【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0013
利用課題名 / Title
低次元材料を用いたデバイス開発
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,量子効果デバイス/ Quantum effect device,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小倉 宏斗
所属名 / Affiliation
東北大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-065：エリオニクス 50kV EB描画装置
TU-207：アルバック多用途RIE装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
グラフェンをはじめとする低次元材料は、次世代の量子デバイス応用に向けた材料として注目が集まっている。このような低次元材料の量子デバイス化を行うにあたり、ナノメートルサイズの微細電極の形成が必須であり、その作製プロセスの構築および最適化は重要な課題である。特に、本研究では、グラフェンと電極が擬一次元的に接合し、且つチャネル長がナノメートルオーダーとなるような、狭チャネル長のエッジコンタクト型デバイスに焦点を当てて実験を行った。このような微細電極の作製のため、電子線リソグラフィー及びプラズマエッチング装置を使用した。
実験 / Experimental
本実験では、まず電子線リソグラフィーを用いて、SiO2/Si基板上に転写したグラフェンの上に、任意の形状の電極パターンを現像した。特に、チャネル長が200 nm~300 nm程度の微細電極となるようにした。その後にプラズマを照射することで、グラフェン結晶の一部をエッチングした。尚、プラズマのガス種はCHF3とO2を用いた。エッチング後に金属蒸着を行うことで、グラフェンと電極が擬一次元界面で接合したエッジコンタクト型のデバイスを作製した。作製したデバイスに対しては、その電気伝導特性を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したエッジコンタクト型のグラフェンデバイスに対し、電気伝導測定を行った結果、グラフェンに由来する明瞭なゲート電圧依存性が確認された。このゲート依存性は、常温下だけでなく、4 K程度の低温下においても確認することができた。このことから、安定したエッジコンタクト型デバイスの作製プロセスを確立できたことが分かった。この結果は、今後、グラフェンのみならず、様々な低次元材料のデバイスを作製する上で重要な知見である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Yuto Tsukidate, Zhuoqun Li, Hiroto Ogura, and Toshiaki Kato, “Bottom-up synthesis of graphene-superconductor junctions by Plasma CVD” The 67th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium, Kochi (2024/9/1)
- Yuto Tsukidate, Zhuoqun Li, Hiroto Ogura, and Toshiaki Kato, “Electrical characterization of graphene-superconductor junctions fabricated by plasma CVD”, The 68th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium, Nagoya (2025/3/3)
- Hiroto Ogura, Dongfang Zheng, Dingkun Bi, and Toshiaki Kato, “Direct synthesis of MoS2 from superconducting MoRe”, The 68th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium, Nagoya (2025/3/5)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件