは、GNR膜13に含まれるGNR2を示す図である。図4に示すように、GNR膜13は、複数のGNR2を含む。また、fccの(111)面が6回回転対称性を有しているため、金属膜12の表面上でGNR2が延びる方向は3方向であり、図5A及び図5Bにも示すように、これら3方向のなす角度は60度又は120度である。つまり、複数のGNR2は(111)面上で互いに60度の整数倍の角度をもって配向する。 Next, as shown in FIG. 3A, a GNR film 13 having an armchair-shaped edge structure is formed on the surface of the metal film 12 which has undergone surface cleaning treatment, without exposing the surface of the metal film 12 to the atmosphere. In this method, the GNR film 13 is formed in situ. FIG. 4 is a schematic diagram showing the GNR film 13. As shown in FIG. 5A and 5B are diagrams showing GNRs 2 included in the GNR film 13. FIG. As shown in FIG. 4, the GNR film 13 includes multiple GNRs 2 . In addition, since the (111) plane of fcc has 6-fold rotational symmetry, there are three directions in which GNR2 extends on the surface of the metal film 12, and as shown in FIGS. 5A and 5B, these three directions form an angle of 60 degrees or 120 degrees. In other words, a plurality of GNR2s are oriented on the (111) plane with an angle that is an integer multiple of 60 degrees.

ここで、GNR2を合成する方法について説明する。図6A~図6Dは、GNRの合成方法を示す図である。 A method for synthesizing GNR2 will now be described. 6A to 6D are diagrams illustrating a method of synthesizing GNRs.

先ず、図6Aに示すように、GNR前駆体100を準備する。図6Aにおいて、nは、1以上6以下の整数である。X、Y及びZは、F、Cl、Br、I、H、OH、SH、SOH、SOH、SONH、PO、NO、NO、NH、CH、CHO、COCH、COOH、CONH、COCl、CN、CF、CCl、CBr又はCIである。六員環を構成する炭素原子からのX、Y、Zの脱離温度をそれぞれT、T、Tとしたとき、T<T≦Tの関係が成り立つ。 First, as shown in FIG. 6A, a GNR precursor 100 is prepared. In FIG. 6A, n1 is an integer of 1 or more and 6 or less. X, Y and Z are F, Cl, Br, I, H, OH, SH, SO2H , SO3H , SO2NH2 , PO3H2 , NO, NO2 , NH2 , CH3 , CHO, COCH3 , COOH, CONH2 , COCl, CN, CF3 , CCl3 , CBr3 or CI3 . When the desorption temperatures of X, Y, and Z from the carbon atoms constituting the six-membered ring are TX , TY , and TZ , respectively, the relationship TX < TYTZ is established.

次いで、真空下にて、成長基板10の温度を脱離温度T未満の第1の温度に保持し、GNR前駆体100を加熱して昇華させる。このとき、第1の温度の金属膜12上で、金属膜12とGNR前駆体100の分子との間の相互作用により、GNR前駆体100の複数の分子が凸の向きを反転しながら、fccの(111)面内の上記3方向のいずれかの方向に配列しながら、(111)面に蒸着する。 Then, under vacuum, the temperature of the growth substrate 10 is maintained at a first temperature below the desorption temperature TX , and the GNR precursor 100 is heated and sublimated. At this time, on the metal film 12 at the first temperature, due to the interaction between the metal film 12 and the molecules of the GNR precursor 100, a plurality of molecules of the GNR precursor 100 are deposited on the (111) plane while arranging in any of the above three directions within the (111) plane of fcc while reversing the convex direction.

その後、真空下にて、成長基板10の温度を脱離温度T以上脱離温度T未満の第2の温度に加熱し、第2の温度に保持する。第2の温度の金属膜12上でGNR前駆体100の脱X化及びC-C結合反応が誘起され、図6Bに示すように、GNR前駆体100の複数の分子が凸の向きを反転しながら上記3方向のいずれかの方向に配列したポリマー110が安定的に形成される。ポリマー110は金属膜12の表面上で互いに60度の整数倍の角度をもって配向する。 After that, the temperature of the growth substrate 10 is heated to a second temperature equal to or higher than the desorption temperature TX and lower than the desorption temperature TY under vacuum, and held at the second temperature. A de-X conversion and a C—C bond reaction of the GNR precursor 100 are induced on the metal film 12 at the second temperature, and as shown in FIG. 6B, a polymer 110 is stably formed in which a plurality of molecules of the GNR precursor 100 are arranged in one of the above three directions while reversing the convex direction. The polymers 110 are oriented on the surface of the metal film 12 at angles that are integral multiples of 60 degrees.

続いて、成長基板10の温度を脱離温度T以上脱離温度T未満の第3の温度に加熱し、第3の温度に保持する。この結果、脱Y化及び環化反応が誘起され、図6Cに示すように、ポリマー110からポリマー120が安定的に形成される。 Subsequently, the growth substrate 10 is heated to a third temperature higher than or equal to the desorption temperature TY and lower than the desorption temperature TZ , and held at the third temperature. As a result, de-Y and cyclization reactions are induced, and polymer 120 is stably formed from polymer 110 as shown in FIG. 6C.

続いて、成長基板10の温度を脱離温度T以上の第4の温度に加熱し、第4の温度に保持する。この結果、脱Z化及び環化反応が誘起され、図6Dに示すように、ポリマー120からエッジ構造がアームチェア型のGNR2が合成される。 Subsequently, the temperature of the growth substrate 10 is heated to a fourth temperature equal to or higher than the desorption temperature TZ , and held at the fourth temperature. As a result, de-Zation and cyclization reactions are induced, and GNR2 with an armchair-shaped edge structure is synthesized from the polymer 120, as shown in FIG. 6D.

脱離温度Tと脱離温度Tとが等しい場合、第3の温度を脱離温度T及び脱離温度T以上とすればよい。第3の温度を脱離温度T及び脱離温度T以上とすることで、ポリマー120の形成が省略されて、ポリマー110からGNR2が合成される。 When the desorption temperature TY and the desorption temperature TZ are equal, the third temperature should be equal to or higher than the desorption temperature TY and the desorption temperature TZ . By making the third temperature equal to or higher than the desorption temperature TY and the desorption temperature TZ , the formation of polymer 120 is omitted and GNR2 is synthesized from polymer 110 .

このように、GNR前駆体100を加熱すると、Xが脱離して、Xと結合していたC同士がGNR前駆体100間で結合し、その後に、Yが脱離して、Yと結合していたC同士がGNR前駆体100間で結合し、Zが脱離して、Zと結合していたC同士がGNR前駆体100間で結合する。Xと結合していたC同士の結合によりGNR前駆体100の配列が決定され、その後のY、Zと結合していたC同士の結合によりGNR2の構造が固定される。このため、長いGNR2を安定して合成することができる。例えば、数十nmレベルのGNR2を安定して合成することができる。 In this way, when the GNR precursor 100 is heated, X is detached, C bonded to X is bonded between the GNR precursors 100, Y is detached, C bonded to Y is bonded between the GNR precursors 100, Z is detached, and C bonded to Z is bonded between the GNR precursors 100. The sequence of the GNR precursor 100 is determined by the bond between the Cs bonded to X, and the subsequent bond between the Cs bonded to Y and Z fixes the structure of GNR2. Therefore, long GNR2 can be stably synthesized. For example, it is possible to stably synthesize GNR2 of several tens of nm level.

次に、GNR前駆体100を合成する方法について説明する。図7A~図7Bは、GNR前駆体100の合成方法を示す図である。 Next, a method for synthesizing the GNR precursor 100 will be described. 7A-7B are diagrams illustrating a method of synthesizing the GNR precursor 100. FIG.

先ず、図8Aに構造式を示す物質160及び図8Bに構造式を示す物質130を準備する。図8Aに示す物質は、例えば、1,4-ジブロモ-2,3-ジヨードベンゼン(1,4-dibromo-2,3-diiodobenzene)であり、図8Bに示す物質130は、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ペンタセン又はヘキサセンのボロン酸である。 First, a substance 160 whose structural formula is shown in FIG. 8A and a substance 130 whose structural formula is shown in FIG. 8B are prepared. The material shown in FIG. 8A is, for example, 1,4-dibromo-2,3-diiodobenzene, and the material 130 shown in FIG. 8B is, for example, the boronic acid of benzene, naphthalene, anthracene, naphthacene, pentacene, or hexacene.

次いで、これらを溶媒に溶解させ、触媒を加え、塩基の存在下で攪拌することで鈴木カップリング反応を生じさせる。攪拌を継続して溶媒を蒸発させることで、図7Aに示すように、物質160に含まれる一方のヨウ素(I)がモノカップリングした物質140が得られる。 These are then dissolved in a solvent, a catalyst is added, and the mixture is stirred in the presence of a base to cause the Suzuki coupling reaction. By continuing stirring and evaporating the solvent, a substance 140 in which one iodine (I) contained in the substance 160 is mono-coupled is obtained as shown in FIG. 7A.

その後、図7Aに示す物質140及び物質130を溶媒に溶解させ、触媒を加え、塩基の存在下で攪拌することで鈴木カップリング反応を生じさせる。攪拌を継続して溶媒を蒸発させることで、図7Bに示すように、物質140に含まれるヨウ素(I)がモノカップリングしたGNR前駆体100が得られる。 Substance 140 and substance 130 shown in FIG. 7A are then dissolved in a solvent, a catalyst is added, and the mixture is stirred in the presence of a base to cause a Suzuki coupling reaction. By continuing stirring and evaporating the solvent, the GNR precursor 100 in which iodine (I) contained in the substance 140 is mono-coupled is obtained as shown in FIG. 7B.

そして、例えばカラムクロマトグラフィーによりGNR前駆体100の精製を行う。 Then, the GNR precursor 100 is purified by, for example, column chromatography.

GNR前駆体100はこのように合成することができる。 GNR precursor 100 can be synthesized in this manner.

GNR膜13の形成後、成長基板10の温度を第4の温度より高い第5の温度に加熱し、第5の温度に保持する。この結果、図1、図2A及び図2Bに示すように、GNR膜13に含まれる複数本のGNR2のうち互いに近傍に位置する2本のGNR2同士が、それらの延伸方向を維持したままsp軌道混成の六員環接合する。このsp軌道混成の六員環接合は、例えば、2本のGNR2の末端同士で生じる。このようにして、図3Bに示すように、GNR膜13がGNRネットワーク膜1へと変化し、GNRネットワーク膜1を得ることができる。 After the GNR film 13 is formed, the temperature of the growth substrate 10 is heated to a fifth temperature higher than the fourth temperature and held at the fifth temperature. As a result, as shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, two GNRs 2 located close to each other among the plurality of GNRs 2 included in the GNR film 13 are sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions while maintaining their stretching directions. This sp 2- orbital hybrid six-membered ring junction occurs, for example, between two GNR2 ends. Thus, as shown in FIG. 3B, the GNR film 13 is changed into the GNR network film 1, and the GNR network film 1 can be obtained.

なお、第5の温度での加熱を行う前のGNR膜13中には、互いに重なるGNR2が存在し得る。しかし、この段階では、GNR2同士は物理的に接触しているだけであり、これらの間にsp軌道混成の六員環接合は存在しない。このため、GNR膜13をチャネルに用いた場合には、GNR2同士の接触部でキャリアの散乱が生じやすく、GNRネットワーク膜1ほどに優れた移動度を得ることはできない。 GNRs 2 overlapping each other may exist in the GNR film 13 before heating at the fifth temperature. However, at this stage, the GNR2s are only in physical contact and there is no sp 2- orbital hybridization six-membered ring junction between them. For this reason, when the GNR film 13 is used as a channel, carrier scattering is likely to occur at the contact portion between the GNRs 2, and mobility as excellent as that of the GNR network film 1 cannot be obtained.

また、従来、ボトムアップ法によるGNRの成長に用いる種々のGNR前駆体が提案されているが、従来のGNR前駆体を用いて製造されるGNRは五員環接合や七員環接合等の欠陥を含む。このため、キャリアの散乱が生じやすく、GNRネットワーク膜1ほどに優れた移動度を得ることはできない。 Various GNR precursors have been proposed for use in growing GNRs by the bottom-up method, but GNRs produced using conventional GNR precursors contain defects such as five-membered ring junctions and seven-membered ring junctions. Therefore, carrier scattering is likely to occur, and mobility as excellent as that of the GNR network film 1 cannot be obtained.

なお、近接するGNR2同士のsp軌道混成の六員環接合は、GNR前駆体100の蒸着速度と、蒸着膜厚と、蒸着源から金属膜12までの距離とに依存する。このため、これらの条件は蒸着装置毎に適宜調整することが好ましい。 The six-membered ring junction of sp 2- orbital hybrids between adjacent GNRs 2 depends on the vapor deposition rate of the GNR precursor 100, the vapor deposition film thickness, and the distance from the vapor deposition source to the metal film 12. FIG. Therefore, it is preferable to adjust these conditions appropriately for each vapor deposition apparatus.

ここで、GNR2を合成する方法の具体例について説明する。図9A~図9Bは、GNRの合成方法の具体例を示す図である。この具体例では、絶縁基板11として劈開したマイカ基板を用い、金属膜12として表面のミラー指数が(111)のAu膜を用いる。マイカ基板を450℃に加熱し、蒸着法により厚さが100nmのAu膜を形成することができる。例えば、蒸着速度は厚さが50nmとなるまでは1.0nm/秒とし、それ以降は0.05nm/秒とする。 A specific example of a method for synthesizing GNR2 will now be described. 9A and 9B are diagrams showing a specific example of a GNR synthesizing method. In this specific example, a cleaved mica substrate is used as the insulating substrate 11 and an Au film having a surface Miller index of (111) is used as the metal film 12 . A mica substrate can be heated to 450° C. and an Au film having a thickness of 100 nm can be formed by vapor deposition. For example, the deposition rate is 1.0 nm/sec until the thickness reaches 50 nm, and then 0.05 nm/sec.

この具体例では、先ず、図9Aに示すように、GNR前駆体101を準備する。GNR前駆体101は、図6Aにおいて、nが3であり、XがBrであり、Y及びZがHである構造式を有する。六員環を構成する炭素原子からのBrの脱離温度は、六員環を構成する炭素原子からのHの脱離温度よりも低い。GNR前駆体101は、いわば1,2-ビス(2-アントラセニル)-3,6-ジブロモベンゼン(1,2-bis-(2-anthracenyl)-3,6-dibromobenzen)である。 In this example, first, a GNR precursor 101 is provided as shown in FIG. 9A. GNR precursor 101 has a structural formula where n1 is 3, X is Br, and Y and Z are H in FIG. 6A. The desorption temperature of Br from the carbon atoms forming the six-membered ring is lower than the desorption temperature of H from the carbon atoms forming the six-membered ring. The GNR precursor 101 is, so to speak, 1,2-bis-(2-anthracenyl)-3,6-dibromobenzen.

次いで、5×10-8Pa以下の超高真空下にて、成長基板10の温度をBrの脱離温度未満の第1の温度に保持し、GNR前駆体101を加熱して昇華させる。例えば、GNR前駆体101の加熱及び昇華にはK-cell型エバポレーターを用い、蒸着速度は0.1nm/分~0.5nm/分とし、蒸着膜厚は1ML(monolayer)~3MLとする。1MLは約0.25nmである。第1の温度のAu膜上で、Au膜とGNR前駆体101の分子との間の相互作用により、GNR前駆体101の複数の分子が凸の向きを反転しながら、fccの(111)面内の上記3方向のいずれかの方向に配列する。第1の温度は、例えば20℃~30℃の室温とする。 Next, under an ultra-high vacuum of 5×10 −8 Pa or less, the temperature of the growth substrate 10 is maintained at a first temperature lower than the desorption temperature of Br, and the GNR precursor 101 is heated and sublimated. For example, a K-cell type evaporator is used for heating and sublimating the GNR precursor 101, the deposition rate is 0.1 nm/min to 0.5 nm/min, and the deposition film thickness is 1 ML (monolayer) to 3 ML. 1 ML is approximately 0.25 nm. On the Au film at the first temperature, due to the interaction between the Au film and the molecules of the GNR precursor 101, multiple molecules of the GNR precursor 101 align in any of the above three directions within the fcc (111) plane while reversing the convex orientation. The first temperature is, for example, a room temperature of 20.degree. C. to 30.degree.

その後、成長基板10の温度をBrの脱離温度以上、かつHの脱離温度未満の第2の温度に加熱し、第2の温度に保持する。第2の温度のAu膜上でGNR前駆体101の脱Br化及びC-C結合反応が誘起され、GNR前駆体101の複数の分子が上記3方向のいずれかの方向に配列したポリマーが安定的に形成される。このポリマーはAu膜の表面上で互いに60度の整数倍の角度をもって配向する。例えば、第2の温度は150℃~250℃とし、第2の温度での保持時間は10分間~1時間とする。 Thereafter, the growth substrate 10 is heated to a second temperature equal to or higher than the Br desorption temperature and lower than the H desorption temperature, and held at the second temperature. DeBr of the GNR precursor 101 and C—C bond reaction are induced on the Au film at the second temperature, and a polymer is stably formed in which a plurality of molecules of the GNR precursor 101 are arranged in one of the above three directions. The polymers are oriented on the surface of the Au film at angles that are integral multiples of 60 degrees. For example, the second temperature is 150° C. to 250° C., and the holding time at the second temperature is 10 minutes to 1 hour.

続いて、成長基板10の温度を、Hの脱離温度以上の第3の温度、例えば400℃に加熱し、第3の温度に保持する。この結果、脱H化及び環化反応が誘起され、図9Bに示すように、ポリマーからエッジ構造がアームチェア型の17-AGNR151が合成される。例えば、第3の温度は350℃~450℃とし、第3の温度での保持時間は10分間~1時間とする。 Subsequently, the growth substrate 10 is heated to a third temperature higher than the desorption temperature of H, for example 400° C., and held at the third temperature. As a result, dehydrogenation and cyclization reactions are induced, and 17-AGNR151 with an armchair edge structure is synthesized from the polymer as shown in FIG. 9B. For example, the third temperature is 350° C. to 450° C., and the retention time at the third temperature is 10 minutes to 1 hour.

このように、GNR前駆体101を加熱すると、Brが脱離して、Brと結合していたC同士がGNR前駆体101間で結合し、その後に、Hが脱離して、Hと結合していたC同士がGNR前駆体101間で結合する。Brと結合していたC同士の結合によりGNR前駆体101の配列が決定され、その後のHと結合していたC同士の結合により17-AGNR151の構造が固定される。このため、長い17-AGNR151を安定して合成することができる。例えば、数十nmレベルの17-AGNR151を安定して合成することができる。 In this way, when the GNR precursor 101 is heated, Br is eliminated, and the Cs bonded to Br are bonded between the GNR precursors 101, and then H is eliminated, and the Cs bonded to H are bonded between the GNR precursors 101. The sequence of the GNR precursor 101 is determined by the C-to-C binding with Br, and the subsequent binding of the C-to-H binding fixes the structure of 17-AGNR151. Therefore, long 17-AGNR151 can be stably synthesized. For example, it is possible to stably synthesize 17-AGNR151 of several tens of nm level.

このようにしてGNR2として17-AGNR151を合成し、GNR膜13を形成することができる。 In this manner, 17-AGNR151 is synthesized as GNR2 and the GNR film 13 can be formed.

そして、GNR膜13を形成した後には、次のようにしてGNRネットワーク膜1を形成することができる。すなわち、成長基板10を第3の温度よりも高い第5の温度、例えば450℃~500℃に加熱し、第5の温度に1時間~3時間の間保持する。この結果、GNR膜13に含まれる複数の17-AGNR151のうち互いに近傍に位置する2本の17-AGNR151同士が、それらの延伸方向を維持したままsp軌道混成の六員環接合する。このsp軌道混成の六員環接合は、例えば、2本の17-AGNR151の末端同士で生じる。このようにして、GNR膜13がGNRネットワーク膜1へと変化し、GNRネットワーク膜1を得ることができる。 After forming the GNR film 13, the GNR network film 1 can be formed as follows. That is, the growth substrate 10 is heated to a fifth temperature higher than the third temperature, eg, 450° C. to 500° C., and held at the fifth temperature for 1 hour to 3 hours. As a result, of the plurality of 17-AGNRs 151 contained in the GNR film 13, two 17-AGNRs 151 located close to each other are sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions while maintaining their stretching directions. This sp 2- orbital hybrid six-membered ring junction occurs, for example, between two 17-AGNR151 ends. In this manner, the GNR film 13 is transformed into the GNR network film 1, and the GNR network film 1 can be obtained.

図10A~図10Cに、上記具体例に倣って製造したGNRネットワーク膜の走査型トンネル顕微鏡(scanning tunneling microscope:STM)像を示す。図10Aには、サンプルバイアスVを-1.0Vとし、トンネル電流Iを50pAとして撮影したSTM像を示す。図10B及び図10Cには、サンプルバイアスVを-1.2Vとし、トンネル電流Iを50pAとして撮影したSTM像を示す。図10Aには、図10B及び図10Cよりも広い領域を示す。図10Bには、2本の17-AGNRが60度の角度をなしてsp軌道混成の六員環接合している領域を示す。図10Cには、2本の17-AGNRが120度の角度をなしてsp軌道混成の六員環接合している領域を示す。図10A~図10Cに示すように、60度の整数倍の角度をなしてsp軌道混成の六員環接合した17-AGNRを含むGNRネットワーク膜を合成することができる。 10A-10C show scanning tunneling microscope (STM) images of GNR network membranes fabricated according to the above embodiment. FIG. 10A shows an STM image taken with a sample bias V s of −1.0 V and a tunnel current I t of 50 pA. 10B and 10C show STM images taken with a sample bias V s of −1.2 V and a tunnel current I t of 50 pA. FIG. 10A shows a larger area than FIGS. 10B and 10C. FIG. 10B shows a region where two 17-AGNRs are joined at an angle of 60 degrees to a six-membered sp 2- orbital hybrid. FIG. 10C shows a region where two 17-AGNRs are joined at an angle of 120 degrees to a six-membered sp 2- orbital hybrid. As shown in FIGS. 10A-10C, GNR network membranes can be synthesized containing 17-AGNR with six-membered ring junctions of sp 2- orbital hybrids at angles of integer multiples of 60 degrees.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、GNRネットワーク膜をチャネルに用いたトップゲート型の電界効果トランジスタ(field effect transistor:FET)を含む電子装置に関する。図11は、第2の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。
(Second embodiment)
A second embodiment relates to an electronic device including a top-gate field effect transistor (FET) using a GNR network film as a channel. FIG. 11 is a cross-sectional view showing an electronic device according to the second embodiment.

図11に示すように、第2の実施形態に係る電子装置200は、絶縁基板211と、絶縁基板211上に形成された金属膜212と、金属膜212上に形成されたGNRネットワーク膜201と、を有する。GNRネットワーク膜201として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられる。GNRネットワーク膜201の両端に接するようにソース電極213s及びドレイン電極213dが金属膜212上に形成されている。金属膜212のうちソース電極213sとドレイン電極213dとの間の部分、すなわち、ソース電極213sにもドレイン電極213dにも覆われていない部分は除去されている。GNRネットワーク膜201より下方で、絶縁基板211の上面と、金属膜212の側面と、GNRネットワーク膜201の下面とを覆う絶縁膜214が形成されている。また、GNRネットワーク膜201より上方で、ソース電極213sの側面及び上面と、ドレイン電極213dの側面及び上面と、GNRネットワーク膜201の上面とを覆い、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜215が形成されている。ソース電極213sとドレイン電極213dとの間で絶縁膜215上にゲート電極213gが形成されている。 As shown in FIG. 11, an electronic device 200 according to the second embodiment has an insulating substrate 211, a metal film 212 formed on the insulating substrate 211, and a GNR network film 201 formed on the metal film 212. As the GNR network film 201, the GNR network film 1 according to the first embodiment is used. A source electrode 213 s and a drain electrode 213 d are formed on the metal film 212 so as to be in contact with both ends of the GNR network film 201 . A portion of the metal film 212 between the source electrode 213s and the drain electrode 213d, that is, a portion not covered by the source electrode 213s and the drain electrode 213d is removed. An insulating film 214 is formed below the GNR network film 201 to cover the upper surface of the insulating substrate 211 , the side surfaces of the metal film 212 and the lower surface of the GNR network film 201 . An insulating film 215 functioning as a gate insulating film is formed above the GNR network film 201 to cover the side and top surfaces of the source electrode 213s, the drain electrode 213d, and the GNR network film 201 . A gate electrode 213g is formed on the insulating film 215 between the source electrode 213s and the drain electrode 213d.

絶縁基板211としては、例えばマイカ基板、表面がc面のサファイア(α-Al)結晶基板、表面のミラー指数が(111)のMgO結晶基板等を用いることができる。金属膜212としては、結晶構造がfccで、表面のミラー指数が(111)のAu、Ag、Cu、Ni、Rh、Pd、Ir又はPtの膜を用いることができる。絶縁基板211及び金属膜212が成長基板10に含まれる。この例では、絶縁基板211としてマイカ基板が用いられ、金属膜212としてAu膜を用いられている。GNRネットワーク膜201として、例えば複数の17-AGNRを含むGNRネットワーク膜が形成されている。 As the insulating substrate 211, for example, a mica substrate, a sapphire (α-Al 2 O 3 ) crystal substrate having a c-plane surface, an MgO crystal substrate having a surface Miller index of (111), or the like can be used. As the metal film 212, a film of Au, Ag, Cu, Ni, Rh, Pd, Ir, or Pt having a crystal structure of fcc and a surface Miller index of (111) can be used. The growth substrate 10 includes an insulating substrate 211 and a metal film 212 . In this example, a mica substrate is used as the insulating substrate 211 and an Au film is used as the metal film 212 . A GNR network film including, for example, a plurality of 17-AGNRs is formed as the GNR network film 201 .

ソース電極213s、ドレイン電極213d及びゲート電極213gは、例えば、厚さが0.5nm~2nmのTi膜と、その上の厚さが20nm~50nmのCr膜とを有し、ソース電極213sとドレイン電極213dとの間の距離は、例えば10nm~50nmである。 The source electrode 213s, the drain electrode 213d, and the gate electrode 213g have, for example, a Ti film with a thickness of 0.5 nm to 2 nm and a Cr film thereon with a thickness of 20 nm to 50 nm, and the distance between the source electrode 213s and the drain electrode 213d is, for example, 10 nm to 50 nm.

絶縁膜214及び215の材料として、HfO膜、Al、Si、HfSiO、HfAlON、Y、SrTiO、PbZrTiO、BaTiO等を用いることができる。この例では、絶縁膜214及び215として、厚さが5nm~10nmのHfO膜が形成されている。 As materials for the insulating films 214 and 215, HfO2 film , Al2O3 , Si3N4 , HfSiO, HfAlON, Y2O3 , SrTiO3 , PbZrTiO3 , BaTiO3 , and the like can be used. In this example, HfO 2 films with a thickness of 5 nm to 10 nm are formed as the insulating films 214 and 215 .

第2の実施形態に係る電子装置200では、GNRネットワーク膜201として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられるため、優れた電荷の移動度を得ることができる。このため、例えば、10程度の電流のオン/オフ比が実現でき、数十~数百cm/(V・s)の電界効果移動度が期待できる。 Since the electronic device 200 according to the second embodiment uses the GNR network film 1 according to the first embodiment as the GNR network film 201, excellent charge mobility can be obtained. Therefore, for example, a current on/off ratio of about 10 5 can be realized, and a field effect mobility of several tens to several hundred cm 2 /(V·s) can be expected.

次に、第2の実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。図12A~図12Fは、第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す平面図であり、図13A~図13Fは、第2の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。図13A~図13Fは、図12A~図12F中のI-I線に沿った断面図に相当する。 Next, a method for manufacturing an electronic device according to the second embodiment will be described. 12A to 12F are plan views showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment, and FIGS. 13A to 13F are cross-sectional views showing the method for manufacturing the electronic device according to the second embodiment. 13A to 13F correspond to cross-sectional views taken along line II in FIGS. 12A to 12F.

先ず、図12A及び図13Aに示すように、絶縁基板211上に金属膜212を形成する。絶縁基板211及び金属膜212が成長基板210に含まれる。次いで、金属膜212上にGNRネットワーク膜201を形成する。 First, as shown in FIGS. 12A and 13A, a metal film 212 is formed on an insulating substrate 211 . The growth substrate 210 includes an insulating substrate 211 and a metal film 212 . Next, a GNR network film 201 is formed on the metal film 212 .

その後、図12B及び図13Bに示すように、GNRネットワーク膜201をチャネルの形状に加工する。 After that, as shown in FIGS. 12B and 13B, the GNR network film 201 is processed into a channel shape.

続いて、図12C及び図13Cに示すように、GNRネットワーク膜201の両端に接するようにソース電極213s及びドレイン電極213dを金属膜212上に形成する。ソース電極213s及びドレイン電極213dは、次のようにして形成することができる。 Subsequently, as shown in FIGS. 12C and 13C, a source electrode 213s and a drain electrode 213d are formed on the metal film 212 so as to be in contact with both ends of the GNR network film 201. As shown in FIGS. The source electrode 213s and the drain electrode 213d can be formed as follows.

先ず、ソース電極213sを形成する領域及びドレイン電極213dを形成する領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンとしては、例えば2層構造のレジストパターンを用いる。この場合、下層の犠牲層レジストには、例えばポリメチルグルタルイミド(PMGI)(例えば、米国マイクロケム社製)を用いることができ、上層の電子線レジストには、例えば日本ゼオン社製のZEP520Aを日本ゼオン社製のZEP-Aで1:1に希釈したレジストを用いることができる。次いで、電子線リソグラフィにより、ソース電極213sを形成する領域及びドレイン電極213dを形成する領域に開口部を形成する。その後、例えば、1×10-5Pa以下の高真空下で、蒸着法によりTi膜及びCr膜を開口部の内側及びレジストパターンの上に形成する。例えば、Ti膜の蒸着速度は0.05nm/秒~0.1nm/秒とし、Cr膜の蒸着速度は0.1nm/秒~1nm/秒とする。その後、レジストパターンをその上のTi膜及びCr膜と共に除去する。つまり、リフトオフを行う。このようにしてソース電極213s及びドレイン電極213dを形成することができる。Ti膜及びCr膜は、スパッタ法又はパルスレーザ堆積法等により形成することもできる。 First, a resist pattern having openings in a region for forming the source electrode 213s and a region for forming the drain electrode 213d is formed. As the resist pattern, for example, a resist pattern having a two-layer structure is used. In this case, polymethylglutarimide (PMGI) (manufactured by MicroChem, Inc., USA), for example, can be used for the sacrificial layer resist of the lower layer, and a resist obtained by diluting ZEP520A manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. at 1:1 with ZEP-A manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. can be used for the electron beam resist of the upper layer. Next, by electron beam lithography, openings are formed in a region for forming the source electrode 213s and a region for forming the drain electrode 213d. After that, a Ti film and a Cr film are formed inside the opening and on the resist pattern by vapor deposition under a high vacuum of, for example, 1×10 −5 Pa or less. For example, the vapor deposition rate of the Ti film is 0.05 nm/sec to 0.1 nm/sec, and the vapor deposition rate of the Cr film is 0.1 nm/sec to 1 nm/sec. After that, the resist pattern is removed together with the Ti film and Cr film thereon. That is, liftoff is performed. Thus, the source electrode 213s and the drain electrode 213d can be formed. The Ti film and Cr film can also be formed by a sputtering method, a pulse laser deposition method, or the like.

次いで、図12D及び図13Dに示すように、金属膜212のうちソース電極213sにもドレイン電極213dにも覆われていない部分をウェットエッチングにより除去する。つまり、金属膜212のうちソース電極213sとドレイン電極213dとの間の部分を除去する。金属膜212がAu膜の場合、ヨウ化カリウム(KI)水溶液をエッチャントとして用いることができる。ソース電極213s及びドレイン電極213dはTi膜及びCr膜を含む2層電極であるため、KI水溶液に対して優れたエッチング耐性を有する。その後、純水を用いた洗浄及びイソプロピルアルコールを用いたリンス処理を順次行う。続いて、乾燥処理として、COガスを用いた超臨界乾燥処理を行う。COガスを用いた超臨界乾燥処理は、溶液の表面張力又は毛管力によるGNRネットワーク膜201の切断の防止に好適である。 Next, as shown in FIGS. 12D and 13D, the portions of the metal film 212 that are not covered with the source electrode 213s and the drain electrode 213d are removed by wet etching. That is, a portion of the metal film 212 between the source electrode 213s and the drain electrode 213d is removed. If the metal film 212 is an Au film, a potassium iodide (KI) aqueous solution can be used as an etchant. Since the source electrode 213s and the drain electrode 213d are two-layer electrodes including a Ti film and a Cr film, they have excellent etching resistance to a KI aqueous solution. After that, washing with pure water and rinsing with isopropyl alcohol are sequentially performed. Subsequently, a supercritical drying process using CO 2 gas is performed as a drying process. A supercritical drying process using CO 2 gas is suitable for preventing the GNR network film 201 from breaking due to surface tension or capillary force of the solution.

次いで、図12E及び図13Eに示すように、GNRネットワーク膜201より下方に絶縁膜214を、GNRネットワーク膜201より上方に絶縁膜215を形成する。絶縁膜214は、GNRネットワーク膜201より下方で、絶縁基板211の上面と、金属膜212の側面と、GNRネットワーク膜201の下面とを覆う。絶縁膜215は、GNRネットワーク膜201より上方で、ソース電極213sの側面及び上面と、ドレイン電極213dの側面及び上面と、GNRネットワーク膜201の上面とを覆い、ゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜214及び215は、例えば原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)法により形成することができる。ALD法によりHfO膜を形成する場合、例えば、前駆体にテトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム及びHOを用い、堆積温度は230℃~270℃とする。ALD法では堆積方向に指向性がないため、GNRネットワーク膜201の露出面の全体が絶縁膜214及び215により覆われる。絶縁膜214及び215の形成方法は限定されず、材料に応じて適宜選択することができる。 12E and 13E, an insulating film 214 is formed below the GNR network film 201, and an insulating film 215 is formed above the GNR network film 201. Next, as shown in FIGS. The insulating film 214 covers the upper surface of the insulating substrate 211 , the side surfaces of the metal film 212 and the lower surface of the GNR network film 201 below the GNR network film 201 . The insulating film 215 covers the side and top surfaces of the source electrode 213s, the drain electrode 213d, and the GNR network film 201 above the GNR network film 201, and functions as a gate insulating film. The insulating films 214 and 215 can be formed, for example, by an atomic layer deposition (ALD) method. When the HfO 2 film is formed by the ALD method, for example, tetrakis(dimethylamino)hafnium and H 2 O are used as precursors, and the deposition temperature is set to 230°C to 270°C. Since the ALD method has no directivity in the deposition direction, the entire exposed surface of the GNR network film 201 is covered with insulating films 214 and 215 . A method for forming the insulating films 214 and 215 is not limited and can be selected as appropriate according to the material.

その後、図12F及び図13Fに示すように、ソース電極213sとドレイン電極213dとの間で絶縁膜215上にゲート電極213gを形成する。ゲート電極213gは、ソース電極213s及びドレイン電極213dを形成する方法と同様の方法で形成することができる。 After that, as shown in FIGS. 12F and 13F, a gate electrode 213g is formed on the insulating film 215 between the source electrode 213s and the drain electrode 213d. The gate electrode 213g can be formed by a method similar to the method for forming the source electrode 213s and the drain electrode 213d.

続いて、絶縁膜215に、ソース電極213sの上面の少なくとも一部を露出する開口部215sと、ドレイン電極213dの上面の少なくとも一部を露出する開口部215dとを形成する。開口部215s及び215dの形成では、例えば、電子線レジストを形成し、電子線リソグラフィにより電子線レジストに開口パターンを形成し、塩素系の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行う。塩素系の混合ガスは、例えばBCl、Cl及びOを含む。 Subsequently, the insulating film 215 is formed with an opening 215s exposing at least part of the upper surface of the source electrode 213s and an opening 215d exposing at least part of the upper surface of the drain electrode 213d. In forming the openings 215s and 215d, for example, an electron beam resist is formed, an opening pattern is formed in the electron beam resist by electron beam lithography, and reactive ion etching is performed using a chlorine-based mixed gas. The chlorine-based mixed gas includes, for example, BCl 3 , Cl 2 and O 2 .

このようにして、GNRネットワーク膜201をチャネルとするFETを備えた電子装置200を製造することができる。 In this manner, an electronic device 200 having an FET with the GNR network film 201 as a channel can be manufactured.

(第3の実施形態)
第3の実施形態は、GNRネットワーク膜をチャネルに用いたボトムゲート型のFETを含む電子装置に関する。図14は、第3の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。
(Third Embodiment)
The third embodiment relates to an electronic device including a bottom-gate FET using a GNR network film as a channel. FIG. 14 is a cross-sectional view showing an electronic device according to the third embodiment.

図14に示すように、第3の実施形態に係る電子装置300は、絶縁基板351と、絶縁基板351上に形成されたゲート電極313gと、絶縁基板351及びゲート電極313g上に形成され、ゲート電極313gを覆う絶縁膜315と、を有する。電子装置300は、ゲート電極313gの上方で絶縁膜315上に設けられたGNRネットワーク膜301を有する。GNRネットワーク膜301として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられる。GNRネットワーク膜301の両端に接するようにソース電極313s及びドレイン電極313dが絶縁膜315上に形成されている。ソース電極313sとドレイン電極313dとの間でGNRネットワーク膜301上に保護膜302が形成されている。絶縁膜315はゲート絶縁膜として機能する。 As shown in FIG. 14, the electronic device 300 according to the third embodiment has an insulating substrate 351, a gate electrode 313g formed on the insulating substrate 351, and an insulating film 315 formed on the insulating substrate 351 and the gate electrode 313g and covering the gate electrode 313g. The electronic device 300 has a GNR network film 301 provided on the insulating film 315 above the gate electrode 313g. As the GNR network film 301, the GNR network film 1 according to the first embodiment is used. A source electrode 313 s and a drain electrode 313 d are formed on the insulating film 315 so as to be in contact with both ends of the GNR network film 301 . A protective film 302 is formed on the GNR network film 301 between the source electrode 313s and the drain electrode 313d. The insulating film 315 functions as a gate insulating film.

絶縁基板351としては、例えば熱酸化膜が形成されたSi基板を用いることができる。GNRネットワーク膜301として、例えば複数の17-AGNRを含むGNRネットワーク膜が形成されている。保護膜302として、例えばGNRネットワーク膜301を構成するCと化学結合しにくい膜を用いることができ、具体的にはCr、SiO、Al、Sc、MnO、ZnO、Y、ZrO、MoO及びRuOの膜を保護膜302に用いることができる。この例では、保護膜302としてCr膜が形成されている。 As the insulating substrate 351, for example, a Si substrate on which a thermal oxide film is formed can be used. A GNR network film including, for example, a plurality of 17-AGNRs is formed as the GNR network film 301 . As the protective film 302 , for example, a film that is difficult to chemically bond with C constituting the GNR network film 301 can be used . In this example, a Cr 2 O 3 film is formed as the protective film 302 .

ソース電極313s、ドレイン電極313d及びゲート電極313gは、例えば、厚さが0.5nm~2nmのTi膜と、その上の厚さが20nm~50nmのCr膜とを有し、ソース電極313sとドレイン電極313dとの間の距離は、例えば10nm~50nmである。絶縁膜315の材料として、HfO膜、Al、Si、HfSiO、HfAlON、Y、SrTiO、PbZrTiO、BaTiO等を用いることができる。この例では、絶縁膜315として、厚さが5nm~10nmのHfO膜が形成されている。 The source electrode 313s, the drain electrode 313d, and the gate electrode 313g have, for example, a Ti film with a thickness of 0.5 nm to 2 nm and a Cr film thereon with a thickness of 20 nm to 50 nm, and the distance between the source electrode 313s and the drain electrode 313d is, for example, 10 nm to 50 nm. As a material of the insulating film 315, HfO2 film, Al2O3 , Si3N4 , HfSiO, HfAlON, Y2O3 , SrTiO3 , PbZrTiO3 , BaTiO3 , or the like can be used. In this example, an HfO 2 film with a thickness of 5 nm to 10 nm is formed as the insulating film 315 .

第3の実施形態に係る電子装置300では、GNRネットワーク膜301として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられるため、優れた電荷の移動度を得ることができる。このため、例えば、10程度の電流のオン/オフ比が実現でき、数十~数百cm/(V・s)の電界効果移動度が期待できる。 Since the electronic device 300 according to the third embodiment uses the GNR network film 1 according to the first embodiment as the GNR network film 301, excellent charge mobility can be obtained. Therefore, for example, a current on/off ratio of about 10 5 can be realized, and a field effect mobility of several tens to several hundred cm 2 /(V·s) can be expected.

次に、第3の実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。図15A~図15Hは、第3の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing an electronic device according to the third embodiment will be described. 15A to 15H are cross-sectional views showing the method of manufacturing the electronic device according to the third embodiment.

先ず、図15Aに示すように、絶縁基板311上に金属膜312を形成する。絶縁基板311及び金属膜312が成長基板310に含まれる。次いで、金属膜312上にGNRネットワーク膜301を形成する。絶縁基板311としては、例えばマイカ基板、表面がc面のサファイア(α-Al)結晶基板、表面のミラー指数が(111)のMgO結晶基板等を用いることができる。金属膜312としては、結晶構造がfccで、表面のミラー指数が(111)のAu、Ag、Cu、Ni、Rh、Pd、Ir又はPtの膜を用いることができる。この例では、絶縁基板311としてマイカ基板を用い、金属膜312としてAu膜を用いる。 First, as shown in FIG. 15A, a metal film 312 is formed on an insulating substrate 311 . The growth substrate 310 includes an insulating substrate 311 and a metal film 312 . Next, a GNR network film 301 is formed on the metal film 312 . As the insulating substrate 311, for example, a mica substrate, a sapphire (α-Al 2 O 3 ) crystal substrate having a c-plane surface, an MgO crystal substrate having a surface Miller index of (111), or the like can be used. As the metal film 312, a film of Au, Ag, Cu, Ni, Rh, Pd, Ir, or Pt having a crystal structure of fcc and a surface Miller index of (111) can be used. In this example, a mica substrate is used as the insulating substrate 311 and an Au film is used as the metal film 312 .

その後、図15Bに示すように、GNRネットワーク膜301上に保護膜302を形成する。保護膜302は、後のチャネルの転写の際に用いる有機系の支持膜の残留物からチャネルを保護する。保護膜302としては、GNRネットワーク膜301を構成するCと化学結合しにくい膜を用いることができ、特にCr膜が好ましい。SiO、Al、Sc、MnO、ZnO、Y、ZrO、MoO及びRuOも保護膜302に用いることができる。Cr膜を用いる場合、例えば、GNRネットワーク膜301の形成後、真空槽から暴露することなく、in situでGNRネットワーク膜301上にCr金属膜を蒸着法で形成し、大気中に曝すことで自然酸化によりCr金属膜をCr膜に変化させることができる。例えば、Cr金属膜の蒸着速度は0.01nm/秒~0.05nm/秒とし、厚さは1nm~3nmとする。SiO、Al、Sc、MnO、ZnO、Y、ZrO、MoO及びRuOの膜も同様の方法で形成することができる。なお、Ti及びNiはGNRネットワーク膜301を構成するCと化学結合してTiCやNiCを生成しやすい。 After that, as shown in FIG. 15B, a protective film 302 is formed on the GNR network film 301 . The protective film 302 protects the channel from residues of the organic-based support film used during subsequent transfer of the channel. As the protective film 302, a film that is difficult to chemically bond with C constituting the GNR network film 301 can be used, and a Cr2O3 film is particularly preferable. SiO 2 , Al 2 O 3 , Sc 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, Y 2 O 3 , ZrO 2 , MoO 3 and RuO 2 can also be used for the protective film 302 . When a Cr 2 O 3 film is used, for example, after the GNR network film 301 is formed, a Cr metal film is formed on the GNR network film 301 in situ without being exposed from a vacuum chamber by a vapor deposition method, and exposed to the atmosphere, thereby allowing the Cr metal film to be changed into a Cr 2 O 3 film by natural oxidation. For example, the Cr metal film has a deposition rate of 0.01 nm/sec to 0.05 nm/sec and a thickness of 1 nm to 3 nm. Films of SiO 2 , Al 2 O 3 , Sc 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, Y 2 O 3 , ZrO 2 , MoO 3 and RuO 2 can be formed in a similar manner. Note that Ti and Ni are likely to chemically bond with C constituting the GNR network film 301 to form TiC x and NiC x .

続いて、図15Cに示すように、保護膜302上に有機系の支持膜322を形成する。支持膜322としては、例えば、アクリル樹脂のポリメチルメタクリレート(polymethyl methacrylate:PMMA)の膜を用いる。PMMAの膜は、例えばスピンコート法により100nm~500nmの厚さで形成することができる。支持膜322として、エポキシ樹脂、熱剥離テープ、粘着テープ、各種のフォトレジスト、電子線レジストを用いてもよい。これらの積層膜を用いてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 15C, an organic support film 322 is formed on the protective film 302 . As the support film 322, for example, a polymethyl methacrylate (PMMA) film of acrylic resin is used. The PMMA film can be formed with a thickness of 100 nm to 500 nm by spin coating, for example. As the support film 322, an epoxy resin, a heat peeling tape, an adhesive tape, various photoresists, and an electron beam resist may be used. A laminated film of these may be used.

次いで、図15Dに示すように、金属膜312を除去することで、絶縁基板211から支持膜322、保護膜302及びGNRネットワーク膜301の積層体を分離する。金属膜312としてAu膜が用いられている場合、KI水溶液を用いたウェットエッチングにより金属膜312を除去することができる。その後、保護膜302及びGNRネットワーク膜301の積層体の純水洗浄及び乾燥処理を行う。 Next, as shown in FIG. 15D, the metal film 312 is removed to separate the laminate of the support film 322, the protective film 302 and the GNR network film 301 from the insulating substrate 211. Next, as shown in FIG. When an Au film is used as the metal film 312, the metal film 312 can be removed by wet etching using a KI aqueous solution. After that, the layered body of the protective film 302 and the GNR network film 301 is washed with pure water and dried.

その一方で、図15Eに示すように、別途、絶縁基板351上にゲート電極313gを形成し、絶縁基板351及びゲート電極313g上に絶縁膜315を形成する。絶縁基板351としては、例えば熱酸化膜が形成されたSi基板を用いることができる。ゲート電極313gとしては、第2の実施形態におけるゲート電極213gと同様の方法で、Ti膜及びCr膜の2層電極を形成することができる。絶縁膜315としては、第2の実施形態における絶縁膜215と同様の方法で、HfO膜を形成することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 15E, the gate electrode 313g is separately formed on the insulating substrate 351, and the insulating film 315 is formed on the insulating substrate 351 and the gate electrode 313g. As the insulating substrate 351, for example, a Si substrate on which a thermal oxide film is formed can be used. As the gate electrode 313g, a two-layer electrode of a Ti film and a Cr film can be formed by the same method as the gate electrode 213g in the second embodiment. As the insulating film 315, a HfO 2 film can be formed by the same method as the insulating film 215 in the second embodiment.

そして、図15Eに示すように、GNRネットワーク膜301が絶縁膜315と接触するようにして、保護膜302及びGNRネットワーク膜301の積層体を、絶縁基板351、ゲート電極313g及び絶縁膜315の積層体に重ね合わせる。 Then, as shown in FIG. 15E, the laminated body of the protective film 302 and the GNR network film 301 is overlaid on the laminated body of the insulating substrate 351, the gate electrode 313g and the insulating film 315 so that the GNR network film 301 is in contact with the insulating film 315.

次いで、図15Fに示すように、支持膜322を除去する。支持膜322としてPMMAの膜を用いている場合、約70℃のアセトンに浸漬することで支持膜322を除去することができる。支持膜322の除去後、例えばイソプロピルアルコールを用いたリンス処理を行う。一般的に、グラフェン上のPMMAを完全に取り除くことは難しく、その残留物がグラフェンの特性を劣化させることがある。本実施形態では、GNRネットワーク膜301とPMMAの支持膜322との間に保護膜302が形成されているため、PMMAの残留物によるGNRネットワーク膜301の特性の劣化を抑制することができる。 The support film 322 is then removed, as shown in FIG. 15F. When a PMMA film is used as the support film 322, the support film 322 can be removed by immersion in acetone at about 70.degree. After removing the support film 322, a rinse process using, for example, isopropyl alcohol is performed. In general, it is difficult to completely remove PMMA on graphene, and the residue may deteriorate the properties of graphene. In this embodiment, since the protective film 302 is formed between the GNR network film 301 and the PMMA support film 322, deterioration of the characteristics of the GNR network film 301 due to PMMA residue can be suppressed.

その後、図15Gに示すように、保護膜302に、GNRネットワーク膜301の一部を露出するソース用の開口部302sと、GNRネットワーク膜301の他の一部を露出するドレイン用の開口部302dとを形成する。開口部302s及び302dの形成では、例えば、電子線レジストを形成し、電子線リソグラフィにより電子線レジストに開口パターンを形成し、硝酸第二セリウムアンモニウムを用いたウェットエッチングを行う。 15G, the protective film 302 is formed with a source opening 302s exposing a part of the GNR network film 301 and a drain opening 302d exposing another part of the GNR network film 301. Then, as shown in FIG. In forming the openings 302s and 302d, for example, an electron beam resist is formed, an opening pattern is formed in the electron beam resist by electron beam lithography, and wet etching is performed using ceric ammonium nitrate.

続いて、図15Hに示すように、開口部302sを通じてGNRネットワーク膜301に接するソース電極313sと、開口部302dを通じてGNRネットワーク膜301に接するドレイン電極313dとを絶縁膜315上に形成する。ソース電極313s及びドレイン電極313dとしては、第2の実施形態におけるソース電極213s及びドレイン電極213dと同様の方法で、Ti膜及びCr膜の2層電極を形成することができる。 15H, a source electrode 313s contacting the GNR network film 301 through the opening 302s and a drain electrode 313d contacting the GNR network film 301 through the opening 302d are formed on the insulating film 315. As shown in FIG. As the source electrode 313s and the drain electrode 313d, two-layer electrodes of a Ti film and a Cr film can be formed by the same method as the source electrode 213s and the drain electrode 213d in the second embodiment.

このようにして、GNRネットワーク膜301をチャネルとするFETを備えた電子装置300を製造することができる。 In this manner, an electronic device 300 having an FET with the GNR network film 301 as a channel can be manufactured.

絶縁基板351の材料は限定されない。絶縁基板351として、透明なガラス基板又は可撓性のあるポリエチレンテレフタレート(PET)基板等を用いてもよい。このようなガラス基板及びPET基板はディスプレイへの応用に好適である。 The material of the insulating substrate 351 is not limited. As the insulating substrate 351, a transparent glass substrate, a flexible polyethylene terephthalate (PET) substrate, or the like may be used. Such glass substrates and PET substrates are suitable for application to displays.

(第4の実施形態)
第4の実施形態は、GNRネットワーク膜をチャネルに用いたトップゲート型のFETを含む電子装置に関する。図16は、第4の実施形態に係る電子装置を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment relates to an electronic device including a top-gate FET using a GNR network film as a channel. FIG. 16 is a cross-sectional view showing an electronic device according to a fourth embodiment.

図16に示すように、第4の実施形態に係る電子装置400は、絶縁基板351と、絶縁基板351上に設けられたGNRネットワーク膜301と、を有する。GNRネットワーク膜301として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられる。GNRネットワーク膜301の両端に接するようにソース電極413s及びドレイン電極413dが絶縁基板351上に形成されている。ソース電極413sとドレイン電極413dとの間でGNRネットワーク膜301上に保護膜302が形成されている。ソース電極413s、保護膜302及びドレイン電極413d上に広がるように絶縁膜415が形成され、絶縁膜415上にゲート電極413gが形成されている。絶縁膜415はゲート絶縁膜として機能する。 As shown in FIG. 16 , an electronic device 400 according to the fourth embodiment has an insulating substrate 351 and a GNR network film 301 provided on the insulating substrate 351 . As the GNR network film 301, the GNR network film 1 according to the first embodiment is used. A source electrode 413 s and a drain electrode 413 d are formed on the insulating substrate 351 so as to be in contact with both ends of the GNR network film 301 . A protective film 302 is formed on the GNR network film 301 between the source electrode 413s and the drain electrode 413d. An insulating film 415 is formed over the source electrode 413 s , the protective film 302 and the drain electrode 413 d , and a gate electrode 413 g is formed over the insulating film 415 . The insulating film 415 functions as a gate insulating film.

ソース電極413s、ドレイン電極413d及びゲート電極413gは、例えば、厚さが0.5nm~2nmのTi膜と、その上の厚さが20nm~50nmのCr膜とを有し、ソース電極413sとドレイン電極413dとの間の距離は、例えば10nm~50nmである。絶縁膜415の材料として、HfO膜、Al、Si、HfSiO、HfAlON、Y、SrTiO、PbZrTiO、BaTiO等を用いることができる。この例では、絶縁膜415として、厚さが5nm~10nmのHfO膜が形成されている。 The source electrode 413s, the drain electrode 413d, and the gate electrode 413g have, for example, a Ti film with a thickness of 0.5 nm to 2 nm and a Cr film thereon with a thickness of 20 nm to 50 nm, and the distance between the source electrode 413s and the drain electrode 413d is, for example, 10 nm to 50 nm. As a material of the insulating film 415, HfO2 film, Al2O3 , Si3N4 , HfSiO, HfAlON, Y2O3 , SrTiO3 , PbZrTiO3 , BaTiO3 , or the like can be used. In this example, an HfO 2 film with a thickness of 5 nm to 10 nm is formed as the insulating film 415 .

第4の実施形態に係る電子装置400では、GNRネットワーク膜301として、第1の実施形態に係るGNRネットワーク膜1が用いられるため、優れた電荷の移動度を得ることができる。このため、例えば、10程度の電流のオン/オフ比が実現でき、数十~数百cm/(V・s)の電界効果移動度が期待できる。 Since the electronic device 400 according to the fourth embodiment uses the GNR network film 1 according to the first embodiment as the GNR network film 301, excellent charge mobility can be obtained. Therefore, for example, a current on/off ratio of about 10 5 can be realized, and a field effect mobility of several tens to several hundred cm 2 /(V·s) can be expected.

次に、第4の実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。図17A~図17Eは、第4の実施形態に係る電子装置の製造方法を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing an electronic device according to the fourth embodiment will be described. 17A to 17E are cross-sectional views showing the method for manufacturing an electronic device according to the fourth embodiment.

先ず、図17Aに示すように、第3の実施形態と同様にして、支持膜322、保護膜302及びGNRネットワーク膜301の積層体を形成する。次いで、絶縁基板351に、保護膜302及びGNRネットワーク膜301の積層体を、GNRネットワーク膜301が絶縁基板351と接触するようにして重ね合わせる。 First, as shown in FIG. 17A, a laminate of a support film 322, a protective film 302 and a GNR network film 301 is formed in the same manner as in the third embodiment. Next, the laminate of the protective film 302 and the GNR network film 301 is overlaid on the insulating substrate 351 such that the GNR network film 301 is in contact with the insulating substrate 351 .

その後、図17Bに示すように、支持膜322を除去する。 After that, as shown in FIG. 17B, the support film 322 is removed.

続いて、図17Cに示すように、保護膜302に、GNRネットワーク膜301の一部を露出するソース用の開口部302sと、GNRネットワーク膜301の他の一部を露出するドレイン用の開口部302dとを形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 17C, the protective film 302 is formed with a source opening 302s exposing a portion of the GNR network film 301 and a drain opening 302d exposing the other portion of the GNR network film 301. As shown in FIG.

次いで、図17Dに示すように、開口部302sを通じてGNRネットワーク膜301に接するソース電極413sと、開口部302dを通じてGNRネットワーク膜301に接するドレイン電極413dとを絶縁基板351上に形成する。ソース電極413s及びドレイン電極413dとしては、第2の実施形態におけるソース電極213s及びドレイン電極213dと同様の方法で、Ti膜及びCr膜の2層電極を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 17D, a source electrode 413s contacting the GNR network film 301 through the opening 302s and a drain electrode 413d contacting the GNR network film 301 through the opening 302d are formed on the insulating substrate 351. Next, as shown in FIG. As the source electrode 413s and the drain electrode 413d, two-layer electrodes of a Ti film and a Cr film can be formed by the same method as the source electrode 213s and the drain electrode 213d in the second embodiment.

その後、図17Eに示すように、ソース電極413s、保護膜302及びドレイン電極413d上に広がる絶縁膜415及びゲート電極413gを形成する。絶縁膜415及びゲート電極413gは、次のようにして形成することができる。 After that, as shown in FIG. 17E, an insulating film 415 and a gate electrode 413g extending over the source electrode 413s, protective film 302 and drain electrode 413d are formed. The insulating film 415 and the gate electrode 413g can be formed as follows.

先ず、絶縁膜415及びゲート電極413gを形成する領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンとしては、例えば2層構造のレジストパターンを用いる。次いで、電子線リソグラフィにより、絶縁膜415及びゲート電極413gを形成する領域に開口部を形成する。その後、例えば、1×10-5Pa以下の高真空下で、Oガスを導入しながらHf金属を蒸着することでHfO膜を開口部の内側及びレジストパターンの上に形成し、HfO膜上にTi膜及びCr膜を形成する。その後、レジストパターンをその上のHfO膜、Ti膜及びCr膜と共に除去する。つまり、リフトオフを行う。このようにして絶縁膜415及びゲート電極413gを形成することができる。 First, a resist pattern having openings in regions where the insulating film 415 and the gate electrode 413g are to be formed is formed. As the resist pattern, for example, a resist pattern having a two-layer structure is used. Next, by electron beam lithography, openings are formed in regions where the insulating film 415 and the gate electrode 413g are to be formed. After that, under a high vacuum of, for example, 1×10 −5 Pa or less, Hf metal is vapor-deposited while introducing O 2 gas to form an HfO 2 film inside the opening and on the resist pattern, and a Ti film and a Cr film are formed on the HfO 2 film. After that, the resist pattern is removed together with the HfO 2 film, Ti film and Cr film thereon. That is, liftoff is performed. Thus, the insulating film 415 and the gate electrode 413g can be formed.

このようにして、GNRネットワーク膜301をチャネルとするFETを備えた電子装置400を製造することができる。 In this manner, an electronic device 400 having an FET with the GNR network film 301 as a channel can be manufactured.

ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の材料は限定されない。例えば、Ti膜と、その上のAu膜、Pt膜又はPd膜との積層体をソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に用いてもよい。また、透明電極材料をソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に用いてもよい。透明電極材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、In、SnO、AlZnO及びGaZnOが挙げられる。 Materials for the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are not limited. For example, a laminate of a Ti film and an Au film, Pt film or Pd film thereon may be used for the source electrode, drain electrode and gate electrode. Also, a transparent electrode material may be used for the source electrode, the drain electrode and the gate electrode. Transparent electrode materials include indium tin oxide (ITO), In2O3 , SnO2 , AlZnO and GaZnO .

GNRネットワーク膜に含まれるGNRは17-AGNRに限定されない。例えば、9-AGNR、13-AGNR、21-AGNR、25-AGNR、29-AGNR等がGNRネットワーク膜に含まれていてもよい。AGNRのnの値、リボン幅方向のC-Cダイマーラインの数N、リボン幅W及びバンドギャップEの関係を表1に示す。バンドギャップEは、多体効果を考慮した第一原理シミュレーションから計算される値であり、この計算ではAGNRのエッジ修飾基はすべてHである。図18に、C-Cダイマーラインとリボン幅Wとの関係を示す。 The GNRs contained in the GNR network membrane are not limited to 17-AGNR. For example, 9-AGNR, 13-AGNR, 21-AGNR, 25-AGNR, 29-AGNR, etc. may be included in the GNR network membrane. Table 1 shows the relationship between the n1 value of AGNR, the number N of CC dimer lines in the ribbon width direction, the ribbon width W and the bandgap Eg . The bandgap E g is a value calculated from first-principles simulations considering many-body effects, in which the edge-modifying groups of AGNR are all H. FIG. 18 shows the relationship between the CC dimer line and the ribbon width W. As shown in FIG.

Figure 0007315166000002
Figure 0007315166000002

表1に示すように、修飾基Xを含む六員環のC配置1,2に修飾される六員環の数(n)により、N-AGNRのリボン幅を系統的にコントロールしてバンドギャップエンジニアリングを実現することができる。なお、本明細書において、グラフェンナノリボンとは、六員環の数(n)が6以下のものを意味するものとする。六員環の数(n)が7以上となると、バンドギャップが小さくなり、半導体としての利用が困難となるためである。 As shown in Table 1, the number (n 1 ) of six-membered rings modified at C configurations 1 and 2 of the six-membered ring containing the modifying group X systematically controls the ribbon width of N-AGNR to achieve bandgap engineering. In this specification, graphene nanoribbons mean those having six or less six-membered rings (n 1 ). This is because when the number of six-membered rings (n 1 ) is 7 or more, the bandgap becomes small, making it difficult to use as a semiconductor.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as appendices.

(付記1)
互いに60度の整数倍の角度をなして配列した複数のグラフェンナノリボンを有し、
前記複数のグラフェンナノリボンは、互いにsp軌道混成の六員環接合していることを特徴とするグラフェンナノリボンネットワーク膜。
(付記2)
前記複数のグラフェンナノリボンは、末端同士で接合していることを特徴とする付記1に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜。
(付記3)
結晶構造が面心立方格子の金属膜の(111)面に、上記の化学式(1)で表される構造式を有するグラフェンナノリボン前駆体を第1の温度で蒸着する工程と、
前記(111)面上で前記グラフェンナノリボン前駆体を前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱して、Xの脱離及びC-C結合反応を誘起し、前記(111)面上にポリマーを得る工程と、
前記ポリマーを前記第2の温度よりも高い第3の温度に加熱して、Yの脱離及びC-C結合反応を誘起する工程と、
前記ポリマーを前記第3の温度以上の第4の温度に加熱して、Zの脱離及びC-C結合反応を誘起することにより、前記(111)面上で互いに60度の整数倍の角度をなして配列した複数のグラフェンナノリボンを得る工程と、
前記複数のグラフェンナノリボンを前記第4の温度よりも高い第5の温度に加熱して、前記複数のグラフェンナノリボンを互いにsp軌道混成の六員環接合させる工程と、
を有し、
上記の化学式(1)において、
は、1以上6以下の整数であり、
X、Y及びZは、F、Cl、Br、I、H、OH、SH、SOH、SOH、SONH、PO、NO、NO、NH、CH、CHO、COCH、COOH、CONH、COCl、CN、CF、CCl、CBr又はCIであり、
六員環を構成する炭素原子からのX、Y、Zの脱離温度をそれぞれT、T、Tとしたとき、T<T≦Tの関係が成り立つことを特徴とするグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。
(付記4)
前記第1の温度はXの脱離温度T未満であり、
前記第2の温度は前記脱離温度T以上Yの脱離温度T未満であり、
前記第3の温度は前記脱離温度T以上Zの脱離温度T未満であり、
前記第4の温度は前記脱離温度T以上であることを特徴とする付記3に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。
(付記5)
Y及びZが同一であり、前記第3の温度及び前記第4の温度が互いに等しいことを特徴とする付記3又は4に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。
(付記6)
付記1又は2に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜を電界効果トランジスタのチャネルに有することを特徴とする電子装置。
(付記7)
付記3乃至5のいずれか1項に記載の方法により、前記金属膜の前記(111)面上にグラフェンナノリボンネットワーク膜を製造する工程と、
前記グラフェンナノリボンネットワーク膜をチャネルに有する電界効果トランジスタを形成する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記8)
前記電界効果トランジスタを形成する工程は、
前記金属膜上に前記グラフェンナノリボンネットワーク膜に接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記金属膜のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の部分を除去する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の部分で、前記グラフェンナノリボンネットワーク膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記7に記載の電子装置の製造方法。
(付記9)
前記電界効果トランジスタを形成する工程は、
絶縁基板の上方にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記グラフェンナノリボンネットワーク膜を転写する工程と、
前記絶縁基板の上方に、前記グラフェンナノリボンネットワーク膜に接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記7に記載の電子装置の製造方法。
(付記10)
前記電界効果トランジスタを形成する工程は、
絶縁基板上に前記グラフェンナノリボンネットワーク膜を転写する工程と、
前記絶縁基板の上方に、前記グラフェンナノリボンネットワーク膜に接するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の部分で、前記グラフェンナノリボンネットワーク膜の上方にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記7に記載の電子装置の製造方法。
(Appendix 1)
having a plurality of graphene nanoribbons arranged at angles of integral multiples of 60 degrees with respect to each other;
The graphene nanoribbon network film, wherein the plurality of graphene nanoribbons are sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions.
(Appendix 2)
The graphene nanoribbon network film according to appendix 1, wherein the plurality of graphene nanoribbons are joined end-to-end.
(Appendix 3)
depositing a graphene nanoribbon precursor having a structural formula represented by the above chemical formula (1) on the (111) plane of a metal film having a face-centered cubic crystal structure at a first temperature;
heating the graphene nanoribbon precursor on the (111) face to a second temperature higher than the first temperature to induce X elimination and C—C bonding reactions to obtain a polymer on the (111) face;
heating the polymer to a third temperature higher than the second temperature to induce elimination of Y and a C—C bonding reaction;
heating the polymer to a fourth temperature equal to or higher than the third temperature to induce desorption of Z and a C—C bond reaction to obtain a plurality of graphene nanoribbons arranged on the (111) plane at an angle of an integer multiple of 60 degrees to each other;
heating the plurality of graphene nanoribbons to a fifth temperature that is higher than the fourth temperature to cause the plurality of graphene nanoribbons to sp 2- orbital hybrid six-membered ring junctions with each other;
has
In the above chemical formula (1),
n 1 is an integer of 1 or more and 6 or less,
X, Y and Z are F, Cl, Br, I, H, OH, SH, SO2H , SO3H , SO2NH2 , PO3H2 , NO, NO2 , NH2 , CH3 , CHO, COCH3 , COOH, CONH2 , COCl, CN, CF3 , CCl3 , CBr3 or CI3 ;
A method for producing a graphene nanoribbon network film, characterized in that a relationship of TX < TY ≤ TZ holds, where TX , TY, and TZ are desorption temperatures of X , Y , and Z from carbon atoms constituting a six-membered ring.
(Appendix 4)
the first temperature is less than the desorption temperature Tx of X;
the second temperature is greater than or equal to the desorption temperature TX and less than the desorption temperature TY of Y;
the third temperature is greater than or equal to the desorption temperature T Y and less than the desorption temperature T Z of Z;
The method for producing a graphene nanoribbon network film according to appendix 3, wherein the fourth temperature is equal to or higher than the desorption temperature TZ .
(Appendix 5)
5. The method for producing a graphene nanoribbon network film according to appendix 3 or 4, wherein Y and Z are the same, and the third temperature and the fourth temperature are equal to each other.
(Appendix 6)
An electronic device comprising the graphene nanoribbon network film according to appendix 1 or 2 in a channel of a field effect transistor.
(Appendix 7)
A step of producing a graphene nanoribbon network film on the (111) plane of the metal film by the method according to any one of Appendices 3 to 5;
forming a field effect transistor having the graphene nanoribbon network film as a channel;
A method of manufacturing an electronic device, comprising:
(Appendix 8)
The step of forming the field effect transistor includes:
forming a source electrode and a drain electrode in contact with the graphene nanoribbon network film on the metal film;
removing a portion of the metal film between the source electrode and the drain electrode;
forming a gate insulating film and a gate electrode on the graphene nanoribbon network film in a portion between the source electrode and the drain electrode;
The method for manufacturing an electronic device according to Supplementary Note 7, characterized by comprising:
(Appendix 9)
The step of forming the field effect transistor includes:
forming a gate electrode and a gate insulating film over an insulating substrate;
transferring the graphene nanoribbon network film onto the gate insulating film;
forming source and drain electrodes over the insulating substrate in contact with the graphene nanoribbon network film;
The method for manufacturing an electronic device according to Supplementary Note 7, characterized by comprising:
(Appendix 10)
The step of forming the field effect transistor includes:
transferring the graphene nanoribbon network film onto an insulating substrate;
forming source and drain electrodes over the insulating substrate in contact with the graphene nanoribbon network film;
forming a gate insulating film and a gate electrode over the graphene nanoribbon network film in a portion between the source electrode and the drain electrode;
The method for manufacturing an electronic device according to Supplementary Note 7, characterized by comprising:

1、201、301:GNRネットワーク膜
2:GNR
3:六員環
10:成長基板
11:絶縁基板
12:金属膜
13:GNR膜
200、300、400:電子装置
213s、313s、413s:ソース電極
213d、313d、413d:ドレイン電極
213g、313g、413g:ゲート電極
1, 201, 301: GNR network membrane 2: GNR
3: Six-membered ring 10: Growth substrate 11: Insulating substrate 12: Metal film 13: GNR film 200, 300, 400: Electronic device 213s, 313s, 413s: Source electrode 213d, 313d, 413d: Drain electrode 213g, 313g, 413g: Gate electrode

Claims (5)

結晶構造が面心立方格子の金属膜の(111)面に、下記の化学式(1)で表される構造式を有するグラフェンナノリボン前駆体を第1の温度で蒸着する工程と、
前記(111)面上で前記グラフェンナノリボン前駆体を前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱して、Xの脱離及びC-C結合反応を誘起し、前記(111)面上にポリマーを得る工程と、
前記ポリマーを前記第2の温度よりも高い第3の温度に加熱して、Yの脱離及びC-C結合反応を誘起する工程と、
前記ポリマーを前記第3の温度以上の第4の温度に加熱して、Zの脱離及びC-C結合反応を誘起することにより、前記(111)面上で互いに60度の整数倍の角度をなして配列した複数のグラフェンナノリボンを得る工程と、
前記複数のグラフェンナノリボンを前記第4の温度よりも高い第5の温度に1時間~3時間保持して、前記複数のグラフェンナノリボンを互いにsp軌道混成の六員環接合させる工程と、
を有し、
前記第5の温度は450℃~500℃であり、
下記の化学式(1)において、
は、1以上6以下の整数であり、
X、Y及びZは、F、Cl、Br、I、H、OH、SH、SOH、SOH、SONH、PO、NO、NO、NH、CH、CHO、COCH、COOH、CONH、COCl、CN、CF、CCl、CBr又はCIであり、
六員環を構成する炭素原子からのX、Y、Zの脱離温度をそれぞれT、T、Tとしたとき、T<T≦Tの関係が成り立つことを特徴とするグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。
Figure 0007315166000003
depositing a graphene nanoribbon precursor having a structural formula represented by the following chemical formula (1) on the (111) plane of a metal film having a face-centered cubic crystal structure at a first temperature;
heating the graphene nanoribbon precursor on the (111) face to a second temperature higher than the first temperature to induce X elimination and C—C bonding reactions to obtain a polymer on the (111) face;
heating the polymer to a third temperature higher than the second temperature to induce elimination of Y and a C—C bonding reaction;
heating the polymer to a fourth temperature equal to or higher than the third temperature to induce desorption of Z and a C—C bond reaction to obtain a plurality of graphene nanoribbons arranged on the (111) plane at an angle of an integer multiple of 60 degrees to each other;
holding the plurality of graphene nanoribbons at a fifth temperature higher than the fourth temperature for 1 hour to 3 hours to bond the plurality of graphene nanoribbons to each other with sp 2 orbital hybrid six-membered rings;
has
the fifth temperature is 450° C. to 500° C.;
In the chemical formula (1) below,
n 1 is an integer of 1 or more and 6 or less,
X, Y and Z are F, Cl, Br, I, H, OH, SH, SO2H , SO3H , SO2NH2 , PO3H2 , NO, NO2 , NH2 , CH3 , CHO, COCH3 , COOH, CONH2 , COCl, CN, CF3 , CCl3 , CBr3 or CI3 ;
A method for producing a graphene nanoribbon network film, characterized in that a relationship of TX < TY ≤ TZ holds, where TX , TY, and TZ are desorption temperatures of X , Y , and Z from carbon atoms constituting a six-membered ring.
Figure 0007315166000003
前記第1の温度はXの脱離温度T未満であり、
前記第2の温度は前記脱離温度T以上Yの脱離温度T未満であり、
前記第3の温度は前記脱離温度T以上Zの脱離温度T未満であり、
前記第4の温度は前記脱離温度T以上であることを特徴とする請求項に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。
the first temperature is less than the desorption temperature Tx of X;
the second temperature is greater than or equal to the desorption temperature TX and less than the desorption temperature TY of Y;
the third temperature is greater than or equal to the desorption temperature T Y and less than the desorption temperature T Z of Z;
The method for producing a graphene nanoribbon network film according to claim 1 , wherein the fourth temperature is equal to or higher than the desorption temperature TZ .
Y及びZが同一であり、前記第3の温度及び前記第4の温度が互いに等しいことを特徴とする請求項又はに記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。 The method for producing a graphene nanoribbon network film according to claim 1 or 2 , wherein Y and Z are the same, and the third temperature and the fourth temperature are equal to each other. 蒸着する前記グラフェンナノリボン前駆体の厚さを1ML~3MLとすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のグラフェンナノリボンネットワーク膜の製造方法。The method for producing a graphene nanoribbon network film according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the graphene nanoribbon precursor to be vapor-deposited is 1 ML to 3 ML. 請求項乃至のいずれか1項に記載の方法により、前記金属膜の前記(111)面上にグラフェンナノリボンネットワーク膜を製造する工程と、
前記グラフェンナノリボンネットワーク膜をチャネルに有する電界効果トランジスタを形成する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
producing a graphene nanoribbon network film on the (111) plane of the metal film by the method of any one of claims 1 to 4 ;
forming a field effect transistor having the graphene nanoribbon network film as a channel;
A method of manufacturing an electronic device, comprising:
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