【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AE0016

利用課題名 / Title

CVDグラフェン上に作製された有機分子薄膜のリアルタイム表面反応

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

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）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

層状半導体,有機薄膜,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device

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)

大野 真也

所属名 / Affiliation

横浜国立大学大学院工学研究院

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

藤田凌太,塚本威吹, 西中村聡真,岡田倫志郎

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

吉越章隆,津田泰孝,千葉大輔

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

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

AE-010：表面化学実験ステーション

報告書データ / Report

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

CVDグラフェンは、安価で大面積な試料が市販で供給されており、FET/LED等の電子素子だけでなく触媒材料や電極材料としても幅広い用途での応用が期待されている物質である。その機能性を強化するために有機分子によるドーピング、或いはグラフェンと有機分子のハイブリッド構造によるPtフリーな触媒の開発など多面的な研究が展開している。本研究では、有機分子／グラフェン界面の構造と電子状態の相関を解明する目的で放射光XPSを用いた解析を進めた。

実験 / Experimental

本研究では、SPring-8 BL23SUの表面化学実験ステーション(SUREAC2000)を用いて光電子放出角90°,X線エネルギー711 eVの条件でC1s, N1s内殻および補足としてO1s, Si2p内殻の測定を行った。有機分子としてFET/LED応用に有望なオリゴチオフェン(6T)、さらにスピントロニクス応用においても有望なフタロシアニン(FePc)を選択した。有機薄膜の厚さ5Å-300Åの試料を予め準備した。また、比較対照のためSiO₂基板上に蒸着した試料も準備した。

結果と考察 / Results and Discussion

本研究では、最終目標として真空蒸着により作製された有機薄膜の解析を目指している。本課題と平行して膜厚計の導入を進めている。このため、ガス分子との相互作用の研究は保留した。そこで、主たる解析の対象として予め有機薄膜が蒸着されたCVDグラフェン試料を複数準備(約20種類)した。　
6TについてC1s成分、FePcについてC1s, N1sの分子由来の成分を明瞭に捉えることができた。いずれも、被覆率が低くグラフェンの大部分が露出している状況において、C1sのピーク全体が顕著にシフトしている様子が捉えられた。この結果は、分子-基板間で電荷移動が起こることを示唆する。この他、SiO₂面上での電子状態との比較および加熱(250-450℃)の効果について解析を進めている。　
構造と電子状態の対応の起源を解明するため、原子間力顕微鏡、顕微ラマン分光、顕微フォトルミネッセンス分光による計測を合わせて進めている。また、FETを作製し伝導特性との相関も調べている。 　
先に述べた、電荷移動の知見は光学特性、伝導特性と関連して今後の研究において重要な要素になると考えている。また、加熱効果の検討は有機薄膜の構造安定性や成長様式を解明する上で重要な知見を与えるものと期待される。

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)

本研究の一部は、科学研究費補助金(23H01847)の助成を受けて行われた。

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.

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