グラフェンウエハー

PAM-XIAMEN から販売されているグラフェン ウエハは、PET フィルム上の単層グラフェン、SiO2/シリコン上の単層グラフェン、SiO2/シリコン上の 2 層グラフェン、銅上の単層グラフェン、研究および産業用のニッケル上のグラフェン ウエハです。

グラフェンは新しいです半導体材料炭素原子が積み重なった単層の二次元ハニカム格子構造を持ち、それがsp²ハイブリッド化によって結合されています。グラフェンはシリコンと同等以上の優れた光学的、電気的、機械的特性を持っています。グラフェンで作られたプロセッサの周波数はシリコンチップの100倍から1000倍です。将来的には、グラフェンウエハーがシリコンウエハーに取って代わり、次世代の半導体材料となることが期待されています。ウェハスケールのグラフェンの成長は通常、化学気相成長 (CVD) によって行われます。

1. グラフェンウェーハのウェーハ一覧

グラフェンウェーハ/フィルム
商品番号	説明
MG/PET-10-10	PETフィルム上の単層グラフェン（10 mm x 10 mm）
MG/PET-20-20	PETフィルム上の単層グラフェン(20mm×20mm)
MG/PET-50-50	PETフィルム上の単層グラフェン（50mm×50mm）
MG/PET-100-100	PETフィルム上の単層グラフェン（100mm×100mm）
MG/PET-300-200	PETフィルム上の単層グラフェン(300mm×200mm)
MG/PET-500-200	PETフィルム上の単層グラフェン（500mm×200mm）
MG/SIO2/SI-10-10	SiO2/シリコン上の単層グラフェン (10mm x 10mm)
MG/SIO2/SI-25-25	SiO2/シリコン上の単層グラフェン(1インチ x 1インチ)
MG/SIO2/SI-100	SiO2/シリコン上の単層グラフェン (100mm ウェーハ)
BG/SIO2/SI-10-10	SiO2/シリコン上の二層グラフェン(10 mm x 10 mm)
TG/SIO2/SI-10-10	SiO2/シリコン上の三層グラフェン (10 mm x 10 mm)
MG/CU-10-10	銅上の単層グラフェン (10 mm x 10 mm)
MG/CU-20-20	銅上の単層グラフェン (20 mm x 20 mm)
MG/CU-25-25	銅上の単層グラフェン (1 インチ x 1 インチ)
MG/CU-50-50	Cu 上の単層グラフェン (50 mm x 50 mm)
MG/CU-100-50	Cu 上の単層グラフェン (100 mm x 50 mm)
MG/CU-100	Cu 上の単層グラフェン (100mm ウェハー)
MG/NI-10-10	ニッケル上にグラフェンを成長(10mm x 10mm)
MG/NI-20-20	ニッケル上にグラフェンを成長(20mm x 20mm)
MG/NI-30-20	ニッケル上にグラフェンを成長(30mm x 20mm)
MG/NI-50-20	ニッケル上にグラフェンを成長(50mm x 20mm)

以下は、銅箔上の単層グラフェンの SEM または TEM 画像であり、粒径と粒界を示しています。

2。グラフェン特性

炭素原子が六方格子状に整然と並んだ炭素元素がグラフェンであり、非常に安定した構造を持っています。グラフェンの各炭素原子間の結合は非常に柔軟です。外部から機械的な力を加えると、炭素原子の表面は曲がって変形します。炭素原子は外力に合わせて再配置する必要がありません。したがって、このような特性によりグラフェン構造の安定性が確保され、グラフェンはダイヤモンドよりも硬くなり、ゴムのように伸ばすことができます。安定した格子構造は、グラフェンの優れた導電性につながります。

グラフェン基板構造

原子間には非常に強い力があるため、室温では周囲の炭素原子が衝突したとしても、グラフェン内の電子はほとんど干渉を受けません。

グラフェンの電子が軌道上を移動するときに格子欠陥や原子が導入されるため、電子は散乱されません。原子間の力は非常に強いため、グラフェン内の電子は、たとえ周囲の原子が互いに圧迫していたとしても、小さな干渉に直面します。

グラフェンのもう一つの特徴は、その伝導性電子が格子内を障害物なく非常に速い速度で移動できることであり、その速度は金属導体や半導体内の電子の移動速度をはるかに超えています。熱伝導率は既存の既知の物質をすべて上回ります。

グラフェンは非常にユニークな光学特性を持っています。原子は1層しかありませんが、可視光から赤外までの全波長範囲で入射光の2.3%を吸収します。吸収された光はキャリア（電子と正孔）の生成を引き起こします。グラフェンにおけるキャリアの生成と輸送は、従来の半導体とは大きく異なります。

グラフェンの電子バンド構造

3. CVD法で作製したグラフェンウエハー

CVD は、単層グラフェンを製造するために最も一般的に使用される技術です。この技術は、金属基板上に熱分解した炭化水素を化学気相成長させることにより、単層および多層のグラフェンをエピタキシャル成長させるものです。メタンおよびその他の炭素含有化合物を炭素源として使用し（メタンは標準反応物ですが、任意の炭素源を使用できます）、高温で分解して炭素源を基板表面に堆積させ、グラフェンを成長させます（銅箔は炉内で800～1000℃に加熱されます）。銅箔上にグラフェンを連続的に製造するのが一般的です。化学処理により銅を除去し、SiO などのより有用な基板上にグラフェンを堆積できます。₂。この方法はシンプルで実装が容易であり、急速に進歩します。現在、業界で最も広く使用されているグラフェン調製技術であり、調製されたグラフェンの品質は比較的高いです。

透明なグラフェン フィルムは、銅上に炭素原子を堆積し、銅をエッチングして除去することによって作成されます。これらのフィルムは、透明導電性コーティング用途 (タッチ スクリーンなど) に使用できます。

研究者らは、ニッケル層を介した炭素拡散を利用して、ニッケル層上に二層グラフェンを直接合成しています。SIO2基質ウェハーグラフェン転写なし。 1000℃でのアニーリングプロセス中に、ニッケル上部の炭素源が分解し、ニッケル層に拡散します。室温まで冷却すると、ニッケル層と SiO2 基板の間に二重二層グラフェンが形成されます。ニッケルはエッチングで除去され、酸化シリコン上に直接コーティングされたグラフェンの層が残り、転写プロセスが不要になります。得られた高品質の二層グラフェンの被覆率は約 70% です。ただし、成長プロセスは 1000°C で行われます。

二層グラフェンウェーハは固体炭素源から成長します。このプロセスでは、SiO2 上にグラフェン膜を直接合成するために、室温 (25 ～ 160°C) より高い温度のみが必要です。基板はシリコンだけでなく、プラスチックやガラスでも構いません。 SiO2結晶粒の表面にはミクロンレベルの粒子が表示され、プラスチックやガラスの表面にはナノスケールの結晶粒が表示されます。低温で非導電性基板上にグラフェンを直接合成できるため、複数のナノ電子デバイスを製造する新たな可能性が生まれます。

4. グラフェンウエハーの応用

グラフェンは優れた光透過率 (単層 ~97.7%)、低密度 (面密度わずか 0.77 mg/m2) を備えています。²）、優れた特性、ほぼ完全に透明ですが、非常に緻密です。これらの優れた特性により、グラフェンウェハー接合は、グラフェンソーラーパネル、電子情報、新素材、新エネルギー、生物医学、環境保護などの多くの分野で大きな応用可能性と革新的な変化をもたらします。

4.1 グラフェンフィルム上のガスセンサー

グラフェンのユニークな二次元構造と巨大な表面積により、周囲の環境の影響を非常に受けやすくなります。ガス分子の吸着または放出さえも検出できます。このような感度を実現できるのは、グラフェンが電子ノイズが極めて低い素材であるためです。グラフェン基板で作られたミクロンスケールのセンサーは、ガス分子がグラフェン表面に付着または離脱する際の個々のイベントを検出できます。

4.2 グラフェンコーティングされたシリコンウェーハ上の集積回路

ウェハスケールのグラフェンフィルム内の電子の有効質量はほぼゼロです。通常の状況では、この現象は特殊な粒子または高エネルギーの相対性理論の場合にのみ発生します。凝縮系では、グラフェンの電子移動度が非常に大きく、電子の移動速度が他の材料を上回っており、熱の発生が非常に少ないことが示されています。したがって、エレクトロニクス分野におけるシリコンウェーハ上のグラフェンには大きな可能性があります。

グラフェンはキャリア移動度が高く、ノイズが低いです。市販のシリコンウェーハの10倍の高いキャリア移動度(約10am/V・s)を持ち、温度やドーピングの影響を受けません。したがって、グラフェン層は電界効果トランジスタのチャネルとして使用できます。

4.3 グラフェンウエハー上のその他の電子デバイス

透明導電膜はタッチデバイスや液晶ディスプレイの重要な部品です。グラフェンの透明性と導電性は、透明導電性フィルムの優れた材料として使用できます。曲面グラフェンウェハーは、太陽電池の電極として、あるいはタッチスクリーン、透明ヒーター、手書きボード、発光デバイスなどの電子部品としてよく使用されます。

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