グラフェン基板の製造方法およびグラフェン基板
【課題】 端構造を原子スケールで形成・制御可能なグラフェンの加工方法を提供する。
【解決手段】本発明のグラフェンの製造方法では、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する。
【解決手段】本発明のグラフェンの製造方法では、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェン基板の製造方法および当該製造法によって製造されたグラフェン基板に関し、特に、例外的な電子物性や光学特性、優れた機械的特性や化学的特性に由来する、次世代のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、スピントロニクスに応用できるグラフェン基板の製造方法およびグラフェン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の情報化社会を支えるのはシリコンをベースとしたＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）に代表される半導体素子である。これまで、シリコン半導体産業は、リソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術などの微細加工技術の適用範囲をマイクロメートルから数十ナノメートルまで継続的に引き下げることで微細化を果たし、高集積化と高性能化を同時に実現してきた。近年、半導体チャネルとして働くシリコン層の薄さは原子層レベルに達しようとしており、その材料的・物理的限界が指摘されている。
【０００３】
究極の薄さである２次元原子層薄膜でありながら、化学的にも熱力学的にも安定なグラフェンはこの要請に応える大きな潜在性を秘める新規半導体材料であり、それらの優れた物性を活用することで、既存素子の性能を凌駕する新素子が実現できる可能性がある。
【０００４】
グラフェンはｓｐ２混成の炭素のみで構成される層状物質であるグラファイトを１層だけ取り出したものであり、前述の通り、化学反応に対して非常に堅牢であり、また、熱力学的にも安定な単原子層平面物質である。
【０００５】
グラフェンの構造は、炭素原子を頂点とする正６角形の六炭素環を隙間なく敷き詰めた蜂の巣（ハニカム、ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）状の擬２次元シートで、炭素−炭素間距離は約１．４２オングストローム、層の厚さは、下地がグラファイトならば、３．３〜３．４オングストローム、その他の基板上では１０オングストローム程度である。
【０００６】
グラフェン平面の大きさは、一片の長さがナノメートルオーダーの分子サイズから理論上は無限大まで、様々なサイズを想定することが出来る。通常、グラフェンはグラファイト１層を指すが、層数が２層以上のものを含む場合も多い。その場合、１層、２層、３層のものは、それぞれ、単層（モノレイヤー、ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）グラフェン、２層（バイレイヤー、ｂｉｌａｙｅｒ）グラフェン、３層（トリレイヤー、ｔｒｉｌａｙｅｒ）グラフェンと呼ばれ、１０層程度までのものをまとめて数層（フューレイヤー、ｆｅｗ−ｌａｙｅｒ）グラフェンと呼ぶ。また、単層グラフェン以外は多層グラフェンと言い表す。
【０００７】
グラフェンの電子状態は低エネルギー領域においてディラック方程式で記述できる（非特許文献１）。この点、グラフェン以外の物質の電子状態がシュレディンガー方程式で良く記述されるのと好対照である。
【０００８】
グラフェンの電子エネルギーはＫ点近傍で波数に対して線形の分散関係を持ち、より詳しくは、伝導帯と荷電子帯に対応する正と負の傾きを持つ２つの直線で表現できる。それらが交差する点はディラックポイントと呼ばれ、そこでグラフェンの電子は有効質量ゼロのフェルミオンとして振舞うという特異な電子物性を持つ。これに由来して、グラフェンの移動度は１０７ｃｍ２V−１ｓ−１以上という既存物質中で最高の値を示し、しかも温度依存性が小さいという特長を持つ。
【０００９】
単層グラフェンは基本的にバンドギャップがゼロの金属もしくは半金属である。しかしながら、大きさがナノメートルオーダーになるとバンドギャップが開き、グラフェンの幅と端構造に依存して、有限のバンドギャップを持つ半導体となる。また、２層グラフェンは摂動なしではバンドギャップがゼロであるが、２枚のグラフェン間の鏡面対称性を崩すような摂動、例えば、電界を加えると、電界の大きさに応じて有限のギャップを持つようになる。
【００１０】
例えば、３Ｖｎｍ−１の電界でギャップは０．２５ｅＶ程度開く。３層グラフェンの場合は伝導帯と荷電子帯が３０ｍｅＶ程度の幅で重ね合わさる半金属的な電子物性を呈する。伝導帯と荷電子帯が重なるという点はバルクのグラファイトに近い。４層以上のグラフェンも半金属的物性を呈し、層数が増えるに従って、バルクのグラファイトの電子物性に漸近して行く。
【００１１】
また、グラフェンは機械的特性にも優れ、グラフェン１層のヤング率は２ＴＰａ（テラパスカル）と跳びぬけて大きい。引っ張り強度は既存物質中最高レベルである。
【００１２】
その他、グラフェンは独特の光学特性を持つ。例えば、紫外光領域（波長：〜２００ｎｍ）からテラヘルツ光近傍領域（波長：〜３００μｍ）までの幅広い電磁波領域において、グラフェンの透過率は、１−ｎα（ｎ：グラフェンの層数、ｎ＝１〜１０程度、α：微細構造定数、α＝ｅ２／２ｈｃε０＝０．０２２９２５３０１２、ｅ：電気素量、ｈ：プランク定数、ε０：真空の誘電率）と、グラフェンの物質定数ではなく、基本物理定数のみで表される。これは他の物質材料では見られない、グラフェン特有の特徴である。
【００１３】
さらに、グラフェンの透過率と反射率はテラヘルツ光領域でキャリア密度依存性を示す。これは電界効果に基づいてグラフェンの光学特性を制御できることを意味する。他の２次元原子層薄膜も次元性に基づく特異な物性を持つことが知られている。
【００１４】
上述の如く、グラフェンの例外的な電子物性や光学特性、優れた機械的特性や化学的特性を持つことから、化学からエレクトロニクスまで幅広い産業分野での利用が期待される。特に、次世代エレクトロニクス、スピントロニクス、オプトエレクトロニクス、マイクロ・ナノメカニクス、バイオエレクトロニクス分野の半導体装置や微小機械装置への展開が世界各国で進められている。他の２次元原子層薄膜に関してもグラフェン同様、産業利用を目的とした研究開発が活発に行われている。
【００１５】
ここで、グラフェン平面の大きさは、ナノメートルオーダーの分子サイズから理論上は無限大まで、様々な形状のものを想定することができるが、ナノメートルオーダーの分子サイズになると、マクロなバルク状態とは全く異なった電子物性を発現する。
【００１６】
これはいわゆる量子サイズ効果を呼ばれるもので、グラフェンは、マクロの大きさでは通常のグラファイト類似の金属としての性質を有するが、ナノメートルサイズになると、端構造に依存して、金属としての性質、もしくはバンドギャップのある半導体としての性質を呈する。
【００１７】
具体的にはグラフェンの端部の形状は「ジグザグ端」と「アームチェア端」という二つの形状があるが、例えば幅が２０ｎｍ以下の量子サイズの場合、端部が「ジグザグ端」の場合は金属として振る舞い、「アームチェア端」の場合は半導体として振舞う。
【００１８】
そのため、グラフェンを用いたデバイスを作製するに当たっては、グラフェンに要求される電子物性に応じた端部の処理が必要である。
【００１９】
従来技術のグラフェンの形状を加工する方法としては、プラズマエッチングを用いたものがある（非特許文献２）。
【００２０】
また、カーボンナノチューブをＯ２雰囲気中加熱下でチューブ軸に沿った方向に直線的に酸化することで筒状のカーボンナノチューブを展開し、短冊状のグラフェンを形成することにより、原子レベルで平坦な「ジグザグ端」と「アームチェア端」を得る方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００９−１８４８７３号広報
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】T.Ando, ”The electronic properties of graphene and carbon nanotubus”, NPG asia materials 1（1）, 2009, p17-21
【非特許文献２】M.Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. Zhang, and P. Kim, "Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons" Physical Review Letters, 2007, 98, p206805
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来技術の従来技術のグラフェンの端部の処理方法には以下のような問題があった。
【００２４】
まず、非特許文献２等に記述されているプラズマエッチングによる方法では、構造を決定するためのマスクの精度は０．１μｍ程度であり、ナノデバイス応用に必要な原子スケールでの加工精度を得ることは非常に困難であった。
【００２５】
また、特許文献１のＯ２雰囲気中加熱下にカーボンナノチューブを配置し、劈開することによって特定の端構造を持つグラフェンを形成する方法では、カイラリティと呼ばれる原子スケールでの巻き構造が分かっているカーボンナノチューブを予め配置しなければならないという問題があった。また、当該手法では同一幅のグラフェンのリボン状構造を構築することはできるが、幅を変えたり、他の構造に接続するなどの複雑な構造を形成することは非常に困難だった。
【００２６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は端構造を原子スケールで形成・制御可能なグラフェンの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、（ａ）グラフェン層に酸素原子を吸着させ、（ｂ）グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、（ｃ）前記エーテル結合を開裂させて、端部を形成することを特徴とするグラフェン基板の製造方法である。
【００２８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のグラフェン基板の製造方法を用いて製造されたグラフェン基板である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、端構造を原子スケールで形成・制御可能なグラフェンの加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、最も特徴的な部分である端構造の形成方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法を示す詳細図である。
【図３】グラフェン基板上のジグザグ方向と酸素原子の吸着構造を安定化するために印加する伸張力の方向を示す模式図である。
【図４】グラフェン基板上に吸着した酸素原子（黒丸）に隣接した酸素原子の吸着位置に依存したポテンシャルエネルギーと拡散のためのエネルギー障壁の密度汎関数法に基づく第一原理計算の結果を示す図であり、エネルギーの値が小さい程安定していることを示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
まず、第１の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、本発明の最も特徴的な部分である端構造の形成の概略について図１を参照して説明する。
【００３３】
まず、グラフェン層に酸素原子を吸着させる（図１のＳ１）。
次に、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させる（図１のＳ２）。
最後に、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する（図１のＳ３）。
【００３４】
このように、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して酸素原子を配列させてエーテル結合を形成した後に、これを開裂することにより、１ｎｍ以下の加工精度でグラフェンの端部を形成することができる。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について、より具体的に説明する。
【００３６】
まず、グラフェンを基板上に形成する（図２のＳ１１）。
基板としては例えばＳｉＯ２が挙げられるが、グラファイトやＳｉＣ等を用いても良い。
また、グラフェンの形成方法としては例えば転写法が挙げられるが、Ｃｕ基板上に化学気相成長によって形成してもよいし、ＳｉＣを熱酸化することによって形成する方法など、他の方法を用いても良い。
【００３７】
次に、グラフェンの結晶方位を調べる（図２のＳ１２）。具体的にはＸ線回折等を用いてグラフェンの結晶方位を決定する。
【００３８】
次に、このグラフェン基板にレジストを塗布し電子線描画法によってパターニングを行う（図２のＳ１３）。
【００３９】
パターニングの際は、先に決定されたグラフェンの結晶方位に基づき、必要に応じてパターンの端部がアームチェア方向およびジグザグ方向に平行になるようにパターニングを行う。
【００４０】
なお、汚染物質による影響を除くため、パターニング後に、この基板を真空チャンバ内に装填し、真空度１０−６Ｐａ程度で真空引きしてもよい。
【００４１】
次に、基板温度を１２０℃程度に昇温した後、同チャンバ内にごく微量の酸素ガスを導入し１時間程度放置することで、基板上に酸素原子を吸着させる（図２のＳ１４）。
【００４２】
なお、基板温度をさらに上げることで酸素ガスの吸着を促進することができるが、レジストによる解像度が低くなってしまうため、５０℃から１５０℃の範囲が望ましい。ただし、熱耐性および解像度が共に高いレジストであれば基板温度はこの限りではなく、加熱温度はレジストの種類に応じて１００〜９００℃の範囲で任意に設定可能である。
【００４３】
放置時間は基板温度が高い場合はより短時間でも構わない。逆に基板温度を低く設定した場合には、より長時間の暴露が必要となる。充分に吸着および拡散が行われたかどうかは必要に応じて走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などを用いてレジストによるマスクの近傍を走査することによって確認することができる。
【００４４】
上記暴露時間中に基板上に吸着した酸素原子は、グラフェン上の拡散のおよび配列の異方性のためにアームチェア方向に沿って列状に配列するように自発的に拡散する。
【００４５】
これにより、列状に吸着した酸素原子はさらに吸着サイト直下の炭素間結合を切断し、最終的に炭素結合間に挿入されエーテル結合を形成する（図２のＳ１５）。
【００４６】
レジストによるマスクの解像度は前述のように原子スケールよりも遙かに粗いが、酸素原子の拡散と吸着の異方性によって、酸素原子はレジストの端に沿って原子スケールで直線的に吸着する。
【００４７】
また酸素原子はレジストが塗布されていない領域に広範に拡散・吸着するが、レジストエッジ近傍は特にポテンシャルが低くなっているために吸着しやすく、レジストエッジ近傍の１次元的な配列構造は密になっており欠陥が少ない。
なお、上記の方法はアームチェア端を形成する場合の方法である。
【００４８】
ジグザグ端を形成したい場合は、図３に示すように、アームチェア方向に引っ張り圧力を印加することによってジグザグ方向に酸素原子を配列させる。
【００４９】
次に、充分な拡散時間を経てから、塩化水素のようなハロゲン化水素、またはルイス酸による更なる酸化処理で、形成されたエーテル結合を切断し、端部を形成する（図２のＳ１６）。
【００５０】
以上の手順により、所望の原子スケールのエッジ構造を持ったグラフェン基板が製造される。
【００５１】
このように、第１の実施形態によれば、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成している。
そのため、１ｎｍ以下の加工精度でグラフェンの端部を形成することができる。
【００５２】
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態において、基板を加熱するのではなく、走査型電子顕微鏡の探針に電圧を印加して前記グラフェン層の表面のポテンシャルを変化させることにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させるものである。
【００５３】
以下、第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について説明する。
まず、第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、本発明の最も特徴的な部分である端構造の形成の概略について図１を参照して説明する。
【００５４】
まず、グラフェン層に酸素原子を吸着させる（図１のＳ１）。
次に、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させる（図１のＳ２）。ここでは、走査型電子顕微鏡の探針をグラフェンに接触させ、電位を印加することにより、印加した位置のポテンシャルを変化させる（周囲よりも低くする）。これにより電位を印加した位置に酸素原子が吸着され、エーテル結合を形成する。
最後に、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する（図１のＳ３）。
【００５５】
次に、図２を参照して第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について、より具体的に説明する。
【００５６】
まず、第１の実施形態と同様の手順でグラフェンを基板上に形成する（図２のＳ１１）。
次に、第１の実施形態と同様の手順でグラフェンの結晶方位を調べる（図２のＳ１２）。
次に、この基板を真空チャンバ内に封入し、第１の実施形態と同様の手順で形成したいデバイス構造に対応したパターンをレジストを用いてパターニングする（図２のＳ１３）。
【００５７】
この際、先に決定されたグラフェンの結晶方位に基づき、パターンの端部が必要に応じてアームチェア方向もしくはジグザグ方向に平行になるようにパターニングを行う。
【００５８】
次に同チャンバー内に酸素ガスを導入し、基板上に酸素原子を吸着させる（図２のＳ１４）。
【００５９】
この際、走査型電子顕微鏡の探針をグラフェンに接触させ、＋１Ｖ／ｎｍ〜＋２０Ｖ／ｎｍ、好ましくは＋１Ｖ／ｎｍ〜＋１０Ｖ／ｎｍの電界強度となるような電位を印加することにより、印加した位置のポテンシャルを変化させる（周囲よりも低くする）。これにより電位を印加した位置に酸素原子が吸着され、エーテル結合を形成する（図２のＳ１５）。
【００６０】
また、この状態で探針を走査させることにより、走査の軌跡に沿って酸素原子を列状に配列させ、吸着させることができる。
【００６１】
第２の実施形態の場合は探針の走査の軌跡に沿って酸素原子が配列するため、アームチェア方向およびジグザグ方向のそれぞれの方向の配列のし易さに大きく依存せずに構造を形成することができる。そのため、ジグザグ端を形成する際の引っ張り応力による局所的な歪みの印加は必須ではない。
【００６２】
次に、第１の実施形態と同様に、塩化水素のようなハロゲン化水素、またはルイス酸による更なる酸化処理で、形成されたエーテル結合を切断し、端部を形成する（図２のＳ１６）。
以上の手順によりグラフェン基板が製造される。
【００６３】
このように、第２の実施形態によれば、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成している。
そのため、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６４】
また、第２の実施形態によれば、走査型電子顕微鏡の探針に電圧を印加することによって表面のポテンシャルを変化させることで酸素原子を配列させている。
そのため、第１の実施形態と比較して、レジストの解像度に大きく依存せずに原子スケールのパターニングが可能になるという効果がある。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６６】
（実施例１）
独自に開発した密度汎関数法を用いた第一原理電子状態計算プログラムによって吸着酸素原子の安定構造および拡散のための拡散障壁を求めた。炭素および酸素の原子核によるポテンシャルはTroullier-Martinsによる擬ポテンシャルを用いた。また波動関数は平面波による展開を行い、エネルギーのカットオフは６０Ｒｙ（６０×１３．６ｅＶ）とした。６×６の六方晶のスーパーセルには７２個の炭素原子および必要に応じて１つないし２つの酸素原子が含まれることになり、周期的境界条件を課している。具体的な手順は以下の通りである。
【００６７】
グラフェン上における酸素原子の安定吸着位置は炭素間結合の直上であり、エポキシ構造と呼ばれている。
この最安定構造間の拡散障壁は０．９ｅＶであった。
【００６８】
さらに図４に示すように、一つ目の酸素原子が吸着した後に二つ目の酸素原子を様々な準安定吸着位置に吸着させ全エネルギーの計算を行ったところ、もっとも安定な吸着位置はアームチェア方向の吸着位置であることが分かった。
【００６９】
つまり、酸素原子はグラフェン上でアームチェア方向に並んだ方がより安定であることになる。
【００７０】
さらに、酸素原子が拡散するための活性化障壁を求めたところ、同様にアームチェア方向に並ぶように拡散する為に障壁がジグザグ方向に並ぶよりも低いことが分かった。
【００７１】
ここで、グラフェン基板上に於いてアームチェア方向は３回の対称性を持つが、酸素の安定吸着位置が隣接する炭素原子間にあるためにさらに２つの方向に限定される。
【００７２】
また、酸素原子が吸着した際に炭素原子間の結合距離が広がることによる結晶構造の歪みを緩和するために酸素原子はさらに一次元的な配列を形成する。
【００７３】
なお、レジストによるマスクやＳＴＭ探針による外場によるポテンシャルを印加することで酸素原子の吸着する一次元列の方向をさらに限定することができる。
【００７４】
さらに、吸着酸素原子が拡散するための活性化エネルギーは１ｅＶ程度であるため、基板温度を７００℃程度に昇温することによって吸着酸素原子がアームチェア方向に並ぶことを飛躍的に促進することができる。
【００７５】
一方でレジスト材料の耐熱性が低い場合には基板温度を１００℃程度に設定し、整列するための時間を１時間以上と長く設定する必要がある。
【００７６】
（実施例２）
第１の実施形態に記載のグラフェン基板の製造方法を用いてグラフェン基板の製造を試みた。具体的な手順は以下の通りである。
【００７７】
まず、熱酸化によって表面酸化膜が形成されたシリコン基板（寸法１００ｍｎ×１００ｍｍ、酸化膜の厚さ４ｎｍ）上に転写法によって高配向性熱分解グラファイトからグラフェンシートを転写、形成した。
次に、この基板をＸ線回折装置を用いて予め結晶方位を決定した。
次に、この基板上にアームチェア方向およびジグザグ方向に平行な配線構造（グラフェン基板を横断する直線上のパターン、長さ約１００ｎｍ）をフォトレジストを塗布した後電子線リソグラフィによりパターニングを行った。
次に、この基板を真空チャンバ内に封入した。
【００７８】
基板が封入されると真空チャンバ内に酸素ガスを導入してチャンバ内を圧力１０−５Ｐａとし、グラフェン基板上に酸素を吸着させた後、基板温度を１００℃まで昇温速度１０℃／分で昇温し、１８０分間一定に保った。
【００７９】
このときジグザグ方向に平行な配線構造部分については基板に応力を加えて湾曲させることによってパターンに垂直方向に伸張力を加えた。室温まで冷却し、塩酸処理によって基板を洗浄し、透過型電子顕微鏡での観察を行った。
【００８０】
形成された端構造はほぼ原子スケールで平坦な構造を有しており、詳細な観察からアームチェア方向およびジグザグ方向の端構造が形成されていることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェン基板の製造方法および当該製造法によって製造されたグラフェン基板に関し、特に、例外的な電子物性や光学特性、優れた機械的特性や化学的特性に由来する、次世代のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、スピントロニクスに応用できるグラフェン基板の製造方法およびグラフェン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の情報化社会を支えるのはシリコンをベースとしたＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）に代表される半導体素子である。これまで、シリコン半導体産業は、リソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術などの微細加工技術の適用範囲をマイクロメートルから数十ナノメートルまで継続的に引き下げることで微細化を果たし、高集積化と高性能化を同時に実現してきた。近年、半導体チャネルとして働くシリコン層の薄さは原子層レベルに達しようとしており、その材料的・物理的限界が指摘されている。
【０００３】
究極の薄さである２次元原子層薄膜でありながら、化学的にも熱力学的にも安定なグラフェンはこの要請に応える大きな潜在性を秘める新規半導体材料であり、それらの優れた物性を活用することで、既存素子の性能を凌駕する新素子が実現できる可能性がある。
【０００４】
グラフェンはｓｐ２混成の炭素のみで構成される層状物質であるグラファイトを１層だけ取り出したものであり、前述の通り、化学反応に対して非常に堅牢であり、また、熱力学的にも安定な単原子層平面物質である。
【０００５】
グラフェンの構造は、炭素原子を頂点とする正６角形の六炭素環を隙間なく敷き詰めた蜂の巣（ハニカム、ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）状の擬２次元シートで、炭素−炭素間距離は約１．４２オングストローム、層の厚さは、下地がグラファイトならば、３．３〜３．４オングストローム、その他の基板上では１０オングストローム程度である。
【０００６】
グラフェン平面の大きさは、一片の長さがナノメートルオーダーの分子サイズから理論上は無限大まで、様々なサイズを想定することが出来る。通常、グラフェンはグラファイト１層を指すが、層数が２層以上のものを含む場合も多い。その場合、１層、２層、３層のものは、それぞれ、単層（モノレイヤー、ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）グラフェン、２層（バイレイヤー、ｂｉｌａｙｅｒ）グラフェン、３層（トリレイヤー、ｔｒｉｌａｙｅｒ）グラフェンと呼ばれ、１０層程度までのものをまとめて数層（フューレイヤー、ｆｅｗ−ｌａｙｅｒ）グラフェンと呼ぶ。また、単層グラフェン以外は多層グラフェンと言い表す。
【０００７】
グラフェンの電子状態は低エネルギー領域においてディラック方程式で記述できる（非特許文献１）。この点、グラフェン以外の物質の電子状態がシュレディンガー方程式で良く記述されるのと好対照である。
【０００８】
グラフェンの電子エネルギーはＫ点近傍で波数に対して線形の分散関係を持ち、より詳しくは、伝導帯と荷電子帯に対応する正と負の傾きを持つ２つの直線で表現できる。それらが交差する点はディラックポイントと呼ばれ、そこでグラフェンの電子は有効質量ゼロのフェルミオンとして振舞うという特異な電子物性を持つ。これに由来して、グラフェンの移動度は１０７ｃｍ２V−１ｓ−１以上という既存物質中で最高の値を示し、しかも温度依存性が小さいという特長を持つ。
【０００９】
単層グラフェンは基本的にバンドギャップがゼロの金属もしくは半金属である。しかしながら、大きさがナノメートルオーダーになるとバンドギャップが開き、グラフェンの幅と端構造に依存して、有限のバンドギャップを持つ半導体となる。また、２層グラフェンは摂動なしではバンドギャップがゼロであるが、２枚のグラフェン間の鏡面対称性を崩すような摂動、例えば、電界を加えると、電界の大きさに応じて有限のギャップを持つようになる。
【００１０】
例えば、３Ｖｎｍ−１の電界でギャップは０．２５ｅＶ程度開く。３層グラフェンの場合は伝導帯と荷電子帯が３０ｍｅＶ程度の幅で重ね合わさる半金属的な電子物性を呈する。伝導帯と荷電子帯が重なるという点はバルクのグラファイトに近い。４層以上のグラフェンも半金属的物性を呈し、層数が増えるに従って、バルクのグラファイトの電子物性に漸近して行く。
【００１１】
また、グラフェンは機械的特性にも優れ、グラフェン１層のヤング率は２ＴＰａ（テラパスカル）と跳びぬけて大きい。引っ張り強度は既存物質中最高レベルである。
【００１２】
その他、グラフェンは独特の光学特性を持つ。例えば、紫外光領域（波長：〜２００ｎｍ）からテラヘルツ光近傍領域（波長：〜３００μｍ）までの幅広い電磁波領域において、グラフェンの透過率は、１−ｎα（ｎ：グラフェンの層数、ｎ＝１〜１０程度、α：微細構造定数、α＝ｅ２／２ｈｃε０＝０．０２２９２５３０１２、ｅ：電気素量、ｈ：プランク定数、ε０：真空の誘電率）と、グラフェンの物質定数ではなく、基本物理定数のみで表される。これは他の物質材料では見られない、グラフェン特有の特徴である。
【００１３】
さらに、グラフェンの透過率と反射率はテラヘルツ光領域でキャリア密度依存性を示す。これは電界効果に基づいてグラフェンの光学特性を制御できることを意味する。他の２次元原子層薄膜も次元性に基づく特異な物性を持つことが知られている。
【００１４】
上述の如く、グラフェンの例外的な電子物性や光学特性、優れた機械的特性や化学的特性を持つことから、化学からエレクトロニクスまで幅広い産業分野での利用が期待される。特に、次世代エレクトロニクス、スピントロニクス、オプトエレクトロニクス、マイクロ・ナノメカニクス、バイオエレクトロニクス分野の半導体装置や微小機械装置への展開が世界各国で進められている。他の２次元原子層薄膜に関してもグラフェン同様、産業利用を目的とした研究開発が活発に行われている。
【００１５】
ここで、グラフェン平面の大きさは、ナノメートルオーダーの分子サイズから理論上は無限大まで、様々な形状のものを想定することができるが、ナノメートルオーダーの分子サイズになると、マクロなバルク状態とは全く異なった電子物性を発現する。
【００１６】
これはいわゆる量子サイズ効果を呼ばれるもので、グラフェンは、マクロの大きさでは通常のグラファイト類似の金属としての性質を有するが、ナノメートルサイズになると、端構造に依存して、金属としての性質、もしくはバンドギャップのある半導体としての性質を呈する。
【００１７】
具体的にはグラフェンの端部の形状は「ジグザグ端」と「アームチェア端」という二つの形状があるが、例えば幅が２０ｎｍ以下の量子サイズの場合、端部が「ジグザグ端」の場合は金属として振る舞い、「アームチェア端」の場合は半導体として振舞う。
【００１８】
そのため、グラフェンを用いたデバイスを作製するに当たっては、グラフェンに要求される電子物性に応じた端部の処理が必要である。
【００１９】
従来技術のグラフェンの形状を加工する方法としては、プラズマエッチングを用いたものがある（非特許文献２）。
【００２０】
また、カーボンナノチューブをＯ２雰囲気中加熱下でチューブ軸に沿った方向に直線的に酸化することで筒状のカーボンナノチューブを展開し、短冊状のグラフェンを形成することにより、原子レベルで平坦な「ジグザグ端」と「アームチェア端」を得る方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００９−１８４８７３号広報
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】T.Ando, ”The electronic properties of graphene and carbon nanotubus”, NPG asia materials 1（1）, 2009, p17-21
【非特許文献２】M.Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. Zhang, and P. Kim, "Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons" Physical Review Letters, 2007, 98, p206805
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来技術の従来技術のグラフェンの端部の処理方法には以下のような問題があった。
【００２４】
まず、非特許文献２等に記述されているプラズマエッチングによる方法では、構造を決定するためのマスクの精度は０．１μｍ程度であり、ナノデバイス応用に必要な原子スケールでの加工精度を得ることは非常に困難であった。
【００２５】
また、特許文献１のＯ２雰囲気中加熱下にカーボンナノチューブを配置し、劈開することによって特定の端構造を持つグラフェンを形成する方法では、カイラリティと呼ばれる原子スケールでの巻き構造が分かっているカーボンナノチューブを予め配置しなければならないという問題があった。また、当該手法では同一幅のグラフェンのリボン状構造を構築することはできるが、幅を変えたり、他の構造に接続するなどの複雑な構造を形成することは非常に困難だった。
【００２６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は端構造を原子スケールで形成・制御可能なグラフェンの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、（ａ）グラフェン層に酸素原子を吸着させ、（ｂ）グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、（ｃ）前記エーテル結合を開裂させて、端部を形成することを特徴とするグラフェン基板の製造方法である。
【００２８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のグラフェン基板の製造方法を用いて製造されたグラフェン基板である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、端構造を原子スケールで形成・制御可能なグラフェンの加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、最も特徴的な部分である端構造の形成方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法を示す詳細図である。
【図３】グラフェン基板上のジグザグ方向と酸素原子の吸着構造を安定化するために印加する伸張力の方向を示す模式図である。
【図４】グラフェン基板上に吸着した酸素原子（黒丸）に隣接した酸素原子の吸着位置に依存したポテンシャルエネルギーと拡散のためのエネルギー障壁の密度汎関数法に基づく第一原理計算の結果を示す図であり、エネルギーの値が小さい程安定していることを示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
まず、第１の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、本発明の最も特徴的な部分である端構造の形成の概略について図１を参照して説明する。
【００３３】
まず、グラフェン層に酸素原子を吸着させる（図１のＳ１）。
次に、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させる（図１のＳ２）。
最後に、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する（図１のＳ３）。
【００３４】
このように、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して酸素原子を配列させてエーテル結合を形成した後に、これを開裂することにより、１ｎｍ以下の加工精度でグラフェンの端部を形成することができる。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して本実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について、より具体的に説明する。
【００３６】
まず、グラフェンを基板上に形成する（図２のＳ１１）。
基板としては例えばＳｉＯ２が挙げられるが、グラファイトやＳｉＣ等を用いても良い。
また、グラフェンの形成方法としては例えば転写法が挙げられるが、Ｃｕ基板上に化学気相成長によって形成してもよいし、ＳｉＣを熱酸化することによって形成する方法など、他の方法を用いても良い。
【００３７】
次に、グラフェンの結晶方位を調べる（図２のＳ１２）。具体的にはＸ線回折等を用いてグラフェンの結晶方位を決定する。
【００３８】
次に、このグラフェン基板にレジストを塗布し電子線描画法によってパターニングを行う（図２のＳ１３）。
【００３９】
パターニングの際は、先に決定されたグラフェンの結晶方位に基づき、必要に応じてパターンの端部がアームチェア方向およびジグザグ方向に平行になるようにパターニングを行う。
【００４０】
なお、汚染物質による影響を除くため、パターニング後に、この基板を真空チャンバ内に装填し、真空度１０−６Ｐａ程度で真空引きしてもよい。
【００４１】
次に、基板温度を１２０℃程度に昇温した後、同チャンバ内にごく微量の酸素ガスを導入し１時間程度放置することで、基板上に酸素原子を吸着させる（図２のＳ１４）。
【００４２】
なお、基板温度をさらに上げることで酸素ガスの吸着を促進することができるが、レジストによる解像度が低くなってしまうため、５０℃から１５０℃の範囲が望ましい。ただし、熱耐性および解像度が共に高いレジストであれば基板温度はこの限りではなく、加熱温度はレジストの種類に応じて１００〜９００℃の範囲で任意に設定可能である。
【００４３】
放置時間は基板温度が高い場合はより短時間でも構わない。逆に基板温度を低く設定した場合には、より長時間の暴露が必要となる。充分に吸着および拡散が行われたかどうかは必要に応じて走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などを用いてレジストによるマスクの近傍を走査することによって確認することができる。
【００４４】
上記暴露時間中に基板上に吸着した酸素原子は、グラフェン上の拡散のおよび配列の異方性のためにアームチェア方向に沿って列状に配列するように自発的に拡散する。
【００４５】
これにより、列状に吸着した酸素原子はさらに吸着サイト直下の炭素間結合を切断し、最終的に炭素結合間に挿入されエーテル結合を形成する（図２のＳ１５）。
【００４６】
レジストによるマスクの解像度は前述のように原子スケールよりも遙かに粗いが、酸素原子の拡散と吸着の異方性によって、酸素原子はレジストの端に沿って原子スケールで直線的に吸着する。
【００４７】
また酸素原子はレジストが塗布されていない領域に広範に拡散・吸着するが、レジストエッジ近傍は特にポテンシャルが低くなっているために吸着しやすく、レジストエッジ近傍の１次元的な配列構造は密になっており欠陥が少ない。
なお、上記の方法はアームチェア端を形成する場合の方法である。
【００４８】
ジグザグ端を形成したい場合は、図３に示すように、アームチェア方向に引っ張り圧力を印加することによってジグザグ方向に酸素原子を配列させる。
【００４９】
次に、充分な拡散時間を経てから、塩化水素のようなハロゲン化水素、またはルイス酸による更なる酸化処理で、形成されたエーテル結合を切断し、端部を形成する（図２のＳ１６）。
【００５０】
以上の手順により、所望の原子スケールのエッジ構造を持ったグラフェン基板が製造される。
【００５１】
このように、第１の実施形態によれば、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成している。
そのため、１ｎｍ以下の加工精度でグラフェンの端部を形成することができる。
【００５２】
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態において、基板を加熱するのではなく、走査型電子顕微鏡の探針に電圧を印加して前記グラフェン層の表面のポテンシャルを変化させることにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させるものである。
【００５３】
以下、第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について説明する。
まず、第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法のうち、本発明の最も特徴的な部分である端構造の形成の概略について図１を参照して説明する。
【００５４】
まず、グラフェン層に酸素原子を吸着させる（図１のＳ１）。
次に、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させる（図１のＳ２）。ここでは、走査型電子顕微鏡の探針をグラフェンに接触させ、電位を印加することにより、印加した位置のポテンシャルを変化させる（周囲よりも低くする）。これにより電位を印加した位置に酸素原子が吸着され、エーテル結合を形成する。
最後に、エーテル結合を開裂させて、端部を形成する（図１のＳ３）。
【００５５】
次に、図２を参照して第２の実施形態に係るグラフェン基板の製造方法について、より具体的に説明する。
【００５６】
まず、第１の実施形態と同様の手順でグラフェンを基板上に形成する（図２のＳ１１）。
次に、第１の実施形態と同様の手順でグラフェンの結晶方位を調べる（図２のＳ１２）。
次に、この基板を真空チャンバ内に封入し、第１の実施形態と同様の手順で形成したいデバイス構造に対応したパターンをレジストを用いてパターニングする（図２のＳ１３）。
【００５７】
この際、先に決定されたグラフェンの結晶方位に基づき、パターンの端部が必要に応じてアームチェア方向もしくはジグザグ方向に平行になるようにパターニングを行う。
【００５８】
次に同チャンバー内に酸素ガスを導入し、基板上に酸素原子を吸着させる（図２のＳ１４）。
【００５９】
この際、走査型電子顕微鏡の探針をグラフェンに接触させ、＋１Ｖ／ｎｍ〜＋２０Ｖ／ｎｍ、好ましくは＋１Ｖ／ｎｍ〜＋１０Ｖ／ｎｍの電界強度となるような電位を印加することにより、印加した位置のポテンシャルを変化させる（周囲よりも低くする）。これにより電位を印加した位置に酸素原子が吸着され、エーテル結合を形成する（図２のＳ１５）。
【００６０】
また、この状態で探針を走査させることにより、走査の軌跡に沿って酸素原子を列状に配列させ、吸着させることができる。
【００６１】
第２の実施形態の場合は探針の走査の軌跡に沿って酸素原子が配列するため、アームチェア方向およびジグザグ方向のそれぞれの方向の配列のし易さに大きく依存せずに構造を形成することができる。そのため、ジグザグ端を形成する際の引っ張り応力による局所的な歪みの印加は必須ではない。
【００６２】
次に、第１の実施形態と同様に、塩化水素のようなハロゲン化水素、またはルイス酸による更なる酸化処理で、形成されたエーテル結合を切断し、端部を形成する（図２のＳ１６）。
以上の手順によりグラフェン基板が製造される。
【００６３】
このように、第２の実施形態によれば、グラフェン層に酸素原子を吸着させ、グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、エーテル結合を開裂させて、端部を形成している。
そのため、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６４】
また、第２の実施形態によれば、走査型電子顕微鏡の探針に電圧を印加することによって表面のポテンシャルを変化させることで酸素原子を配列させている。
そのため、第１の実施形態と比較して、レジストの解像度に大きく依存せずに原子スケールのパターニングが可能になるという効果がある。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６６】
（実施例１）
独自に開発した密度汎関数法を用いた第一原理電子状態計算プログラムによって吸着酸素原子の安定構造および拡散のための拡散障壁を求めた。炭素および酸素の原子核によるポテンシャルはTroullier-Martinsによる擬ポテンシャルを用いた。また波動関数は平面波による展開を行い、エネルギーのカットオフは６０Ｒｙ（６０×１３．６ｅＶ）とした。６×６の六方晶のスーパーセルには７２個の炭素原子および必要に応じて１つないし２つの酸素原子が含まれることになり、周期的境界条件を課している。具体的な手順は以下の通りである。
【００６７】
グラフェン上における酸素原子の安定吸着位置は炭素間結合の直上であり、エポキシ構造と呼ばれている。
この最安定構造間の拡散障壁は０．９ｅＶであった。
【００６８】
さらに図４に示すように、一つ目の酸素原子が吸着した後に二つ目の酸素原子を様々な準安定吸着位置に吸着させ全エネルギーの計算を行ったところ、もっとも安定な吸着位置はアームチェア方向の吸着位置であることが分かった。
【００６９】
つまり、酸素原子はグラフェン上でアームチェア方向に並んだ方がより安定であることになる。
【００７０】
さらに、酸素原子が拡散するための活性化障壁を求めたところ、同様にアームチェア方向に並ぶように拡散する為に障壁がジグザグ方向に並ぶよりも低いことが分かった。
【００７１】
ここで、グラフェン基板上に於いてアームチェア方向は３回の対称性を持つが、酸素の安定吸着位置が隣接する炭素原子間にあるためにさらに２つの方向に限定される。
【００７２】
また、酸素原子が吸着した際に炭素原子間の結合距離が広がることによる結晶構造の歪みを緩和するために酸素原子はさらに一次元的な配列を形成する。
【００７３】
なお、レジストによるマスクやＳＴＭ探針による外場によるポテンシャルを印加することで酸素原子の吸着する一次元列の方向をさらに限定することができる。
【００７４】
さらに、吸着酸素原子が拡散するための活性化エネルギーは１ｅＶ程度であるため、基板温度を７００℃程度に昇温することによって吸着酸素原子がアームチェア方向に並ぶことを飛躍的に促進することができる。
【００７５】
一方でレジスト材料の耐熱性が低い場合には基板温度を１００℃程度に設定し、整列するための時間を１時間以上と長く設定する必要がある。
【００７６】
（実施例２）
第１の実施形態に記載のグラフェン基板の製造方法を用いてグラフェン基板の製造を試みた。具体的な手順は以下の通りである。
【００７７】
まず、熱酸化によって表面酸化膜が形成されたシリコン基板（寸法１００ｍｎ×１００ｍｍ、酸化膜の厚さ４ｎｍ）上に転写法によって高配向性熱分解グラファイトからグラフェンシートを転写、形成した。
次に、この基板をＸ線回折装置を用いて予め結晶方位を決定した。
次に、この基板上にアームチェア方向およびジグザグ方向に平行な配線構造（グラフェン基板を横断する直線上のパターン、長さ約１００ｎｍ）をフォトレジストを塗布した後電子線リソグラフィによりパターニングを行った。
次に、この基板を真空チャンバ内に封入した。
【００７８】
基板が封入されると真空チャンバ内に酸素ガスを導入してチャンバ内を圧力１０−５Ｐａとし、グラフェン基板上に酸素を吸着させた後、基板温度を１００℃まで昇温速度１０℃／分で昇温し、１８０分間一定に保った。
【００７９】
このときジグザグ方向に平行な配線構造部分については基板に応力を加えて湾曲させることによってパターンに垂直方向に伸張力を加えた。室温まで冷却し、塩酸処理によって基板を洗浄し、透過型電子顕微鏡での観察を行った。
【００８０】
形成された端構造はほぼ原子スケールで平坦な構造を有しており、詳細な観察からアームチェア方向およびジグザグ方向の端構造が形成されていることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）グラフェン層に酸素原子を吸着させ、
（ｂ）グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、
（ｃ）前記エーテル結合を開裂させて、端部を形成することを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項２】
前記（ｂ）は、
前記グラフェン層を加熱することにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項３】
前記（ｂ）は、前記グラフェン層を加熱しながらアームチェア方向に引っ張り応力を加えることにより、前記酸素原子を前記グラフェン層のジグザグ方向に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項４】
前記（ｂ）は、
前記加熱温度が１００℃〜９００℃であることを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項５】
前記（ｂ）は、
走査型電子顕微鏡の探針に電位を印加して電界により前記グラフェン層の表面のポテンシャルを変化させることにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項６】
前記電界の強度は、１〜２０Ｖ／ｎｍであることを特徴とする請求項５記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項７】
前記（ｃ）は、
ハロゲン化水素またはルイス酸を用いて前記エーテル結合を開裂させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項８】
前記（ａ）の前に、
（ｄ）基板上にグラフェン層を形成し、
（ｅ）前記グラフェン層の結晶方位を決定し、
（ｆ）前記グラフェン層を、アームチェア方向および／またはジグザク方向に平行な形状になるようにパターニングすることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項９】
前記（ｅ）は、Ｘ線回折により前記グラフェン層の結晶方位を決定することを特徴とする請求項８記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法により製造されたことを特徴とするグラフェン基板。
【請求項１】
（ａ）グラフェン層に酸素原子を吸着させ、
（ｂ）グラフェンの吸着・拡散異方性を利用して、前記酸素原子を炭素結合間に列状に配列させ、拡散させることによりエーテル結合を形成させ、
（ｃ）前記エーテル結合を開裂させて、端部を形成することを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項２】
前記（ｂ）は、
前記グラフェン層を加熱することにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項３】
前記（ｂ）は、前記グラフェン層を加熱しながらアームチェア方向に引っ張り応力を加えることにより、前記酸素原子を前記グラフェン層のジグザグ方向に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項４】
前記（ｂ）は、
前記加熱温度が１００℃〜９００℃であることを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項５】
前記（ｂ）は、
走査型電子顕微鏡の探針に電位を印加して電界により前記グラフェン層の表面のポテンシャルを変化させることにより、最も安定なアームチェア方向に沿って酸素原子を列状に配列させることを特徴とする請求項１記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項６】
前記電界の強度は、１〜２０Ｖ／ｎｍであることを特徴とする請求項５記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項７】
前記（ｃ）は、
ハロゲン化水素またはルイス酸を用いて前記エーテル結合を開裂させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項８】
前記（ａ）の前に、
（ｄ）基板上にグラフェン層を形成し、
（ｅ）前記グラフェン層の結晶方位を決定し、
（ｆ）前記グラフェン層を、アームチェア方向および／またはジグザク方向に平行な形状になるようにパターニングすることを特徴とするグラフェン基板の製造方法。
【請求項９】
前記（ｅ）は、Ｘ線回折により前記グラフェン層の結晶方位を決定することを特徴とする請求項８記載のグラフェン基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のグラフェン基板の製造方法により製造されたことを特徴とするグラフェン基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−９６９６８（Ｐ２０１２−９６９６８Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７０３９（Ｐ２０１０−２４７０３９）
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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