本发明专利技术的目的在于，解决作为以往的将铜箔用于基板中的利用热CVD的石墨烯成膜的课题的晶体尺寸小的问题，提供一种堆积了晶体尺寸更大的石墨烯而成的碳膜叠层体，通过制成如下的碳膜叠层体，即，具备具有由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的表面的蓝宝石(0001)单晶基板、在基板上外延生长而形成的铜(111)单晶薄膜、和堆积在铜(111)单晶薄膜上的石墨烯，可以制成晶体尺寸大的石墨烯。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在电子器件、透明导电膜等中使用的大面积的碳膜叠层体。
技术介绍
由发生了 SP2键合的碳原子所形成的平面状的单层碳膜、即石墨烯由于可称为其特异的高导电性、光透过率，而被期待作为超高性能电子器件、透明导电性薄膜等的基础材料来利用。迄今为止，开发出了从天然石墨中的剥离法、碳化硅的借助高温热处理的硅的脱离法、以及在各种金属表面上的形成法等石墨烯形成方法。特别是在最近，开发出了利用化学气相合成法(CVD)在铜箔表面上形成单层到数层的石墨烯的方法(非专利文献1、2)。以铜箔作为基体材料的石墨烯成膜方法是利用热CVD的方法。该方法中将作为原料气体的甲烷气体在约1000°C左右下热分解，从而在铜箔 表面形成单层到数层的石墨烯。该以铜箔作为基体材料的方法中利用了铜的表面特性，与以往的使用镍等其他金属的方法相比，可以控制性良好地合成石墨烯。另一方面，采用使用铜箔作为基体材料的合成方法得到的石墨烯的晶体尺寸在现在的情况下最大为数十微米。为了将石墨烯作为高性能电子器件等的材料来利用，要求尽可能大的晶体尺寸的石墨烯，因而晶体尺寸的扩大成为一个课题。现有技术文献非专利文献非专利文献l:Xuesong Li, Weiwei Cai, Jinho An, Seyoung Kim, JunghyoNahjDongxing Yang, Richard PinerjAruna Velamakannij Inhwa Jung,EmanuelTutucj Sanjay K. Banerjeej Luigi Colombo, Rodney S. Ruofflj Science, Vol. 324, 2009, pp.1312-1314.非专利文献2: Xuesong Li, Yanwu Zhuj Weiwei Caij Mark Borysiakj BoyangHanj David Chen，Richard D. Pinerj Luigi Colombo, Rodney S. Ruoff，Nano Letters, Vol.9，2009，pp. 4359-4363.
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术是鉴于如上所述的情况而完成的，其目的在于解决作为以往的将铜箔用作基板时利用热CVD的石墨烯成膜的课题的、晶体尺寸小的问题，提供形成了晶体尺寸更大的石墨烯的碳膜叠层体。解决问题的方法为了实现上述目的，本专利技术人等反复进行了深入研究的结果发现了用于获得形成了晶体尺寸大的石墨烯的碳膜叠层体的新方法，由此可以以比以往方法明显更大的面积形成石墨烯，从而可以解决以往技术中的上述课题。本专利技术基于上述发现而完成，其内容如下所示。 一种碳膜叠层体，其具备单晶基板、在该基板上外延生长而形成的铜(111)单晶薄膜、和堆积在该铜(111)单晶薄膜上的石墨烯。根据上述所述的碳膜叠层体，其中，所述单晶基板是蓝宝石(0001)单晶基板或金刚石(111)单晶基板。根据上述所述的碳膜叠层体，其中，所述单晶基板是具有由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的表面的蓝宝石(0001)单晶基板、或具有由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的表面的金刚石(111)单晶基板。根据上述 中任一项所述的碳膜叠层体，其中，所述石墨烯是在减压下使用氢气及甲烷气体利用热CVD法形成的。 一种石墨烯，其被堆积在通过在单晶基板上外延生长而形成的铜(111)单晶 薄膜上的。根据上述所述的石墨烯，其是在减压下使用氢气及甲烷气体利用热CVD法形成的。根据上述或所述的石墨烯，其从所述铜(111)单晶薄膜中剥离而得到。专利技术的效果采用本专利技术的在通过在单晶基板上外延生长而形成的铜(111)单晶薄膜上堆积石墨烯而成的碳膜叠层体，可以制成比以往明显更大晶体尺寸的(IOmm级别)石墨烯。由此可容易地制成此前使用数十微米的石墨烯进行过开发的、石墨烯晶体管等超高性能电子器件。此外还可以实现超高性能器件的集成化等，从而可以制成具有各种功能的石墨烯器件。附图说明是具有由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的表面的蓝宝石(0001)单晶基板的原子力显微镜图像。是通常的平坦性不佳的晶体表面的截面示意图。是由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的晶体表面的截面示意图。是从上方看到的由在原子水平下平坦的平台面和原子层台阶构成的晶体表面的示意图。是示出具备本专利技术的蓝宝石(0001)单晶基板、在基板上外延生长而形成的铜(111)单晶薄膜、和堆积在铜(111)单晶薄膜上的石墨烯的碳膜叠层体的叠层结构的示意图。是在蓝宝石(0001)单晶基板上外延生长而制成的铜(111)单晶薄膜的X射线衍射谱图(2Θ - Θ测定)。是以在蓝宝石(0001)单晶基板上外延生长而制成的铜(111)单晶薄膜作为基体材料成膜的石墨烯的拉曼散射分光谱图。是示出在20μ m见方的区域中进行拉曼成像测定的位置的图。是示出在150μ m见方的区域中进行的拉曼成像测定的结果的图，白色表示I (2D)/I (G)彡2、黑色表示I (2D)/I (G) < 2或者观测到D带(D-band)的区域。是示出在IOmm见方的表面的全部区域中进行的拉曼成像测定的结果的图，白色表示I (2D)/I (G) >2、黑色表示I(2D)/I(G) < 2或者观测到D带的区域。符号说明10 :碳膜叠层体12 :蓝宝石(0001)单晶基板 14:铜(111)单晶薄膜16 :石墨烯具体实施例方式石墨烯是由发生了 SP2键合的碳原子形成的平面状的单层碳膜。(对于石墨烯在非专利文献I中有详细叙述。)本专利技术的形成了晶体尺寸大的石墨烯的碳膜叠层体主要是基于采用了特定的制造条件而得到的。对于所述形成了晶体尺寸大的石墨烯的碳膜叠层体而言，将在平坦性良好的蓝宝石(0001)单晶基板上外延生长而制成的铜(111)单晶薄膜作为石墨烯合成的基体材料使用。此外，利用热CVD法，作为其制作条件，最好选定原料气体的浓度或摩尔比、反应时间等。在本专利技术之前，利用上述非专利文献I、非专利文献2中公开的方法时，使用铜箔基体材料，并利用热CVD进行石墨烯的成膜。由于铜箔是多晶体，因此其表面可以区分为具有不同的面取向的区域。因此，利用拉曼分光测定对所形成的石墨烯如何分布在铜箔表面进行了测定。此外，还利用背散射电子衍射法(EBPS)测定了铜箔表面的晶体学的面取向分布。通过上述测定可知，石墨烯在铜箔表面的铜(111)面、铜(100)面的区域成膜，优选在铜(111)面的区域成膜。另一方面，可知在铜箔表面的铜(101)面的区域基本上没有形成石墨烯的膜。如上所述，在本专利技术中发现，优选将石墨烯堆积在晶体学的铜(111)面上。根据以上结果，为了制成晶体尺寸大的石墨烯，将具有铜(111)面的区域的铜表面作为成膜的基体材料使用。因此，在大面积的石墨烯的成膜中，优选使用具有晶体学的(111)面的单晶的铜。准备在表面中具有晶体学的(111)面的单晶的铜的块状材料(bulk)(块)在技术上是可能的。但是，单晶的铜的块状材料十分昂贵，不适合工业化。为了准备表面具有晶体学的(111)面的单晶的铜，在工业上更现实的作法是在单晶基板上利用外延生长来制成铜(111)单晶薄膜。像这样，为了获得晶体尺寸大的石墨烯，制成具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川雅考，石原正统，古贺义纪，金载浩，津川和夫，饭岛澄男，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术总合研究所，
类型：
国别省市：
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