【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NU0057
利用課題名 / Title
TEMによるグラフェン／ダイヤモンド接合のイメージング
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
メモリスタ素子,エレクトロデバイス/ Electronic device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,光デバイス/ Optical Device,電子分光/ Electron spectroscopy,ナノカーボン/ Nano carbon
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)
植田 研二
所属名 / Affiliation
早稻田大学大学院情報生産システム研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
武藤俊介,齊藤元貴
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
樋口公孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム
NU-105：バイオ/無機材料用高速FIB-SEMシステム
NU-106：試料作製装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年垂直配向グラフェン（カーボンナノウォール（CNW））/ダイヤモンド接合において，光照射＋バイアスによって接合の電気抵抗が大きく変化することが見いだされ，新たな光検出・記憶素子への応用可能性が示唆されている。本研究では，このスイッチング機構を解明する目的で，このCNW/ダイヤモンド接合界面のミクロ構造解析と電子状態分析を行った。
実験 / Experimental
マイクロ波プラズマCVDで作製した積層構造をFIBSEM（NX-5000)で薄片化し，さらにナノミルによって表面損傷層を除去後，原子レベルSTEM観察およびSTEM-EELSスペクトラムイメージデータを取得してスペクトル分離した。使用装置は収差補正分析電子顕微鏡JEM ARM-200F（サーマル及びCold FEG）である。
結果と考察 / Results and Discussion
図１に接合界面付近のADF-STEM像とそのFFTパワースペクトルを示す。ダイヤモンド基板側は，(111)面ファセットがzigzagに現れ，そこにグラフェン基底面がダイヤモンド(111)面に平行に接合していることがわかる。このことはFFTからも読み取れる。
さらに界面構造を詳細に調べるために図１のFFTにマスクをかけたフィルター像を図2に示す。ダイヤモンド(111)面格子間隔とグラファイト基底面間隔との不整合によって，この特徴的な接合界面構造は，およそダイヤモンド(111)面3枚に対して二枚のグラフェン面が接合し，ダイヤモンド側でｓｐ3不飽和結合が存在していることがわかった。
そこでこの界面において炭素K殻吸収端スペクトルのSTEM-EELSスペクトラムイメージデータを取得し，多変量スペクトル分解によって界面特有のスペクトル成分を分離した結果を図3に示す。この界面成分をダイヤモンド及び黒鉛の純スペクトルで最小二乗フィットしたところ，σ*結合側に欠陥成分が確かに表れている（図３右）。今後これらの詳細な解析を進めていく。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 CNW/ダイヤモンド接合界面の高分解能ADF-STEM像とそのFFTパワースペクトル．
図2 図１をフーリエフィルターをかけた一部の拡大像（緑：ダイヤものど構造；赤：グラフェン基底面）．
図3 スペクトル分離された界面成分分布（左）とその欠陥成分（右）．
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.
- K. Enami, G. Saito, S. Muto, "STEM-EELS analysis of the vertically aligned graphene/diamond heterojunctions", The 20th International Microscopy Congress (IMC20), Sep. 10-15, 2023.
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