グラフェン構造体及びグラフェン構造体の製造方法
【課題】ドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化を抑制することが可能なグラフェン構造体及びその製造方法を提供すること
【解決手段】本技術のグラフェン構造体は、基板と、グラフェン層とを具備する。グラフェン層は、基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有する。この構成によれば、グラフェン層が水と同程度の酸化還元電位を有するため、環境中の水分からグラフェンへの電子供与が発生しない。したがって、環境中の水分からグラフェンへの電子供与に起因する、グラフェン層の導電特性の経時変化を防止することが可能となる。
【解決手段】本技術のグラフェン構造体は、基板と、グラフェン層とを具備する。グラフェン層は、基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有する。この構成によれば、グラフェン層が水と同程度の酸化還元電位を有するため、環境中の水分からグラフェンへの電子供与が発生しない。したがって、環境中の水分からグラフェンへの電子供与に起因する、グラフェン層の導電特性の経時変化を防止することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電極材料等として用いられるグラフェン構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは炭素原子が六角形格子構造に配列したシート状の物質であり、その導電性や光透過性からタッチパネルや太陽電池等の電極材料等として注目されている。ここで、近年、グラフェンにドーパントをドーピングすることによりキャリア濃度を向上させ、電気抵抗を低下（導電性を向上）させることが可能であることがわかっている。
【０００３】
しかしながら、ドーピングされていないグラフェンの導電特性は経時的に安定であるのに対し、ドーピングによりグラフェンのキャリア濃度を一定値以上とした場合、時間の経過と共にキャリア濃度が徐々に減少（抵抗が徐々に増加）するという問題がある。例えばこのようなグラフェンを利用したデバイスでは、時間の経過と共に導電特性が変動してしまい、精度等の点で問題となる。
【０００４】
このような問題に対し、例えば非特許文献１には、多層グラフェン（単層グラフェンが複数層積層されたもの）の層間にドーパントを挿入し、導電特性の経時劣化を抑制する技術について開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Fethullah Gunes et al., "Layer-by-Layer Doping of Few-Layer Graphene Film", ACS Nano, July 27 2010, Vol.4, No.8, pp4595-4600
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では導電特性の経時劣化の抑制効果は小さく、さらには多層グラフェンを利用するため、単層グラフェンの場合に比べて光透過性が小さいという問題があった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、ドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化を抑制することが可能なグラフェン構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン構造体は、基板と、グラフェン層とを具備する。
上記グラフェン層は、上記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有する。
【０００９】
この構成によれば、グラフェン層が水と同程度の酸化還元電位を有するため、環境中の水分からグラフェンへの電子供与が発生しない。したがって、環境中の水分からグラフェンへの電子供与に起因する、グラフェン層の導電特性の経時変化を防止することが可能となる。
【００１０】
上記グラフェン構造体は、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、上記グラフェン層に接触する接触層をさらに具備してもよい。
【００１１】
この構成によれば、接触層により、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１２】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１３】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１４】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１５】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１６】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１７】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン構造体の製造方法は、基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層する。
上記グラフェンにドーパントをドーピングする。
上記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する。
【００１９】
この構成によれば、酸化還元電位が水と同程度であるグラフェン層を有するグラフェン構造体を製造することが可能となる。
【００２０】
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度にすることが可能となる。
【００２２】
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層してもよい。
【００２３】
この構成によれば、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本技術によれば、ドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化を抑制することが可能なグラフェン構造体及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図２】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図３】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図４】比較に係るグラフェン構造体のバンドダイアグラムである。
【図５】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の製造工程を示す模式図である。
【図６】本技術の第２の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図７】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図８】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体の製造方法における、キャリア濃度とドーパント濃度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。
【００２８】
＜グラフェン構造体の構成＞
図１は、本実施形態に係るグラフェン構造体１０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体１０は、基板１１、グラフェン層１２、接触層１３が順に積層されて構成されている。
【００２９】
基板１１は、グラフェン構造体１０の支持基板であり、材料は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体１０に光透過性が要求される場合には、基板１１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００３０】
グラフェン層１２は、グラフェンからなる。グラフェンは互いにｓｐ２結合をした炭素原子により構成される平面的な六角形格子構造を有するシート状物質であり、積層されていない単層グラフェンと、複数層の単層グラフェンが積層された多層グラフェンがある。本実施形態においてはいずれにも限定されないが、グラフェン構造体１０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。
【００３１】
グラフェン層１２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。
【００３２】
接触層１３は、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、グラフェン層１２に接触する。水と同程度の酸化還元電位を有する物質は酸化剤でも還元剤でもない一般的な有機物であればよく、具体的には、ＵＶ（ultraviolet）硬化性のハードコーティング剤、各種樹脂基板、UV硬化性樹脂（接着剤）、粘着剤等が挙げられる。接触層１３は、図１に示すように、グラフェン層１２の上層（基板１１と反対側）に積層されるものに限られない。例えば、図２に示すようにグラフェン層１２の下層（基板１１側）に積層されるものでもよく、図３に示すように、グラフェン層１２の上下を挟むように積層されるものであってもよい。即ち接触層１３は、グラフェン層１２に接触していればよく、グラフェン層１２との上下関係は問わない。
【００３３】
接触層１３によって、グラフェン層１２の酸化還元電位が水と同程度となり、グラフェン層１２の導電特性の経時変化が防止されるが、その理由については後述する。なお、基板１１が樹脂基板である場合やグラフェン層１２の転写において接着剤バインダー層が用いられる場合には、これらによって接触層１３を代替することも可能である。また、接触層１３は、グラフェン構造体１０に光透過性が要求される場合には、光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００３４】
本実施形態に係るグラフェン構造体１０は以上のように構成される。グラフェン構造体１０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００３５】
＜導電特性の経時劣化について＞
グラフェン構造体１０の、導電特性の経時変化の防止について説明する。比較として、接触層１３に相当する構成が設けられていないグラフェン構造体（以下、「比較に係るグラフェン構造体」とする）について説明する。
【００３６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、比較に係るグラフェン構造体についてのバンドダイアグラムである。これらの図において縦軸はエネルギー準位であり、破線Ｆはグラフェンのフェルミ準位（電子の存在確率が５０％となる準位）である。フェルミ準位以下のところに電子が充填され、フェルミ準位近傍の電子の存在量がキャリア濃度に対応する。
【００３７】
図４（ａ）は、真空環境におけるグラフェン（ドーピングなし）の状態である。この状態から、グラフェンにドーパントを化学的にドーピングさせた場合、図４（ｂ）に示すように、グラフェンのフェルミ準位Ｆがドーパントの酸化還元電位Ｄ１に一致するまでグラフェンからドーパントに電子が供与される。
【００３８】
この状態が維持できれば理想的であるが、実際にはそうはならない。図４（ｃ）に示すように、環境中の水分が電子供与体として作用し、時間の経過と共にグラフェンのフェルミ準位が水及びドーパントの酸化還元電位Ｄ２まで上昇する。この結果、グラフェンのキャリア濃度が低下し、導電性が低下する。環境中の水分が電子供与体として作用すること、即ち、環境中の水分がドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化の原因であることは、本発明者らが実験的に発見したものである。
【００３９】
このように、環境中の水分が導電特性の経時劣化の原因であることから、水（液相も気相も含む）によるグラフェンへの電子供与を防止することができれば、導電特性の経時劣化を抑制することが可能となる。本実施形態に係るグラフェン構造体１０においては、グラフェン層１２が水と同程度の酸化還元電位を有するので、水からグラフェンへの電子供与が防止され、グラフェン層１２の導電特性の経時劣化を防止することが可能となる。
【００４０】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体１０の製造方法について説明する。図５は、図１に示すグラフェン構造体１０の製造方法を示す模式図である。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、触媒基板Ｋ上にグラフェンを成膜し、グラフェン層１２を形成する。グラフェンの成膜は、触媒基板Ｋの表面に供給された炭素源物質（炭素原子を含む物質）を熱によりグラフェン化させる熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、炭素源物質をプラズマ化してグラフェンを生成させるプラズマＣＶＤ法等を用いてすることができる。また、ＣＶＤ法以外にも、溶液剥離したグラフェンや物理的剥離したグラフェンを用いることも可能である。ただし、層数の制御（透明性）、結晶性（導電性）、均一に成膜可能な面積等の点からＣＶＤ法が好適である。
【００４２】
触媒基板Ｋの材料は特に限定されないが、例えばニッケル、鉄、銅等とすることができる。触媒基板Ｋとして銅を用いることにより、密着性の高い単層グラフェンが生成するため、好適である。触媒基板Ｋの表面に炭素源物質（メタン等）を供給し、触媒基板Ｋをグラフェン生成温度以上に加熱することにより、触媒基板Ｋ上にグラフェンを成膜することができる。具体的には、メタン及び水素（触媒基板Ｋの還元用）の混合ガス（メタン：水素＝１００ｃｃ：５ｃｃ）雰囲気中で、触媒基板Ｋを９６０℃に加熱し、１０分間維持することにより、グラフェンを成長させることができる。
【００４３】
続いて、図５（ｂ）に示すように、グラフェン層１２を任意の基板１１上に転写する。転写方法は特に限定されないが、次のようにすることができる。即ち、グラフェン層１２上に４％ＰＭＭＡ（Poly(methyl methacrylate))溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）により塗布し、１３０℃で５分間ベークする。これにより、グラフェン層１２上にＰＭＭＡからなる樹脂層が形成される。次に、１Ｍ塩化鉄溶液を用いて触媒基板Ｋをエッチング（除去）する。
【００４４】
樹脂層上のグラフェン層１２を超純水で洗浄した後、グラフェン層１２を基板１１（石英基板等）に転写し、自然乾燥させる。乾燥後、水素雰囲気中で４００℃に加熱（アニール）し、ＰＭＭＡを分解（除去）する。これにより、基板１１上にグラフェン層１２が転写される。他の転写方法としては、例えば接着剤を用いる方法や熱剥離テープを用いる方法を挙げることができる。
【００４５】
続いて、グラフェン層１２を構成するグラフェンをドーピングする。これは例えば次のようにすることができる。即ち、塩化金を室温で４時間真空乾燥し、それを溶媒（脱水ニトロメタン等）に溶解して１０ｍＭの溶液（以下、ドーパント溶液）を得る。ドーパント溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）によりグラフェン層１２上に塗布し、真空乾燥させる。これによりグラフェンがドーピングされる。
【００４６】
さらにドーパント溶液におけるドーパントの濃度は適宜選択可能であるが、濃度が高すぎるとグラフェン層１２の光透過率が低下し、濃度が低すぎるとドーピング後の抵抗劣化が生じやすくなる。
【００４７】
続いて、グラフェン層１２上に接触層１３を積層する（図１参照）。接触層１３は、例えばグラフェン層１２上に、接触層１３の材料を含む溶液をスピンコート（４０００ｒｐｍ、４０ｓｅｃ）により塗布し、乾燥させることによって形成させることができる。接触層１３の材料は、例えばＵＶ硬化性のハードコーティング剤であるものとすることができる。
【００４８】
以上のようにして図１に示すグラフェン構造体１０を作製することができる。なお、図２及び図３に示すグラフェン構造体１０は例えば、グラフェン層１２と接触層１３の積層の順序を変更することにより作製することが可能である。
【００４９】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体１０は、グラフェン層１２へのドーピングによりグラフェン層１２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層１２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層１２への電子供与が発生せず、グラフェン層１２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００５０】
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００５１】
＜グラフェン構造体の構成＞
図６は、本実施形態に係るグラフェン構造体２０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体２０は、基板２１及びグラフェン層２２が積層されて構成されている。
【００５２】
基板２１は、グラフェン構造体２０の支持基板であり、材料やサイズ等は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体２０に光透過性が要求される場合には、基板２１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００５３】
グラフェン層２２はグラフェンからなる。本実施形態においてもグラフェン構造体２０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。グラフェン層１２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。グラフェン層２２は後述するエージング処理により、水と同程度の酸化還元電位に調整されている。
【００５４】
本実施形態に係るグラフェン構造体２０は以上のように構成される。グラフェン構造体１０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００５５】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体２０の製造方法について説明する。本実施形態に係るグラフェン構造体２０の製造方法は、グラフェン層２２のドーピングまでは第１の実施形態と同様にすることができる。
【００５６】
グラフェン層２２のドーピング後、グラフェン層２２をエージングする。具体的には、基板２１上にグラフェン層２２が積層された積層体を、５０℃の飽和水蒸気雰囲気中に１時間配置することによってエージングをすることができる。これにより、ドーパントのキャリア濃度をグラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度となるまで減少させることが可能である。
【００５７】
なお、エージングは上記方法に限られず、キャリア濃度をグラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度となるまで減少させることができるものであればよい。ただし、上記積層体を水中に浸漬させると、ドーパントが水に溶解するため不適当である。以上のようにして図６に示すグラフェン構造体２０を作製することができる。
【００５８】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体２０は、グラフェン層２２へのドーピングによりグラフェン層２２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層２２への電子供与が発生せず、グラフェン層２２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００５９】
（第３の実施形態）
本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００６０】
＜グラフェン構造体の構成＞
図７は、本実施形態に係るグラフェン構造体３０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体３０は、基板３１及びグラフェン層３２が積層されて構成されている。
【００６１】
基板３１は、グラフェン構造体３０の支持基板であり、材料やサイズ等は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体３０に光透過性が要求される場合には、基板３１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００６２】
グラフェン層３２はグラフェンからなる。本実施形態においてもグラフェン構造体３０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。グラフェン層３２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。
【００６３】
ここで、ドーピング量はグラフェンにおけるキャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下となるように調整されている。ドーピング量はグラフェンをドーピングする際に、後述する方法によって調整することが可能である。グラフェン層３２を、６×１０１３／ｃｍ２以下のキャリア濃度とすることにより、グラフェン層３２の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。なおドーピング量は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下において特に４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下が好適であり、さらに４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下が好適である。
【００６４】
上記数値範囲は次のようにして求めることができる。
グラフェンのキャリア濃度ｎについて、グラフェンのフェルミエネルギー（〜電気化学ポテンシャル）をＥｆとすると、
ｎ＝７．７７×１０１３・Ｅｆ２ （式１）
のようにＥｆにより決定される。
【００６５】
電化中性点（キャリア濃度ゼロ）におけるグラフェンの仕事関数φを４．５ｅＶとすると、フェルミエネルギーは、
Ｅｆ＝φ−４．５ｅＶ（φは仕事関数） （式２）
と表すことができる。
【００６６】
化学ドーピングを行うと、グラフェンの仕事関数が大きくなるためドーピングされる。この際、グラフェンの仕事関数は、ドーパントの標準酸化還元電位（別称：標準電極電位Ｅ０）＋４．４４Ｖまで大きくなる。例えば、ドーパントが塩化金の場合、標準電極電位は１．５２Ｖであるので仕事関数は５．９６ｅＶまで大きくなる。
【００６７】
したがって、理想的な状態ではキャリア濃度は、
ｎ＝７．７７×１０１３・（５．９６−４．５）２＝１．４６×１０１４／ｃｍ２ （式３）
まで大きくなる。
【００６８】
しかしながら、大気中に長期間さらすと水と反応することで、水の還元電位までキャリア濃度が低下する。
水の還元電位は０．８２８Ｖであるので、仕事関数に換算すると５．２７ｅＶに相当する。このときのキャリア濃度は、
ｎ＝７．７７×１０１３・（５．２７−４．５）２＝４．６１×１０１３／ｃｍ２ （式４）
【００６９】
したがって、この数値を含む上記数値範囲がグラフェン層３２の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能なキャリア濃度となる。なお、この数値範囲はドーパントの種類に係わらない。
【００７０】
本実施形態に係るグラフェン構造体３０は以上のように構成される。グラフェン構造体３０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００７１】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体３０の製造方法について説明する。本実施形態に係るグラフェン構造体３０の製造方法は、グラフェン層３２の積層までは第１の実施系形態と同様にすることができる。
【００７２】
グラフェン層３２の積層後、グラフェン層３２を構成するグラフェンをドーピングする。これは例えば次のようにすることができる。即ち、塩化金を室温で４時間真空乾燥し、それを溶媒（脱水ニトロメタン等）に溶解して所定濃度（例えば３ｍＭ）の溶液（以下、ドーパント溶液）を得る。ドーパント溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）によりグラフェン層１２上に塗布し、真空乾燥させる。これによりグラフェンがドーピングされる。ドーパント溶液におけるドーパントの濃度を調整することにより、グラフェン層３２のキャリア濃度を上記範囲とすることが可能となる。
【００７３】
図８は、ドーパント溶液における塩化金の濃度と、ドーピング直後のキャリア濃度の関係を示すグラフである。このグラフから、キャリア濃度を６×１０１３／ｃｍ２以下とするためには、塩化金の濃度は０．２〜０．４ｍＭが好適であると考えられる。
【００７４】
以上のようにして図７に示すグラフェン構造体３０を作製することができる。
【００７５】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体３０は、グラフェン層３２へのドーピングによりグラフェン層３２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層３２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層３２への電子供与が発生せず、グラフェン層２２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００７６】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
基板と、
上記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有するグラフェン層と
を具備するグラフェン構造体。
【００７７】
（２）
上記（１）に記載のグラフェン構造体であって、
水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、上記グラフェン層に接触する接触層
をさらに具備するグラフェン構造体。
【００７８】
（３）
上記（１）又は（２）に記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下である
グラフェン構造体。
【００７９】
（４）
上記（１）から（３）のいずれかに記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【００８０】
（５）
上記（１）から（４）のいずれかに記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【００８１】
（６）
基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層し、
上記グラフェンにドーパントをドーピングし、
上記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する
グラフェン構造体の製造方法。
【００８２】
（７）
上記（６）に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングする
グラフェン構造体の製造方法。
【００８３】
（８）
上記（６）又は（７）に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層する
グラフェン構造体の製造方法。
【符号の説明】
【００８４】
１０、２０、３０…グラフェン構造体
１１、２１、３１…基板
１２、２２、３２…グラフェン層
１３…接触層
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電極材料等として用いられるグラフェン構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは炭素原子が六角形格子構造に配列したシート状の物質であり、その導電性や光透過性からタッチパネルや太陽電池等の電極材料等として注目されている。ここで、近年、グラフェンにドーパントをドーピングすることによりキャリア濃度を向上させ、電気抵抗を低下（導電性を向上）させることが可能であることがわかっている。
【０００３】
しかしながら、ドーピングされていないグラフェンの導電特性は経時的に安定であるのに対し、ドーピングによりグラフェンのキャリア濃度を一定値以上とした場合、時間の経過と共にキャリア濃度が徐々に減少（抵抗が徐々に増加）するという問題がある。例えばこのようなグラフェンを利用したデバイスでは、時間の経過と共に導電特性が変動してしまい、精度等の点で問題となる。
【０００４】
このような問題に対し、例えば非特許文献１には、多層グラフェン（単層グラフェンが複数層積層されたもの）の層間にドーパントを挿入し、導電特性の経時劣化を抑制する技術について開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Fethullah Gunes et al., "Layer-by-Layer Doping of Few-Layer Graphene Film", ACS Nano, July 27 2010, Vol.4, No.8, pp4595-4600
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では導電特性の経時劣化の抑制効果は小さく、さらには多層グラフェンを利用するため、単層グラフェンの場合に比べて光透過性が小さいという問題があった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、ドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化を抑制することが可能なグラフェン構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン構造体は、基板と、グラフェン層とを具備する。
上記グラフェン層は、上記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有する。
【０００９】
この構成によれば、グラフェン層が水と同程度の酸化還元電位を有するため、環境中の水分からグラフェンへの電子供与が発生しない。したがって、環境中の水分からグラフェンへの電子供与に起因する、グラフェン層の導電特性の経時変化を防止することが可能となる。
【００１０】
上記グラフェン構造体は、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、上記グラフェン層に接触する接触層をさらに具備してもよい。
【００１１】
この構成によれば、接触層により、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１２】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１３】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１４】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１５】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１６】
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であってもよい。
【００１７】
キャリア濃度をこの範囲とすることにより、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。
【００１８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン構造体の製造方法は、基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層する。
上記グラフェンにドーパントをドーピングする。
上記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する。
【００１９】
この構成によれば、酸化還元電位が水と同程度であるグラフェン層を有するグラフェン構造体を製造することが可能となる。
【００２０】
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度にすることが可能となる。
【００２２】
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層してもよい。
【００２３】
この構成によれば、グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本技術によれば、ドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化を抑制することが可能なグラフェン構造体及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図２】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図３】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図４】比較に係るグラフェン構造体のバンドダイアグラムである。
【図５】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体の製造工程を示す模式図である。
【図６】本技術の第２の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図７】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体の構造を示す模式図である。
【図８】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体の製造方法における、キャリア濃度とドーパント濃度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。
【００２８】
＜グラフェン構造体の構成＞
図１は、本実施形態に係るグラフェン構造体１０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体１０は、基板１１、グラフェン層１２、接触層１３が順に積層されて構成されている。
【００２９】
基板１１は、グラフェン構造体１０の支持基板であり、材料は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体１０に光透過性が要求される場合には、基板１１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００３０】
グラフェン層１２は、グラフェンからなる。グラフェンは互いにｓｐ２結合をした炭素原子により構成される平面的な六角形格子構造を有するシート状物質であり、積層されていない単層グラフェンと、複数層の単層グラフェンが積層された多層グラフェンがある。本実施形態においてはいずれにも限定されないが、グラフェン構造体１０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。
【００３１】
グラフェン層１２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。
【００３２】
接触層１３は、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、グラフェン層１２に接触する。水と同程度の酸化還元電位を有する物質は酸化剤でも還元剤でもない一般的な有機物であればよく、具体的には、ＵＶ（ultraviolet）硬化性のハードコーティング剤、各種樹脂基板、UV硬化性樹脂（接着剤）、粘着剤等が挙げられる。接触層１３は、図１に示すように、グラフェン層１２の上層（基板１１と反対側）に積層されるものに限られない。例えば、図２に示すようにグラフェン層１２の下層（基板１１側）に積層されるものでもよく、図３に示すように、グラフェン層１２の上下を挟むように積層されるものであってもよい。即ち接触層１３は、グラフェン層１２に接触していればよく、グラフェン層１２との上下関係は問わない。
【００３３】
接触層１３によって、グラフェン層１２の酸化還元電位が水と同程度となり、グラフェン層１２の導電特性の経時変化が防止されるが、その理由については後述する。なお、基板１１が樹脂基板である場合やグラフェン層１２の転写において接着剤バインダー層が用いられる場合には、これらによって接触層１３を代替することも可能である。また、接触層１３は、グラフェン構造体１０に光透過性が要求される場合には、光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００３４】
本実施形態に係るグラフェン構造体１０は以上のように構成される。グラフェン構造体１０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００３５】
＜導電特性の経時劣化について＞
グラフェン構造体１０の、導電特性の経時変化の防止について説明する。比較として、接触層１３に相当する構成が設けられていないグラフェン構造体（以下、「比較に係るグラフェン構造体」とする）について説明する。
【００３６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、比較に係るグラフェン構造体についてのバンドダイアグラムである。これらの図において縦軸はエネルギー準位であり、破線Ｆはグラフェンのフェルミ準位（電子の存在確率が５０％となる準位）である。フェルミ準位以下のところに電子が充填され、フェルミ準位近傍の電子の存在量がキャリア濃度に対応する。
【００３７】
図４（ａ）は、真空環境におけるグラフェン（ドーピングなし）の状態である。この状態から、グラフェンにドーパントを化学的にドーピングさせた場合、図４（ｂ）に示すように、グラフェンのフェルミ準位Ｆがドーパントの酸化還元電位Ｄ１に一致するまでグラフェンからドーパントに電子が供与される。
【００３８】
この状態が維持できれば理想的であるが、実際にはそうはならない。図４（ｃ）に示すように、環境中の水分が電子供与体として作用し、時間の経過と共にグラフェンのフェルミ準位が水及びドーパントの酸化還元電位Ｄ２まで上昇する。この結果、グラフェンのキャリア濃度が低下し、導電性が低下する。環境中の水分が電子供与体として作用すること、即ち、環境中の水分がドーピングされたグラフェンの導電特性の経時劣化の原因であることは、本発明者らが実験的に発見したものである。
【００３９】
このように、環境中の水分が導電特性の経時劣化の原因であることから、水（液相も気相も含む）によるグラフェンへの電子供与を防止することができれば、導電特性の経時劣化を抑制することが可能となる。本実施形態に係るグラフェン構造体１０においては、グラフェン層１２が水と同程度の酸化還元電位を有するので、水からグラフェンへの電子供与が防止され、グラフェン層１２の導電特性の経時劣化を防止することが可能となる。
【００４０】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体１０の製造方法について説明する。図５は、図１に示すグラフェン構造体１０の製造方法を示す模式図である。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、触媒基板Ｋ上にグラフェンを成膜し、グラフェン層１２を形成する。グラフェンの成膜は、触媒基板Ｋの表面に供給された炭素源物質（炭素原子を含む物質）を熱によりグラフェン化させる熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、炭素源物質をプラズマ化してグラフェンを生成させるプラズマＣＶＤ法等を用いてすることができる。また、ＣＶＤ法以外にも、溶液剥離したグラフェンや物理的剥離したグラフェンを用いることも可能である。ただし、層数の制御（透明性）、結晶性（導電性）、均一に成膜可能な面積等の点からＣＶＤ法が好適である。
【００４２】
触媒基板Ｋの材料は特に限定されないが、例えばニッケル、鉄、銅等とすることができる。触媒基板Ｋとして銅を用いることにより、密着性の高い単層グラフェンが生成するため、好適である。触媒基板Ｋの表面に炭素源物質（メタン等）を供給し、触媒基板Ｋをグラフェン生成温度以上に加熱することにより、触媒基板Ｋ上にグラフェンを成膜することができる。具体的には、メタン及び水素（触媒基板Ｋの還元用）の混合ガス（メタン：水素＝１００ｃｃ：５ｃｃ）雰囲気中で、触媒基板Ｋを９６０℃に加熱し、１０分間維持することにより、グラフェンを成長させることができる。
【００４３】
続いて、図５（ｂ）に示すように、グラフェン層１２を任意の基板１１上に転写する。転写方法は特に限定されないが、次のようにすることができる。即ち、グラフェン層１２上に４％ＰＭＭＡ（Poly(methyl methacrylate))溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）により塗布し、１３０℃で５分間ベークする。これにより、グラフェン層１２上にＰＭＭＡからなる樹脂層が形成される。次に、１Ｍ塩化鉄溶液を用いて触媒基板Ｋをエッチング（除去）する。
【００４４】
樹脂層上のグラフェン層１２を超純水で洗浄した後、グラフェン層１２を基板１１（石英基板等）に転写し、自然乾燥させる。乾燥後、水素雰囲気中で４００℃に加熱（アニール）し、ＰＭＭＡを分解（除去）する。これにより、基板１１上にグラフェン層１２が転写される。他の転写方法としては、例えば接着剤を用いる方法や熱剥離テープを用いる方法を挙げることができる。
【００４５】
続いて、グラフェン層１２を構成するグラフェンをドーピングする。これは例えば次のようにすることができる。即ち、塩化金を室温で４時間真空乾燥し、それを溶媒（脱水ニトロメタン等）に溶解して１０ｍＭの溶液（以下、ドーパント溶液）を得る。ドーパント溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）によりグラフェン層１２上に塗布し、真空乾燥させる。これによりグラフェンがドーピングされる。
【００４６】
さらにドーパント溶液におけるドーパントの濃度は適宜選択可能であるが、濃度が高すぎるとグラフェン層１２の光透過率が低下し、濃度が低すぎるとドーピング後の抵抗劣化が生じやすくなる。
【００４７】
続いて、グラフェン層１２上に接触層１３を積層する（図１参照）。接触層１３は、例えばグラフェン層１２上に、接触層１３の材料を含む溶液をスピンコート（４０００ｒｐｍ、４０ｓｅｃ）により塗布し、乾燥させることによって形成させることができる。接触層１３の材料は、例えばＵＶ硬化性のハードコーティング剤であるものとすることができる。
【００４８】
以上のようにして図１に示すグラフェン構造体１０を作製することができる。なお、図２及び図３に示すグラフェン構造体１０は例えば、グラフェン層１２と接触層１３の積層の順序を変更することにより作製することが可能である。
【００４９】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体１０は、グラフェン層１２へのドーピングによりグラフェン層１２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層１２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層１２への電子供与が発生せず、グラフェン層１２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００５０】
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００５１】
＜グラフェン構造体の構成＞
図６は、本実施形態に係るグラフェン構造体２０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体２０は、基板２１及びグラフェン層２２が積層されて構成されている。
【００５２】
基板２１は、グラフェン構造体２０の支持基板であり、材料やサイズ等は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体２０に光透過性が要求される場合には、基板２１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００５３】
グラフェン層２２はグラフェンからなる。本実施形態においてもグラフェン構造体２０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。グラフェン層１２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。グラフェン層２２は後述するエージング処理により、水と同程度の酸化還元電位に調整されている。
【００５４】
本実施形態に係るグラフェン構造体２０は以上のように構成される。グラフェン構造体１０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００５５】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体２０の製造方法について説明する。本実施形態に係るグラフェン構造体２０の製造方法は、グラフェン層２２のドーピングまでは第１の実施形態と同様にすることができる。
【００５６】
グラフェン層２２のドーピング後、グラフェン層２２をエージングする。具体的には、基板２１上にグラフェン層２２が積層された積層体を、５０℃の飽和水蒸気雰囲気中に１時間配置することによってエージングをすることができる。これにより、ドーパントのキャリア濃度をグラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度となるまで減少させることが可能である。
【００５７】
なお、エージングは上記方法に限られず、キャリア濃度をグラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度となるまで減少させることができるものであればよい。ただし、上記積層体を水中に浸漬させると、ドーパントが水に溶解するため不適当である。以上のようにして図６に示すグラフェン構造体２０を作製することができる。
【００５８】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体２０は、グラフェン層２２へのドーピングによりグラフェン層２２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層２２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層２２への電子供与が発生せず、グラフェン層２２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００５９】
（第３の実施形態）
本技術の第３の実施形態に係るグラフェン構造体について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００６０】
＜グラフェン構造体の構成＞
図７は、本実施形態に係るグラフェン構造体３０の層構造を示す模式図である。これらの図に示すように、グラフェン構造体３０は、基板３１及びグラフェン層３２が積層されて構成されている。
【００６１】
基板３１は、グラフェン構造体３０の支持基板であり、材料やサイズ等は特に限定されないが、例えば石英基板とすることができる。グラフェン構造体３０に光透過性が要求される場合には、基板３１を光透過性を有する材料からなるものとすることができる。
【００６２】
グラフェン層３２はグラフェンからなる。本実施形態においてもグラフェン構造体３０の光透過性や層間剥離が生じない点から単層グラフェンが好適である。グラフェン層３２は、ドーパントによってドーピングされている。ドーパントは、例えば、硝酸、ＴＦＳＡ（トリフルオロメタンスルホン酸）、塩化金、塩化パラジウム、塩化鉄、塩化銀、塩化白金、ヨウ化金等から選択することができる。ドーピングは、ドーパントをスピンコート等によりグラフェン上に塗布し、ドーパントをグラフェンに化学的に吸着させる化学ドーピングとすることができる。
【００６３】
ここで、ドーピング量はグラフェンにおけるキャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下となるように調整されている。ドーピング量はグラフェンをドーピングする際に、後述する方法によって調整することが可能である。グラフェン層３２を、６×１０１３／ｃｍ２以下のキャリア濃度とすることにより、グラフェン層３２の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能である。なおドーピング量は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下において特に４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下が好適であり、さらに４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下が好適である。
【００６４】
上記数値範囲は次のようにして求めることができる。
グラフェンのキャリア濃度ｎについて、グラフェンのフェルミエネルギー（〜電気化学ポテンシャル）をＥｆとすると、
ｎ＝７．７７×１０１３・Ｅｆ２ （式１）
のようにＥｆにより決定される。
【００６５】
電化中性点（キャリア濃度ゼロ）におけるグラフェンの仕事関数φを４．５ｅＶとすると、フェルミエネルギーは、
Ｅｆ＝φ−４．５ｅＶ（φは仕事関数） （式２）
と表すことができる。
【００６６】
化学ドーピングを行うと、グラフェンの仕事関数が大きくなるためドーピングされる。この際、グラフェンの仕事関数は、ドーパントの標準酸化還元電位（別称：標準電極電位Ｅ０）＋４．４４Ｖまで大きくなる。例えば、ドーパントが塩化金の場合、標準電極電位は１．５２Ｖであるので仕事関数は５．９６ｅＶまで大きくなる。
【００６７】
したがって、理想的な状態ではキャリア濃度は、
ｎ＝７．７７×１０１３・（５．９６−４．５）２＝１．４６×１０１４／ｃｍ２ （式３）
まで大きくなる。
【００６８】
しかしながら、大気中に長期間さらすと水と反応することで、水の還元電位までキャリア濃度が低下する。
水の還元電位は０．８２８Ｖであるので、仕事関数に換算すると５．２７ｅＶに相当する。このときのキャリア濃度は、
ｎ＝７．７７×１０１３・（５．２７−４．５）２＝４．６１×１０１３／ｃｍ２ （式４）
【００６９】
したがって、この数値を含む上記数値範囲がグラフェン層３２の酸化還元電位を水と同程度とすることが可能なキャリア濃度となる。なお、この数値範囲はドーパントの種類に係わらない。
【００７０】
本実施形態に係るグラフェン構造体３０は以上のように構成される。グラフェン構造体３０は、例えばタッチパネルや太陽電池等の電極として用いることが可能である。
【００７１】
＜グラフェン構造体の製造方法＞
グラフェン構造体３０の製造方法について説明する。本実施形態に係るグラフェン構造体３０の製造方法は、グラフェン層３２の積層までは第１の実施系形態と同様にすることができる。
【００７２】
グラフェン層３２の積層後、グラフェン層３２を構成するグラフェンをドーピングする。これは例えば次のようにすることができる。即ち、塩化金を室温で４時間真空乾燥し、それを溶媒（脱水ニトロメタン等）に溶解して所定濃度（例えば３ｍＭ）の溶液（以下、ドーパント溶液）を得る。ドーパント溶液をスピンコート（２０００ｒｐｍ、４０秒）によりグラフェン層１２上に塗布し、真空乾燥させる。これによりグラフェンがドーピングされる。ドーパント溶液におけるドーパントの濃度を調整することにより、グラフェン層３２のキャリア濃度を上記範囲とすることが可能となる。
【００７３】
図８は、ドーパント溶液における塩化金の濃度と、ドーピング直後のキャリア濃度の関係を示すグラフである。このグラフから、キャリア濃度を６×１０１３／ｃｍ２以下とするためには、塩化金の濃度は０．２〜０．４ｍＭが好適であると考えられる。
【００７４】
以上のようにして図７に示すグラフェン構造体３０を作製することができる。
【００７５】
＜グラフェン構造体の効果＞
以上のように、本実施形態に係るグラフェン構造体３０は、グラフェン層３２へのドーピングによりグラフェン層３２の抵抗を減少させることが可能である。さらに、グラフェン層３２の酸化還元電位が水と同程度であるため、環境中の水分によるグラフェン層３２への電子供与が発生せず、グラフェン層２２の導電特性の経時劣化を防止することが可能である。
【００７６】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
基板と、
上記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有するグラフェン層と
を具備するグラフェン構造体。
【００７７】
（２）
上記（１）に記載のグラフェン構造体であって、
水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、上記グラフェン層に接触する接触層
をさらに具備するグラフェン構造体。
【００７８】
（３）
上記（１）又は（２）に記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下である
グラフェン構造体。
【００７９】
（４）
上記（１）から（３）のいずれかに記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【００８０】
（５）
上記（１）から（４）のいずれかに記載のグラフェン構造体であって、
上記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【００８１】
（６）
基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層し、
上記グラフェンにドーパントをドーピングし、
上記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する
グラフェン構造体の製造方法。
【００８２】
（７）
上記（６）に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングする
グラフェン構造体の製造方法。
【００８３】
（８）
上記（６）又は（７）に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
上記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、上記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層する
グラフェン構造体の製造方法。
【符号の説明】
【００８４】
１０、２０、３０…グラフェン構造体
１１、２１、３１…基板
１２、２２、３２…グラフェン層
１３…接触層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有するグラフェン層と
を具備するグラフェン構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のグラフェン構造体であって、
水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、前記グラフェン層に接触する接触層
をさらに具備するグラフェン構造体。
【請求項３】
請求項１に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下である
グラフェン構造体。
【請求項４】
請求項３に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【請求項６】
基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層し、
前記グラフェンにドーパントをドーピングし、
前記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する
グラフェン構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
前記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、前記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングする
グラフェン構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
前記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、前記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層する
グラフェン構造体の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板に積層され、ドーパントによりドーピングされたグラフェンからなり、水と同程度の酸化還元電位を有するグラフェン層と
を具備するグラフェン構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のグラフェン構造体であって、
水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなり、前記グラフェン層に接触する接触層
をさらに具備するグラフェン構造体。
【請求項３】
請求項１に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が６×１０１３／ｃｍ２以下である
グラフェン構造体。
【請求項４】
請求項３に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が４×１０１３／ｃｍ２以上６×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のグラフェン構造体であって、
前記グラフェン層は、キャリア濃度が４．５×１０１３／ｃｍ２以上５．５×１０１３／ｃｍ２以下であるグラフェン構造体。
【請求項６】
基板上にグラフェンからなるグラフェン層を積層し、
前記グラフェンにドーパントをドーピングし、
前記グラフェン層の酸化還元電位を水と同程度に調整する
グラフェン構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
前記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、前記グラフェン層を水蒸気雰囲気においてエージングする
グラフェン構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のグラフェン構造体の製造方法であって、
前記グラフェンの酸化還元電位を調整する工程は、前記グラフェン層に、水と同程度の酸化還元電位を有する物質からなる接触層を積層する
グラフェン構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３５７１６（Ｐ２０１３−３５７１６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３６９８（Ｐ２０１１−１７３６９８）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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