Si基板上に形成したエピタキシヤルグラフェンとその電子デバイス応用

摘要

This paper reviews recent advances in graphene material epitaxially grown on Si substrate and its applications to electron devices. Exfoliation from highly-oriented pyrolitic graphite and surface decomposition of epitaxial SiC are well-known as graphene formation technologies. However, when it is introduced to the post-CMOS VLSIs as the key material, introduction of Si substrate as the starting material as well as practically low-temperature, reproducible growth technology are mandatory. To cope with those issues we developed "graphene-on-silicon" material growth technology consisting of epitaxial growth of 3C-SiC onto Si substrate using organo-silan gas-source MBE and surface decomposition processes. By utilizing such a new GOS material to form the channel with graphene, we succeeded in the transistor operation. This is the first step ahead; we have recognized existing subjects for ultra-high performance, mass-productive device fabrication. The exceptional electronic properties of graphene can devise wide variety of new devices including plasmonic devices and terahertz lasers which will also be described.%Si基板上にエピタキシャル成長したグラフェンとその電子デバイス応用について研究状況を紹介する.グラフェンの形成技術としては，グラファイト片からのピーリングとエピタキシャル成長したSiCの表面改質が一般的であるが，ポストCMOS新材料としての適用を考慮すると，Si基板の導入と半導体集積加工に耐える量産性に優れた低温成長技術が不可欠である.その要求に応えるために，有機シランガスソースMBEによるSi基板上への3C-SiCエビ成長と表面改質によるグラフェン・オン・シリコン（GOS）成長技術を開発した.本GOS材料を用いて，グラフェンをチャネルとするトランジスタ動作の観測に成功した.グラフェン成長層数の制御や膜平坦性など，GOSプロセス技術の改善・発展，オーミック電極形成，閾値制御，不純物注入制御など，今後解決すべき課題は多い.グラフェンの特異な電子輸送特性は，FET応用以外にも，プラズモニックデバイス，テラヘルツレーザーなど，多様な電子デバイスへの活用が期待される.ここではそれらの一端も併せて紹介する.