（独）物質・材料研究機構は12月16日、ポストシリコン材料として期待されている炭素系材料グラフェンを電子素子に利用するためのバンドギャップの形成・制御に成功したと発表した。電源を切ってもバンドギャップが消滅しない不揮発性の制御法を開発したもので、グラフェンによる高性能ナノエレクトロニクス素子の開発に一歩近づく成果という。
■その場で自在に制御も
グラフェンは炭素原子が蜂の巣のような六角形の格子状に結合した層状構造の炭素物質。電子伝導特性などに優れ、次世代の電子素子や回路を形成するシリコン代替材料として期待されているが、グラフェン自体にはシリコン半導体のようなバンドギャップ（禁制帯）がない。このため、外部電圧によってバンドギャップを形成・制御する方法が検討されているが、これまでのものは外部電圧の印加を止めるとバンドギャップが消滅する揮発性だった。
研究チームは今回、炭素原子の一部が酸素原子などと結合している酸化グラフェンを用い、外部から電圧印加（ゲート電極とソース電極間に印加）することによって酸素原子の吸着・脱着を制御し、それによって炭素原子の結合状態を変えてバンドキャップを形成、しかもその場で自在に制御することに成功した。この方法は電圧印加を止めてもバンドギャップは持続するという不揮発性の特徴を持つという。
酸素原子の吸着・脱着の制御は、水素イオンの移動が可能な固体電解質を用い、固体電解質内の水素イオンと、グラフェンに結合している酸素原子との間で電気化学反応を生じさせることによって実現した。
この制御技術は、グラフェンを用いた不揮発性スイッチング素子などの高性能ナノエレクトロニクス素子の開発に道を開くだけではなく、新たな炭素系材料における物性探索や制御の手段としても有用という。
