【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.24】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24BA0036

利用課題名 / Title

歪み導入グラフェン試料の作製

利用した実施機関 / Support Institute

筑波大学 / Tsukuba Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by 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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

グラフェン,電子線リソグラフィ/ EB lithography,リソグラフィ/ Lithography

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)

神田 晶申

所属名 / Affiliation

筑波大学数理物質科学研究群

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

近藤さらな,黄天辰

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）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

BA-005：電子線描画装置
BA-009：パターン投影リソグラフィシステム

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

格子歪みを用いてグラフェンにバンドギャップを生成することを目的とした試料作製を行った。特に、グラフェンに周期歪みと周期ポテンシャルの両方を印加してグラフェンの空間反転対称性を破るような試料構造を目指した。

実験 / Experimental

本研究では、周期歪みは基板上に形成したレジスト凹凸構造にグラフェンを載せることによって導入し、周期ポテンシャル変調は基板上に配置した櫛形電極を用いて実現することにした。まず有限要素法によってグラフェンにsin型のポテンシャル変調を実現するための電極構造を検討した。さらに、電子線描画装置・パターン生成リソグラフィーシステムを用いて位相差のある周期歪みと周期ポテンシャル変調を導入するための構造を形成した。

結果と考察 / Results and Discussion

グラフェンに周期的なポテンシャル変調を導入する最も簡単な方法として、2種類の電圧の櫛形電極を交互に配置する構造を検討した。電圧V_g1の電極とV_g2の電極を交互に配置した場合には、電位振動の振幅はV_g1-V_g2に比例し、振動中心は(V_g1+V_g2)/2となる。ただし、櫛形電極を微細化した場合には、2つの櫛形電極の入れ子構造をリフトオフ法で作製するのは困難で歩留まりが低くなるという欠点がある。そこで、櫛形電極の電圧値は1種類V_gc のみとし、バックゲート電圧V_gを用いてポテンシャル変調を導入する方法を検討した。その結果、適切なバックゲート電圧の設定によりグラフェン位置にsin型の電位分布を形成できることが確認された。さらに、櫛形電極からグラフェンまでの距離が70 nmのときに電位振幅を一定に保ちながら振動中心を変化させる条件を検討した。
この結果を利用して、櫛形電極パターンを形成し、実際に試料構造を作製した。今後電気伝導測定を行う予定である。

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.

1. 近藤 さらな, 鈴⽊ 裕⻁, 吉岡 英⽣, 林 正彦, 神⽥ 晶申，「周期歪みと周期ポテンシャル変調をもつグラフェンの形成」，2025年応⽤物理学会春季講演会，令和7年3月15日

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