グラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置
【課題】量産に適したグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置を提供すること
【解決手段】、本技術のグラフェンの製造方法は、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させる。グラフェンは、成膜対象物に電流を印加して成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって成膜対象物の表面において前記炭素源物質から生成される。
【解決手段】、本技術のグラフェンの製造方法は、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させる。グラフェンは、成膜対象物に電流を印加して成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって成膜対象物の表面において前記炭素源物質から生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電子材料や電極材料等に用いられるグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは炭素原子が六角形格子構造に配列したシート状の物質であり、電子材料や電極材料として近年注目を集めている。グラフェンの製造方法としては、加熱された触媒表面に炭素源物質を供給し、当該触媒表面上にグラフェンを成膜させる化学気相成長法が一般的である。
【０００３】
例えば特許文献１には、基板上に積層されたグラファイト化触媒を加熱しつつ、当該触媒上に炭素源物質を供給し、グラフェンを生成させる「グラフェンシートの製造方法」が開示されている。この製造方法では、グラファイト化触媒にレーザや赤外線等の電磁波を照射してグラファイト化触媒を加熱させる手法が採られている。
【０００４】
また、非特許文献１には、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板上に蒸着されたＮｉ薄膜に電流を印加し、抵抗加熱によって加熱されたＮｉ薄膜に炭素源物質を供給してグラフェンを生成させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０７９２１号公報（段落[００４９]、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Journal of Electronic Materials 39, 2190(2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、グラファイト化触媒の加熱に電磁波照射を利用しているため、グラファイト化触媒のみを局所的に加熱することが困難であり、グラフェン製造装置の他の部材も高温に晒されると考えられる。このため、製造装置を耐熱性の高い材料で構成する必要があり、冷却機構が必要となる等、製造装置が高価なものになると考えられる。さらに、グラファイト化触媒の加熱や冷却に時間を要する、エネルギーの利用効率が低いといった問題も考えられる。
【０００８】
また、非特許文献１に記載の方法では、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板上にＮｉ薄膜を蒸着させる工程が必要となり、また、グラフェンは別の基材（透明絶縁部材等）に転写して利用されることが多いが、そのような転写も困難であると考えられる。さらに、高い耐熱性（１０００℃程度）が必要なＳｉ／ＳｉＯ２基板は高価である、基板のサイズによってＮｉ薄膜（即ちグラフェン生成サイト）のサイズも決定される等の問題も考えられる。
【０００９】
このように、特許文献１や非特許文献１に記載されているようなグラフェンの製造方法は、工業的レベルでグラフェンを量産するに当たり改善の余地があるといえる。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、量産に適したグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェンの製造方法は、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させる。
グラフェンは、上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質から生成される。
【００１２】
この製造方法は、成膜対象物に電流を印加して抵抗加熱により成膜対象物を昇温させるものである。したがって、電磁波照射により成膜対象物を加熱する場合に比べて、成膜対象物以外の部材が高温となることを防止することが可能であるため、耐熱性材料で製造装置を構成する必要がなく、また高いエネルギー効率でグラフェンを製造することが可能である。さらに、成膜対象物をフレキシブルなものとすることにより、大面積の成膜対象物を利用し易く、グラフェンの量産に好適である。
【００１３】
上記成膜対象物は銅からなるものであってもよい。
【００１４】
成膜対象物として銅を用いることにより、銅の触媒活性と低い炭素固溶度によって均一な（欠陥や複層部分が少ない）単層グラフェンを生成させることが可能となる。一方で銅は、放射率（吸収率）が低い、電磁波を吸収しにくい、放射熱損失が少ないといった物性を有し、電磁波照射により加熱することは困難な材料である。ここで、放射熱損失が少ない材料は少ない電力で加熱することができるため、本技術に係る抵抗加熱においては銅を有効に加熱することができる。さらに、銅は、抵抗加熱に適する導電性を有する、融点が高い、コストが安いといった点からも本技術に係る成膜対象物として好適である。
【００１５】
上記成膜対象物は箔であってもよい。
【００１６】
箔はその断面積に対する表面積の割合が大きく、抵抗加熱における消費電力に対してのグラフェンの収率を大きくすることや、より低い印加電流でグラフェンを生成することが可能である。また、成膜対象物を箔とすることにより箔の表裏両面にグラフェンを生成させることが可能となるが、例えば基板上に触媒金属を積層したものを成膜対象物とした場合には、表裏両面にグラフェンを生成させることはできない。
【００１７】
上記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって上記成膜対象物を搬送しながら、上記成膜対象物を加熱してもよい。
【００１８】
本技術においては成膜対象物を導電性を有するフレキシブルなものとするので、巻回することが可能であり、ロールツーロールによって搬送することが可能である。即ち一回の製造プロセスで大面積の成膜対象物に対してグラフェンを成膜させることができるので、グラフェンの量産に適する。
【００１９】
上記成膜対象物を加熱する工程では、上記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱してもよい。
【００２０】
抵抗加熱により加熱される成膜対象物を、補助的に電磁波照射により加熱することにより、成膜対象物に印加する電流を低減させ、成膜対象物の昇温に要する時間も短縮することが可能となる。
【００２１】
上記成膜対象物に上記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された上記炭素源物質を上記成膜対象物に接触させてもよい。
【００２２】
プラズマ化された炭素源物質を用いてグラフェンを生成させる場合、プラズマが高温となるため、成膜対象物に印加する電流を小さくすることができ、またグラフェンの成膜速度も高速化することが可能である。
【００２３】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン製造装置は、チャンバと、第１の電流端子と、第２の電流端子と、電源とを具備する。
上記第１の電流端子は、上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する。
上記第２の電流端子は、上記チャンバ内に、上記第１の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する。
上記電源は、上記第１の電流端子と上記第２の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる。
【００２４】
この構成によれば、成膜対象物に電流を印加して抵抗加熱により成膜対象物を加熱することが可能であり、電磁波照射により成膜対象物を加熱する場合に比べて、成膜対象物以外の部材が高温となることが防止される。このため、本グラフェン製造装置は耐熱性材料ではない材料で構成することが可能となり、即ち低コストで製造可能なものとすることができる。
【００２５】
上記グラフェン製造装置は、上記成膜対象物を上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構をさらに具備してもよい。
【００２６】
この構成によれば、成膜対象物をロールツーロールによって搬送することが可能であり、一回の製造プロセスで大面積の成膜対象物に対してグラフェンを成膜させることができる。
【００２７】
上記チャンバは真空チャンバであり、上記ロールツーロール機構は上記真空チャンバ内に配置されていてもよい。
【００２８】
この構成によれば、ロールツーロール機構による搬送を通じて成膜対象物は常に真空チャンバ内に収容されているので、真空チャンバ内への酸素や水蒸気の侵入を防止し、高品質なグラフェンを製造することが可能となる。
【００２９】
上記チャンバは陽圧チャンバであり、上記ロールツーロール機構は上記陽圧チャンバ外に配置されていてもよい。
【００３０】
この構成によれば、陽圧チャンバ（内部を陽圧に維持可能なチャンバ）を用いてグラフェン製造装置を構成することができ、真空チャンバを用いる必要がないので、グラフェン製造装置の製造コストや運転コストを低減させることが可能となる。また、チャンバを陽圧チャンバにすることによって、ロールツーロール機構から搬送される成膜対象物をチャンバ内に連通させる開口からの酸素や水蒸気の侵入を防止し、高品質なグラフェンを製造することが可能となる。
【００３１】
上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されていてもよい。
【００３２】
この構成によれば、銅の触媒活性と低い炭素固溶度により、基材の銅に良質な単層グラフェンが高い密着性をもって形成されるので、第１の電流端子及び第２の電流端子を導電性が高く、摩擦抵抗が小さく、かつ耐摩耗性が高い電流端子とすることが可能であり、即ちグラフェンの量産に適したグラフェン製造装置とすることが可能である。なお、上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、モータにより回転させても、回転させなくてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本技術によれば、量産に適したグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図２】本技術の第２の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図３】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図４】本技術の第４の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図５】本技術の第３及び第４の実施形態に係る電流端子の模式図である。
【図６】グラフェンのラマン分光分析の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るグラフェン製造装置１００を示す模式図である。
【００３６】
グラフェン製造装置１００は、炭素源物質（炭素原子を含む物質）からグラフェンを製造するための装置である。グラフェンとは、互いにｓｐ２結合をした炭素原子により構成される六角形格子構造を有するシート状物質である。
【００３７】
＜グラフェン製造装置の構成＞
図１に示すように、グラフェン製造装置１００は、真空チャンバ１０１、第１電流端子１０２、第２電流端子１０３、電源１０４、ガス導入部１０５及び真空ポンプ１０６を有する。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３には、成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は真空チャンバ１０１に収容され、それぞれ電源１０４に接続されている。ガス導入部１０５及び真空ポンプ１０６は真空チャンバ１０１に接続されている。
【００３８】
真空チャンバ１０１は、内部を真空に維持し、グラフェンの生成が進行する雰囲気を提供する。なお、後述する理由により真空チャンバ１０１は高い耐熱性を要求されないため、耐熱性を有しない真空チャンバを用いることが可能である。
【００３９】
第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は、チャンバ内に互いに離間して配置され、それぞれが成膜対象物Ｓに接触する。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は、電源１０４から導入される電流を成膜対象物Ｓに流すためのものであり、本実施形態においてはさらに成膜対象物Ｓを支持するためのものでもある。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は成膜対象物Ｓを挟持すること可能な構造とすることができる。
【００４０】
このような第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３によって、成膜対処物Ｓは真空チャンバ１０１内において「宙づり」の状態で支持される。ここで、グラフェン製造装置１００は第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３によって成膜対象物Ｓを支持するものに限られず、支持用部材（ガイド）によって成膜対象物Ｓを支持するものとすることも可能である。支持用部材は、熱伝導性が低く、耐熱性が高く、絶縁性の良い材料、例えば石英等が好適である。
【００４１】
電源１０４は、第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に電流を導入する。電源１０４は直流電源であってもよく、交流電源であってもよい。電源１０４の容量等は特に限定されないが、後述するように成膜対象物Ｓを抵抗加熱により所定の温度まで加熱する必要があるため、電源容量が大きいほうが昇温に必要な時間が短く、グラフェンの量産に適する。例えば成膜対象物Ｓが銅箔である場合、１０００℃に加熱するのに必要な電流密度は１０８Ａ／ｍ２であるから、銅箔が厚み８μｍ、幅１ｍであるものとすると必要な電流は８００Ａとなる。
【００４２】
ガス導入部１０５は、真空チャンバ１０１内に各種ガスを導入する。具体的にはガス導入部１０５は、成膜対象物Ｓのアニールに使用する水素ガスと、グラフェンの原料となる炭素源ガスを導入するものとすることができる。炭素源ガスは炭素原子を含む分子からなるガス（真空環境下で気相となるもの）であり、具体的には、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、アセチレン、エチレン、プロピレン、エタノール、ブタジエン、ペンテン、シクロペンタジエン、シクロへキサン、ベンゼン、トルエン等から選択することができる。
【００４３】
グラフェン製造装置１００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置１００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない（例えば２００℃以下）。したがって、グラフェン製造装置１００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【００４４】
＜成膜対象物について＞
本技術において製造されるグラフェンは成膜対象物Ｓ上に成膜されることによって生成する。成膜対象物Ｓは、導電性を有し、かつフレキシブルなものとすることができる。後述するように、本技術においては成膜対象物Ｓに電流を印加し、それによって成膜対象物Ｓを加熱（抵抗加熱）するものであるから、成膜対象物Ｓは導電性を有するものである必要がある。
【００４５】
また、成膜対象物Ｓは、フレキシブルな（柔軟性を有する）ものとすることができる。成膜対象物Ｓをフレキシブルなものとすることにより取り扱いが容易となり、グラフェンの量産に適する。特に、成膜対象物Ｓをフレキシブルなものとすることにより、後述するロールツーロールが適用できる点が好適である。
【００４６】
さらに、成膜対象物Ｓは、加熱によってグラフェンの生成温度（例えば銅の場合で８００℃）以上に加熱されるものであるから、その温度に耐えられるものである必要がある。加えて、グラフェンは、成膜対象物Ｓの表面において生成されるものであるため、成膜対象物Ｓはグラフェン触媒活性を有する材料からなるものとする必要がある。
【００４７】
このような成膜対象物Ｓの材料としては、合金を含む金属から選択することができる。具体的には、成膜対象物Ｓは、銅（Ｃｕ）、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）等の純金属又はこれらの合金からなるものとすることができる。
【００４８】
上記各種金属の中で、銅が最も好適である。銅の触媒活性と低い炭素固溶度により、銅表面において良質な「単層グラフェン」が形成されるからである。単層グラフェンは、単層、即ちグラフェンシートが２層以上に積層されていないグラフェンである。
【００４９】
成膜対象物Ｓ上に形成されたグラフェンは、例えばガラス基板等に転写され、透明導電膜等として利用されるが、グラフェンシートが複層になっている領域が存在すると、その領域で光透過性が損なわれる。また、グラフェンシートが複層となっていると、グラフェンシート間の層間結合は弱いため剥がれ易く、ダスト等の問題が生じる。銅はその化学的性質によりグラフェンの密着性が大きく、炭素を固溶しにくいことから、単層で均一な（欠陥や複層部分が少ない）グラフェンを得ることが可能である。
【００５０】
加えて、銅は各種金属の中でも、抵抗加熱に適する導電性を有し、融点が高く、コストも小さいことからも成膜対象物Ｓの材料として適する。
【００５１】
成膜対象物Ｓはフレキシブルなものと説明したが、このようなものとして金属の「箔」、「線」あるいは「メッシュ」等を挙げることができる。この中でも成膜対象物Ｓとして箔が最も好適である。箔は大面積のシート状グラフェン膜を得ることができるだけでなく、その断面積に対する表面積の割合が大きく、抵抗加熱における消費電力に対してのグラフェンの収率が大きいからである。また、成膜対象物Ｓを箔とすることにより、箔の表裏両面にグラフェンを生成させることが可能となるが、例えば基板上に触媒金属を積層したものを成膜対象物とした場合には、表裏両面にグラフェンを生成させることはできない。
【００５２】
以上のように、成膜対象物Ｓは、材料としては銅が好適であり形状としては箔が好適であるので、「銅箔」が最も好適である。銅箔の厚さ、幅、長さ等は特に限定されないが、銅箔の厚さは抵抗加熱の消費電力や印加電流を抑える点からは薄い方が好適であるが、薄過ぎると強度の点から問題があるため、１μｍ以上１００μｍ以下の厚さ、特に５μｍ以上５０μｍ以下の厚さが好適である。
【００５３】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置１００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）である。
【００５４】
真空チャンバ１０１に成膜対象物Ｓをセットする。図１に示すように、成膜対象物Ｓを第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に接触させる。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅１５ｍｍ、長さ２１０ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【００５５】
続いて、真空ポンプ１０６により真空チャンバ１０１内を真空排気し、その後、ガス導入部１０５により真空チャンバ１０１内に水素ガスを導入する。水素ガスは、分圧が０．０１Ｔｏｒｒとなるまで導入するものとすることができる。水素ガスの分圧は特に限定されないが、１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。
【００５６】
電源１０４により第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に電流を印加する。印加する電流は例えば４０Ａとすることができる。電流は第１電流端子１０２と第２電流端子１０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓが加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓの温度が所定温度（例えば１０００℃）となった状態で所定時間（例えば５分間）維持する。これにより、成膜対象物Ｓ（空気中で酸化されている）が還元される。以下、この成膜対象物Ｓの還元のための加熱を「アニール」とする。
【００５７】
続いて、成膜対象物Ｓ上にグラフェンを生成させる。この際、上記アニールにおいて成膜対象物Ｓがグラフェンの生成温度以上の温度となっている場合は、そのままグラフェンの生成に移行することができる。成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度より低い場合には、グラフェンの生成温度以上となるまで加熱する。
【００５８】
成膜対象物Ｓの加熱温度は４００℃以上、特に８００℃以上が好適である。したがって、成膜対象物Ｓを銅からなるものとする場合、８００℃以上１０８４℃（銅の融点）の温度範囲が好適である。
【００５９】
続いて、ガス導入部１０５から炭素源ガスを真空チャンバ１０１内に導入する。例えば炭素源ガスとしてメタンを、分圧が０．３Ｔｏｒｒとなるまで導入することができる。メタンガスの分圧は特に限定されないが、１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。真空チャンバ１０１内に導入された炭素源ガスは、成膜対象物Ｓの表面に接触するとその熱により分解され、成膜対象物Ｓの触媒活性によりグラフェンが生成される。このグラフェンの生成は、例えば１０分間行うものとすることができる。
【００６０】
電源１０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【００６１】
なお、上記説明では、アニール終了後に炭素源ガスを真空チャンバ１０１に導入し、グラフェンを生成させるものとしたが、アニール開始前に水素ガス及び炭素源ガスを真空チャンバ１０１に導入してもよい。成膜対象物Ｓの還元はグラフェン生成温度より低い温度（例えば３００℃）で進行するため、成膜対象物Ｓをグラフェン生成温度に昇温する過程で成膜対象物Ｓの還元がなされる。
【００６２】
成膜対象物Ｓ上に形成されたグラフェンは、ガラス、石英、プラスチック等に転写することによって透明導電性膜として利用することが可能となる。成膜対象物Ｓとして銅箔を用いた場合、上記のように高品質の単層グラフェンを得ることが可能である。銅箔上に形成され、石英上に転写されたグラフェンを分析すると、波長５５０ｎｍにおける光透過率が９７％、シート抵抗が２００Ω／ｓｑ．であった。
【００６３】
グラフェンの存在はラマン分光分析によってグラフェン特有の振動モードを測定することにより確認することができる。図６は、ラマン分光分析の測定結果を示すグラフである。同図に示すグラフにおいて２７１４ｃｍ−１のピークが単一のローレンツ関数でフィッティングでき、単層グラフェンが生成されていることが確認される。
【００６４】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態では、上記のように成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱するために、抵抗加熱のみを用いている。したがって、成膜対象物以外の部材（チャンバ１０１の内壁等）は比較的低温のまま維持することができる。これによりグラフェン製造装置１００を耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。具体的には、グラフェン製造装置１００をガラス、ステンレス、銅等の比較的安価な材料により製造することが可能となる。即ち、グラフェン製造装置１００のコストを小さいものとすることができる。
【００６５】
また、多くの物質は高温環境下で化学反応性が高まり、劣化を生じる。本実施形態に係るグラフェン製造装置１００においては、このような熱による部材の劣化を防止すること可能であるため、他の加熱方式のグラフェン製造装置に比べて耐久性が高く、メンテナンスの頻度が小さいものとすることが可能である。
【００６６】
成膜対象物として、その触媒活性により銅が好適であると説明したが、銅は放射率（吸収率）が０．０３程度と低く、赤外線等の電磁波を吸収しにくい一方、放射熱損失が少ない。これは電磁波照射による加熱がしにくく、エネルギー利用効率が悪いことを意味する。これに対し、本実施形態のように抵抗加熱により内部から銅を加熱する場合には、銅の放射熱損失が小さいことは少ない電力で所定温度まで加熱できることを意味し、即ち、本実施形態に係る加熱方式は、銅に適した加熱方法である。
【００６７】
成膜対象物に電磁波を照射して加熱する場合、電磁波が成膜対象物以外でも吸収されるため減衰し、あるいは電磁波が成膜対象物により反射されるため、その意味でもエネルギー利用効率が小さい。これに対し、本実施形態に係る加熱方式では、効率よく成膜対象物を加熱することが可能であり、短時間で所定温度まで昇温させることができるため、グラフェン製造プロセスのタクトタイムを短縮させることが可能である。さらには、成膜対象物のみを加熱しているために冷却時間も短く、その点でもタクトタイムを短縮させることができる。
【００６８】
さらに、成膜対象物に電磁波を照射して加熱する場合、成膜対象物と電磁波の照射源との位置関係等により、成膜対象物が均等に加熱されず、グラフェンの品質が低い（欠陥が多い等）ものとなるおそれがある。これに対し、本実施形態に係る加熱方式では、成膜対象物を均等に加熱することができ、温度分布によるグラフェンの品質低下を抑制することが可能である。
【００６９】
本実施形態に係る抵抗加熱のエネルギーは、制御性の高い電流によって直接に成膜対象物に導入されるため、本実施形態に係る加熱方式は成膜対象物の温度を高速かつ正確に制御することが可能である。特に成膜対象物が銅である場合には、銅は熱容量が小さいことからこの効果が顕著である。
【００７０】
さらに、本実施形態に係る加熱方式では、金属の抵抗値は温度に依存することを利用して、成膜対象物に電流を印加しながらその抵抗値（電流の印加と同時に測定が可能）により印加電流をフィードバック制御することも可能である。
【００７１】
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と共通する事項については説明を省略する。第１の実施形態においてはグラフェンの低圧ＣＶＤによる製造について説明したが、本実施形態はグラフェンの大気圧ＣＶＤによる製造に係るものである。
【００７２】
図２は、本実施形態に係るグラフェン製造装置２００を示す模式図である。図２に示すように、グラフェン製造装置２００は、チャンバ２０１、第１電流端子２０２、第２電流端子２０３、電源２０４、ガス導入部２０５及びガス排気部２０６を有する。第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３には、成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３はチャンバ２０１に収容され、それぞれ電源２０４に接続されている。ガス導入部２０５及びガス排気部２０６はチャンバ２０１に接続されている。
【００７３】
チャンバ２０１は、グラフェンの生成が進行する雰囲気を提供する。第１の実施形態と同様に、チャンバ２０１は高い耐熱性を要求されないため、一般的なチャンバを用いることが可能である。さらに、本実施形態では第１の実施形態と異なり、チャンバを真空チャンバとする必要はなく、真空チャンバに比べて低コストな、耐圧性が低いチャンバを用いることが可能である。
【００７４】
第１電流端子２０２、第２電流端子２０３、電源２０４はそれぞれ第１の実施形態において説明したものと同一の構成とすることができる。ただし、大気圧環境においては対流により成膜対象物Ｓの熱が放出されるため、電源２０４は第１の実施形態（真空環境）に比べて多少大きい電流を第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に導入可能なものと必要がある。
【００７５】
ガス導入部１０５は、チャンバ２０１内に各種ガスを導入する。具体的にはガス導入部１０５は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）、水素ガス及び炭素源ガスを導入するものとすることができる。炭素源ガスは炭素原子を含む分子からなるガス（大気圧環境下で気相）であり具体的には、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、エチレン等から選択することができる。
【００７６】
グラフェン製造装置２００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置２００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置２００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【００７７】
グラフェン製造装置２００にセットされる成膜対象物Ｓは、第１の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。
【００７８】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置２００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧ＣＶＤである。
【００７９】
チャンバ２０１に成膜対象物Ｓをセットする。図２に示すように、成膜対象物Ｓを第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に接触させる。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅１５ｍｍ、長さ２１０ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【００８０】
続いて、ガス導入部２０５から不活性ガス及び水素ガスをチャンバ２０１に導入する。例えば、アルゴン及び水素（３．９％）の混合ガスを導入するものとすることができる。水素ガスの濃度は特に限定されないが、１ｐｐｍから４％の範囲が好適である。このガスにより、チャンバ２０１内の酸素濃度及び水蒸気濃度を低下させることができる。
【００８１】
電源２０４により第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に電流を印加する。印加する電流は例えば５０Ａとすることができる。電流は第１電流端子２０２と第２電流端子２０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓが加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓの温度が所定温度（例えば９００℃）となった状態で所定時間（例えば５分間）維持する。これにより、成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【００８２】
続いて、成膜対象物Ｓ上にグラフェンを生成させる。この際、上記アニールにおいて成膜対象物Ｓがグラフェンの生成温度以上の温度となっている場合は、そのままグラフェンの生成に移行することができる。成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度より低い場合には、グラフェンの生成温度以上となるまで加熱する。
【００８３】
続いて、ガス導入部２０５から不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１内に導入する。例えば、アルゴン及びメタン（４％）の混合ガスを、メタン分圧が１００ｐｐｍとなるまで導入するものとすることができる。メタンガスの濃度は特に限定されないが、１ｐｐｍから５．３％の範囲が好適である。
【００８４】
チャンバ２０１内に導入された炭素源ガスは、成膜対象物Ｓの表面に接触するとその熱により分解され、成膜対象物Ｓの触媒活性によりグラフェンが生成される。このグラフェンの生成は、例えば１０分間行うものとすることができる。
【００８５】
電源２０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【００８６】
なお、上記説明では、アニール終了後に不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１に導入し、グラフェンを生成させるものとしたが、アニール開始前に水素ガス、不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１に導入してもよい。成膜対象物Ｓの還元はグラフェン生成温度より低い温度で進行するため、成膜対象物Ｓをグラフェン生成温度に昇温する過程で成膜対象物Ｓの還元がなされる。
【００８７】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、真空環境とするための設備が不要であり、より低コストにグラフェンを量産することが可能である。
【００８８】
（第３の実施形態）
本技術の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第１の実施形態と同様に低圧ＣＶＤによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第１の実施形態と異なる。
【００８９】
図３は、本実施形態に係るグラフェン製造装置３００を示す模式図である。図３に示すように、グラフェン製造装置３００は、真空チャンバ３０１、第１電流端子３０２、第２電流端子３０３、電源３０４、ガス導入部３０５、真空ポンプ３０６、巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８を有する。巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８には成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子３０２、第２電流端子３０３、巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８は真空チャンバ３０１に収容されている。第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３はそれぞれ電源３０４に接続されている。ガス導入部３０５及び真空ポンプ３０６は真空チャンバ３０１に接続されている。
【００９０】
真空チャンバ３０１、電源３０４、ガス導入部３０５及び真空ポンプ３０６については第１の実施形態と同様の構成とすることができる。
【００９１】
巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８にセットされる成膜対象物Ｓは、第１の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。特に本実施形態に係る成膜対象物Ｓは、ロール状に巻回できる程度の長さを有するものである。
【００９２】
巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８は、ロールツーロール（roll-to-roll）機構を構成する。具体的には、ロール状の成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８にセットされ、その一端が巻取ロール３０７に接続される。巻取ロール３０７が回転動力により回転すると、巻取ロール３０７に成膜対象称物Ｓが巻回されることにより、巻出ロール３０８が従動的に回転し、成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８から巻取ロール３０７に搬送されるものとすることができる。
【００９３】
第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３はそれぞれ成膜対象物Ｓに接触する。ここで、本実施形態においては、上記ロールツーロール機構により成膜対象物Ｓが搬送されるため、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は移動する成膜対象物Ｓに安定的に接触可能なものである必要がある。
【００９４】
具体的には、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は、導電性材料からなり、少なくとも成膜対象物Ｓと接触する部分が円弧形状であるものとすることができる。導電性材料としてはカーボンや、銅、ステンレス、チタン、タングステン、コバルト、ニッケル又は白金等の純金属あるいはこれらの合金とすることができる。また、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は、上記のような導電性材料からなる回転可能なロールであるものとすることもできる。さらに、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は次のような構成にすると特に好適である。
【００９５】
図５は、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３として利用することができる電流端子Ｄの構成を示す断面図である。同図に示すように、電流端子Ｄは、基材Ｍが被膜Ｇによって被覆されて構成されている。
【００９６】
基材Ｍは、円筒形状又は少なくとも成膜対象物Ｓと接触する部分が円弧形状を有するものとすることができる。基材Ｍは銅、ニッケル、ステンレス等であるものとすることができるが、後述する理由により銅が特に好適である。被膜Ｇはグラフェンからなるものとすることができる。グラフェンは潤滑性が高く、導電性が高いため、成膜対象物Ｓと摺動接触する電流端子の材料として好適である。
【００９７】
さらに上述のように、銅にグラフェンを成膜した場合、銅の触媒活性により良質な単層グラフェンが、銅と高い密着性をもって形成される。このため、基材Ｍを銅からなるものとすることにより、成膜対象物Ｓとの摺動に対して高い耐摩耗性を有する電流端子とすることが可能となる。なお、銅へのグラフェンの成膜は、本技術に係る成膜方法（抵抗加熱によるＣＶＤ）に限られず、種々の方法によってすることができる。
【００９８】
このように、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３を、銅からなる基材Ｍが単層グラフェンからなる被膜Ｇによって被覆された構造（電流端子Ｄ）とすることにより、導電性が高く、摩擦抵抗が小さく、かつ耐摩耗性が高い（即ち、グラフェンの量産に適する）電流端子とすることが可能である。
【００９９】
グラフェン製造装置３００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置３００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置３００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【０１００】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置３００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）である。
【０１０１】
巻出ロール３０８に成膜対象物Ｓのロールをセットし、成膜対象物Ｓの一端を巻取ロール３０７に接続する。これにより図３に示すように、成膜対象物Ｓが第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に接触する。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅３００ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【０１０２】
続いて、真空ポンプ３０６により真空チャンバ３０１内を真空排気する。その後、ガス導入部３０５により炭素源ガス及び水素ガスを導入する。例えば、メタンガスをメタン分圧１Ｔｏｒｒとなるまで、水素ガスを水素分圧１Ｔｏｒｒとなるまで導入するものとすることができる。メタンガス及び水素ガスの分圧は特に限定されないが、ともに１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。
【０１０３】
電源３０４により第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に電流を印加する。印加する電流は例えば１０００Ａとすることができる。電流は第１電流端子３０２と第２電流端子１０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓの、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３によって挟まれている領域が加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓが昇温されると、上記水素ガスにより成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【０１０４】
さらに成膜対象物Ｓが昇温され、グラフェンの生成温度となった状態で、炭素源ガスが成膜対象物Ｓの表面に接触して分解される。成膜対象物Ｓの触媒活性により成膜対象物Ｓの第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に挟まれている領域においてグラフェンが生成される。
【０１０５】
ここで、成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度となった時点で巻取ロール３０７の回転を開始させ、即ち、成膜対象物Ｓのロールツーロール搬送を開始するものとすることができる。例えば、巻取張力を１０Ｎ、搬送速度を１ｍ／ｍｉｎとすることができる。
【０１０６】
これにより、成膜対象物Ｓのうち、新たに第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に挟まれた領域が抵抗加熱されてグラフェンが生成される。以降、ロールツーロール搬送により順次、成膜対象物Ｓにグラフェンが生成されていく。例えば、成膜対象物Ｓを銅箔とし、上記条件においてグラフェンの成膜を行うと、９５％以上の被覆率で単層グラフェンを生成させることが可能である。
【０１０７】
ここで、成膜対象物Ｓと第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３の接触が悪化した場合には抵抗が大幅に上昇するため、抵抗値のログを収集しておくことにより成膜対象物Ｓにおいて成膜時に問題が生じた箇所を後で特定することも可能である。
【０１０８】
成膜対象物Ｓの全部のロールツーロール搬送が完了した後、電源３０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。なお、成膜対象物Ｓは加熱区間から離れると順次冷却され、巻取ロール３０７に巻回されたものはそれほど高温とはならないため、成膜終了後には冷却を待つ必要がない場合もある。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【０１０９】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、ロールツーロール搬送により、大面積の成膜対象物Ｓに対してグラフェンを成膜することが可能であり、即ち一回の製造プロセスで多量のグラフェンを製造することが可能となる。
【０１１０】
（第４の実施形態）
本技術の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態において第２の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第２の実施形態と同様に大気圧ＣＶＤによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第２の実施形態と異なる。
【０１１１】
図４は、本実施形態に係るグラフェン製造装置４００を示す模式図である。図４に示すように、グラフェン製造装置４００は、チャンバ４０１、第１電流端子４０２、第２電流端子４０３、電源４０４、ガス導入部４０５、ガス排気部４０６、巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８を有する。巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８には成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はチャンバ４０１に収容されている。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はそれぞれ電源４０４に接続されている。ガス導入部４０５及びガス排気部４０６はチャンバ４０１に接続されている。巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８はそれぞれチャンバ４０１の外部に設けられている。
【０１１２】
チャンバ４０１は、チャンバ内を陽圧（大気圧より若干高い圧力）とすることが可能な陽圧チャンバとすることができる。チャンバ４０１には、チャンバ内とチャンバ外を連通させる開口４０１ａ及び４０１ｂが設けられている。開口４０１ａ及び開口４０１ｂは、巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８によって搬送される成膜対象物Ｓが通過するための開口である。
【０１１３】
電源４０４、ガス導入部４０５については第２の実施形態と同様の構成とすることができる。
【０１１４】
巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８にセットされる成膜対象物Ｓは、第２の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。特に本実施形態に係る成膜対象物Ｓは、ロール状に巻回できる程度の長さを有するものである。
【０１１５】
巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８は、ロールツーロール機構を構成する。具体的には、ロール状の成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８にセットされ、その一端が巻取ロール３０７に接続される。巻取ロール４０７が回転動力により能動的に回転すると、巻取ロール４０７に成膜対象称物Ｓが巻回されることにより、巻出ロール４０８が従動的に回転し、成膜対象物Ｓが巻出ロール４０８から巻取ロール４０７に搬送されるものとすることができる。巻出ロール４０８に巻回されていた成膜対象物Ｓは、開口４０１ａを通過してチャンバ４０１内に入り、開口４０１ｂを通過してチャンバ４０１から出、巻取ロール４０７に巻回される。
【０１１６】
第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はそれぞれ成膜対象物Ｓに接触する。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３は、第３の実施形態において説明した電流端子Ｄ（図５参照）を用いることができる。
【０１１７】
グラフェン製造装置４００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置４００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置４００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【０１１８】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置４００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧ＣＶＤである。
【０１１９】
巻出ロール４０８に成膜対象物Ｓのロールをセットし、成膜対象物Ｓの一端をチャンバ４０１内を解して巻取ロール４０７に接続する。これにより図４に示すように、成膜対象物Ｓが第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に接触する。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅３００ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【０１２０】
続いて、ガス導入部４０５から不活性ガス、水素ガス及び炭素源ガスをチャンバ４０１内に導入する。例えば、アルゴン、水素及びメタンの混合ガスを導入するものとすることができる。メタンガス濃度は１ｐｐｍから５．３％の範囲が好適であり、水素ガス濃度は１ｐｐｍから４％の濃度が好適である。このガスにより、チャンバ４０１内の酸素濃度及び水蒸気濃度を低下させることができる。ここで、本実施形態においては、導入するガスの流量を調整し、チャンバ４０１内の圧力を大気圧より若干高い圧力（陽圧）とする。これにより、導入されたガスが開口４０１ａ及び４０１ｂから噴出し、大気のチャンバ４０１内への進入を防止することができる。
【０１２１】
電源４０４により第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に電流を印加する。印加する電流は例えば１０００Ａとすることができる。電流は第１電流端子４０２と第２電流端子４０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓの、第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３によって挟まれている領域が加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓが昇温されると、上記水素ガスにより成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【０１２２】
さらに成膜対象物Ｓが昇温され、グラフェンの生成温度となった状態で、炭素源ガスが成膜対象物Ｓの表面に接触して分解される。成膜対象物Ｓの触媒活性により成膜対象物Ｓの第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に挟まれている領域においてグラフェンが生成される。
【０１２３】
ここで、成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度となった時点で巻取ロール４０７の回転を開始させ、即ち、成膜対象物Ｓのロールツーロール搬送を開始するものとすることができる。例えば、巻取張力を１０Ｎ、搬送速度を１ｍ／ｍｉｎとすることができる。
【０１２４】
これにより、成膜対象物Ｓのうち、新たに第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に挟まれた領域が抵抗加熱されてグラフェンが生成される。以降、ロールツーロール搬送により順次、成膜対象物Ｓにグラフェンが生成されていく。特に、成膜対象物Ｓが銅である場合には、銅の触媒活性により均一に単層グラフェンが生成される。
【０１２５】
ここで、成膜対象物Ｓと第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３の接触が悪化した場合には抵抗が大幅に上昇するため、抵抗値のログを収集しておくことにより成膜対象物Ｓにおいて成膜時に問題が生じた箇所を後で特定することも可能である。
【０１２６】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、ロールツーロール搬送により、大面積の成膜対象物Ｓに対してグラフェンを成膜することが可能である。さらに、本実施形態においては、チャンバ内を真空環境としないため、そのための設備が不要である。このため、本実施形態においては、低コストでグラフェンを量産することが可能である。
【０１２７】
（変形例）
本技術は上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。以下、上記各実施形態の変形例について説明する。
【０１２８】
＜グラフェンの原料について＞
第１乃至第４の実施形態において、グラフェンの原料（炭素源物質）としてチャンバ内に炭素源ガスを導入するものとしたが、炭素源ガスを導入する替わりに液体又は固体の物質を用いることも可能である。炭素源物質が液体又は固体であっても、チャンバ内が減圧あるいは昇温された際に蒸発するものであればよい。例えば、容器に液体又は固体の炭素源物質を収容してチャンバ内に載置しておくことも可能である。
【０１２９】
さらに、予め成膜対象物に積層された炭素原子を有するポリマーを炭素源物質とすることができる。このようなポリマーとしてはポリメタクリル酸メチル（Poly(methyl methacrylate)やポリスチレンが挙げられる。成膜対象物Ｓが加熱されると、これらのポリマーが分解されてグラフェンの原料となる。
【０１３０】
＜電流端子について＞
第１及び第２の実施形態において、第１電流端子及び第２電流端子とは別の部材によって成膜対象物Ｓを支持するものとすることも可能である。また、第３の実施形態において、巻取ロール及び巻出ロール自体を電源に接続し、第１電流端子及び第２電流端子として用いることも可能である。さらに電流端子を複数本用いて、温度が異なる加熱区間を複数ヶ所も受けることでアニール区間、成膜区間、徐冷区間などに分離してもよい。
【０１３１】
＜炭素源ガスのプラズマ化について＞
第１及び第３の実施形態において、真空チャンバ内に供給された炭素源ガスをプラズマ化してグラフェンの原料とすることも可能である。例えば、成膜対象物と平行に高周波電極を配置し、炭素源ガスに高周波電圧を印加してプラズマ化させることができる。炭素源ガスのプラズマが高温となるため、成膜対象物に印加する電流を小さくすることができ、またグラフェンの成膜速度も高速化することが可能である。グラフェン成膜条件は例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ、出力５００Ｗ、メタンガス圧力０．１Ｔｏｒｒとすることができる。
【０１３２】
＜補助加熱について＞
第１乃至第４の実施形態において、成膜対象物を抵抗加熱により加熱するものとしたが、これに加えて電磁波照射（輻射、レーザ照射、ランプ照射等）によって補助的に加熱してもよい。特にセラミックヒータやハロゲンランプによる赤外線加熱は有効である。これにより、成膜対象物に印加する電流を低減させ、成膜対象物の昇温に要する時間も短縮することが可能となる。例えば、成膜対象物が銅箔である場合に、平行平板型セラミックヒータを銅箔の上部と下部に設置し、当該ヒータを５００℃に昇温すると、成膜対象物を１０００℃に加熱するために要する電流が４０Ａから３５Ａに減少する。さらに、成膜対象物を９００℃まで昇温するために要する時間も８秒から７秒に短縮することが可能である。
【０１３３】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
【０１３４】
（１）
導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させ、
上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法。
【０１３５】
（２）
上記（１）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は銅からなる
グラフェンの製造方法。
【０１３６】
（３）
上記（１）又は（２）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は箔である
グラフェンの製造方法。
【０１３７】
（４）
上記（１）から（３）のいずれかに記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって上記成膜対象物を搬送しながら、上記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。
【０１３８】
（５）
上記（１）から（４）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、上記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。
【０１３９】
（６）
上記（１）から（５）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物に上記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された上記炭素源物質を上記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。
【０１４０】
（７）
チャンバと、
上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する第１の電流端子と、
上記チャンバ内に、上記第１の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する第２の電流端子と、
上記第１の電流端子と上記第２の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備するグラフェン製造装置。
【０１４１】
（８）
上記（７）に記載のグラフェン製造装置であって、
上記成膜対象物を上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。
【０１４２】
（９）
上記（７）又は（８）に記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは真空チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。
【０１４３】
（１０）
上記（７）から（９）のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは陽圧チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。
【０１４４】
（１１）
上記（７）から（１０）のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造措置。
【符号の説明】
【０１４５】
１０１、２０１、３０１、４０１…チャンバ
１０２、２０２、３０２、４０２…第１の電流端子
１０３、２０３、３０３、４０３…第２の電流端子
１０４、２０４、３０４、４０４…電源
３０７、３０８、４０７、４０８…ロールツーロール機構
Ｓ…成膜対象物
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電子材料や電極材料等に用いられるグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは炭素原子が六角形格子構造に配列したシート状の物質であり、電子材料や電極材料として近年注目を集めている。グラフェンの製造方法としては、加熱された触媒表面に炭素源物質を供給し、当該触媒表面上にグラフェンを成膜させる化学気相成長法が一般的である。
【０００３】
例えば特許文献１には、基板上に積層されたグラファイト化触媒を加熱しつつ、当該触媒上に炭素源物質を供給し、グラフェンを生成させる「グラフェンシートの製造方法」が開示されている。この製造方法では、グラファイト化触媒にレーザや赤外線等の電磁波を照射してグラファイト化触媒を加熱させる手法が採られている。
【０００４】
また、非特許文献１には、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板上に蒸着されたＮｉ薄膜に電流を印加し、抵抗加熱によって加熱されたＮｉ薄膜に炭素源物質を供給してグラフェンを生成させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０７９２１号公報（段落[００４９]、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Journal of Electronic Materials 39, 2190(2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、グラファイト化触媒の加熱に電磁波照射を利用しているため、グラファイト化触媒のみを局所的に加熱することが困難であり、グラフェン製造装置の他の部材も高温に晒されると考えられる。このため、製造装置を耐熱性の高い材料で構成する必要があり、冷却機構が必要となる等、製造装置が高価なものになると考えられる。さらに、グラファイト化触媒の加熱や冷却に時間を要する、エネルギーの利用効率が低いといった問題も考えられる。
【０００８】
また、非特許文献１に記載の方法では、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板上にＮｉ薄膜を蒸着させる工程が必要となり、また、グラフェンは別の基材（透明絶縁部材等）に転写して利用されることが多いが、そのような転写も困難であると考えられる。さらに、高い耐熱性（１０００℃程度）が必要なＳｉ／ＳｉＯ２基板は高価である、基板のサイズによってＮｉ薄膜（即ちグラフェン生成サイト）のサイズも決定される等の問題も考えられる。
【０００９】
このように、特許文献１や非特許文献１に記載されているようなグラフェンの製造方法は、工業的レベルでグラフェンを量産するに当たり改善の余地があるといえる。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、量産に適したグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェンの製造方法は、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させる。
グラフェンは、上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質から生成される。
【００１２】
この製造方法は、成膜対象物に電流を印加して抵抗加熱により成膜対象物を昇温させるものである。したがって、電磁波照射により成膜対象物を加熱する場合に比べて、成膜対象物以外の部材が高温となることを防止することが可能であるため、耐熱性材料で製造装置を構成する必要がなく、また高いエネルギー効率でグラフェンを製造することが可能である。さらに、成膜対象物をフレキシブルなものとすることにより、大面積の成膜対象物を利用し易く、グラフェンの量産に好適である。
【００１３】
上記成膜対象物は銅からなるものであってもよい。
【００１４】
成膜対象物として銅を用いることにより、銅の触媒活性と低い炭素固溶度によって均一な（欠陥や複層部分が少ない）単層グラフェンを生成させることが可能となる。一方で銅は、放射率（吸収率）が低い、電磁波を吸収しにくい、放射熱損失が少ないといった物性を有し、電磁波照射により加熱することは困難な材料である。ここで、放射熱損失が少ない材料は少ない電力で加熱することができるため、本技術に係る抵抗加熱においては銅を有効に加熱することができる。さらに、銅は、抵抗加熱に適する導電性を有する、融点が高い、コストが安いといった点からも本技術に係る成膜対象物として好適である。
【００１５】
上記成膜対象物は箔であってもよい。
【００１６】
箔はその断面積に対する表面積の割合が大きく、抵抗加熱における消費電力に対してのグラフェンの収率を大きくすることや、より低い印加電流でグラフェンを生成することが可能である。また、成膜対象物を箔とすることにより箔の表裏両面にグラフェンを生成させることが可能となるが、例えば基板上に触媒金属を積層したものを成膜対象物とした場合には、表裏両面にグラフェンを生成させることはできない。
【００１７】
上記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって上記成膜対象物を搬送しながら、上記成膜対象物を加熱してもよい。
【００１８】
本技術においては成膜対象物を導電性を有するフレキシブルなものとするので、巻回することが可能であり、ロールツーロールによって搬送することが可能である。即ち一回の製造プロセスで大面積の成膜対象物に対してグラフェンを成膜させることができるので、グラフェンの量産に適する。
【００１９】
上記成膜対象物を加熱する工程では、上記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱してもよい。
【００２０】
抵抗加熱により加熱される成膜対象物を、補助的に電磁波照射により加熱することにより、成膜対象物に印加する電流を低減させ、成膜対象物の昇温に要する時間も短縮することが可能となる。
【００２１】
上記成膜対象物に上記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された上記炭素源物質を上記成膜対象物に接触させてもよい。
【００２２】
プラズマ化された炭素源物質を用いてグラフェンを生成させる場合、プラズマが高温となるため、成膜対象物に印加する電流を小さくすることができ、またグラフェンの成膜速度も高速化することが可能である。
【００２３】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るグラフェン製造装置は、チャンバと、第１の電流端子と、第２の電流端子と、電源とを具備する。
上記第１の電流端子は、上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する。
上記第２の電流端子は、上記チャンバ内に、上記第１の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する。
上記電源は、上記第１の電流端子と上記第２の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる。
【００２４】
この構成によれば、成膜対象物に電流を印加して抵抗加熱により成膜対象物を加熱することが可能であり、電磁波照射により成膜対象物を加熱する場合に比べて、成膜対象物以外の部材が高温となることが防止される。このため、本グラフェン製造装置は耐熱性材料ではない材料で構成することが可能となり、即ち低コストで製造可能なものとすることができる。
【００２５】
上記グラフェン製造装置は、上記成膜対象物を上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構をさらに具備してもよい。
【００２６】
この構成によれば、成膜対象物をロールツーロールによって搬送することが可能であり、一回の製造プロセスで大面積の成膜対象物に対してグラフェンを成膜させることができる。
【００２７】
上記チャンバは真空チャンバであり、上記ロールツーロール機構は上記真空チャンバ内に配置されていてもよい。
【００２８】
この構成によれば、ロールツーロール機構による搬送を通じて成膜対象物は常に真空チャンバ内に収容されているので、真空チャンバ内への酸素や水蒸気の侵入を防止し、高品質なグラフェンを製造することが可能となる。
【００２９】
上記チャンバは陽圧チャンバであり、上記ロールツーロール機構は上記陽圧チャンバ外に配置されていてもよい。
【００３０】
この構成によれば、陽圧チャンバ（内部を陽圧に維持可能なチャンバ）を用いてグラフェン製造装置を構成することができ、真空チャンバを用いる必要がないので、グラフェン製造装置の製造コストや運転コストを低減させることが可能となる。また、チャンバを陽圧チャンバにすることによって、ロールツーロール機構から搬送される成膜対象物をチャンバ内に連通させる開口からの酸素や水蒸気の侵入を防止し、高品質なグラフェンを製造することが可能となる。
【００３１】
上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されていてもよい。
【００３２】
この構成によれば、銅の触媒活性と低い炭素固溶度により、基材の銅に良質な単層グラフェンが高い密着性をもって形成されるので、第１の電流端子及び第２の電流端子を導電性が高く、摩擦抵抗が小さく、かつ耐摩耗性が高い電流端子とすることが可能であり、即ちグラフェンの量産に適したグラフェン製造装置とすることが可能である。なお、上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、モータにより回転させても、回転させなくてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本技術によれば、量産に適したグラフェンの製造方法及びグラフェン製造装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本技術の第１の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図２】本技術の第２の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図３】本技術の第３の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図４】本技術の第４の実施形態に係るグラフェン製造装置の模式図である。
【図５】本技術の第３及び第４の実施形態に係る電流端子の模式図である。
【図６】グラフェンのラマン分光分析の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るグラフェン製造装置１００を示す模式図である。
【００３６】
グラフェン製造装置１００は、炭素源物質（炭素原子を含む物質）からグラフェンを製造するための装置である。グラフェンとは、互いにｓｐ２結合をした炭素原子により構成される六角形格子構造を有するシート状物質である。
【００３７】
＜グラフェン製造装置の構成＞
図１に示すように、グラフェン製造装置１００は、真空チャンバ１０１、第１電流端子１０２、第２電流端子１０３、電源１０４、ガス導入部１０５及び真空ポンプ１０６を有する。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３には、成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は真空チャンバ１０１に収容され、それぞれ電源１０４に接続されている。ガス導入部１０５及び真空ポンプ１０６は真空チャンバ１０１に接続されている。
【００３８】
真空チャンバ１０１は、内部を真空に維持し、グラフェンの生成が進行する雰囲気を提供する。なお、後述する理由により真空チャンバ１０１は高い耐熱性を要求されないため、耐熱性を有しない真空チャンバを用いることが可能である。
【００３９】
第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は、チャンバ内に互いに離間して配置され、それぞれが成膜対象物Ｓに接触する。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は、電源１０４から導入される電流を成膜対象物Ｓに流すためのものであり、本実施形態においてはさらに成膜対象物Ｓを支持するためのものでもある。第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３は成膜対象物Ｓを挟持すること可能な構造とすることができる。
【００４０】
このような第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３によって、成膜対処物Ｓは真空チャンバ１０１内において「宙づり」の状態で支持される。ここで、グラフェン製造装置１００は第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３によって成膜対象物Ｓを支持するものに限られず、支持用部材（ガイド）によって成膜対象物Ｓを支持するものとすることも可能である。支持用部材は、熱伝導性が低く、耐熱性が高く、絶縁性の良い材料、例えば石英等が好適である。
【００４１】
電源１０４は、第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に電流を導入する。電源１０４は直流電源であってもよく、交流電源であってもよい。電源１０４の容量等は特に限定されないが、後述するように成膜対象物Ｓを抵抗加熱により所定の温度まで加熱する必要があるため、電源容量が大きいほうが昇温に必要な時間が短く、グラフェンの量産に適する。例えば成膜対象物Ｓが銅箔である場合、１０００℃に加熱するのに必要な電流密度は１０８Ａ／ｍ２であるから、銅箔が厚み８μｍ、幅１ｍであるものとすると必要な電流は８００Ａとなる。
【００４２】
ガス導入部１０５は、真空チャンバ１０１内に各種ガスを導入する。具体的にはガス導入部１０５は、成膜対象物Ｓのアニールに使用する水素ガスと、グラフェンの原料となる炭素源ガスを導入するものとすることができる。炭素源ガスは炭素原子を含む分子からなるガス（真空環境下で気相となるもの）であり、具体的には、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、アセチレン、エチレン、プロピレン、エタノール、ブタジエン、ペンテン、シクロペンタジエン、シクロへキサン、ベンゼン、トルエン等から選択することができる。
【００４３】
グラフェン製造装置１００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置１００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない（例えば２００℃以下）。したがって、グラフェン製造装置１００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【００４４】
＜成膜対象物について＞
本技術において製造されるグラフェンは成膜対象物Ｓ上に成膜されることによって生成する。成膜対象物Ｓは、導電性を有し、かつフレキシブルなものとすることができる。後述するように、本技術においては成膜対象物Ｓに電流を印加し、それによって成膜対象物Ｓを加熱（抵抗加熱）するものであるから、成膜対象物Ｓは導電性を有するものである必要がある。
【００４５】
また、成膜対象物Ｓは、フレキシブルな（柔軟性を有する）ものとすることができる。成膜対象物Ｓをフレキシブルなものとすることにより取り扱いが容易となり、グラフェンの量産に適する。特に、成膜対象物Ｓをフレキシブルなものとすることにより、後述するロールツーロールが適用できる点が好適である。
【００４６】
さらに、成膜対象物Ｓは、加熱によってグラフェンの生成温度（例えば銅の場合で８００℃）以上に加熱されるものであるから、その温度に耐えられるものである必要がある。加えて、グラフェンは、成膜対象物Ｓの表面において生成されるものであるため、成膜対象物Ｓはグラフェン触媒活性を有する材料からなるものとする必要がある。
【００４７】
このような成膜対象物Ｓの材料としては、合金を含む金属から選択することができる。具体的には、成膜対象物Ｓは、銅（Ｃｕ）、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）等の純金属又はこれらの合金からなるものとすることができる。
【００４８】
上記各種金属の中で、銅が最も好適である。銅の触媒活性と低い炭素固溶度により、銅表面において良質な「単層グラフェン」が形成されるからである。単層グラフェンは、単層、即ちグラフェンシートが２層以上に積層されていないグラフェンである。
【００４９】
成膜対象物Ｓ上に形成されたグラフェンは、例えばガラス基板等に転写され、透明導電膜等として利用されるが、グラフェンシートが複層になっている領域が存在すると、その領域で光透過性が損なわれる。また、グラフェンシートが複層となっていると、グラフェンシート間の層間結合は弱いため剥がれ易く、ダスト等の問題が生じる。銅はその化学的性質によりグラフェンの密着性が大きく、炭素を固溶しにくいことから、単層で均一な（欠陥や複層部分が少ない）グラフェンを得ることが可能である。
【００５０】
加えて、銅は各種金属の中でも、抵抗加熱に適する導電性を有し、融点が高く、コストも小さいことからも成膜対象物Ｓの材料として適する。
【００５１】
成膜対象物Ｓはフレキシブルなものと説明したが、このようなものとして金属の「箔」、「線」あるいは「メッシュ」等を挙げることができる。この中でも成膜対象物Ｓとして箔が最も好適である。箔は大面積のシート状グラフェン膜を得ることができるだけでなく、その断面積に対する表面積の割合が大きく、抵抗加熱における消費電力に対してのグラフェンの収率が大きいからである。また、成膜対象物Ｓを箔とすることにより、箔の表裏両面にグラフェンを生成させることが可能となるが、例えば基板上に触媒金属を積層したものを成膜対象物とした場合には、表裏両面にグラフェンを生成させることはできない。
【００５２】
以上のように、成膜対象物Ｓは、材料としては銅が好適であり形状としては箔が好適であるので、「銅箔」が最も好適である。銅箔の厚さ、幅、長さ等は特に限定されないが、銅箔の厚さは抵抗加熱の消費電力や印加電流を抑える点からは薄い方が好適であるが、薄過ぎると強度の点から問題があるため、１μｍ以上１００μｍ以下の厚さ、特に５μｍ以上５０μｍ以下の厚さが好適である。
【００５３】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置１００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）である。
【００５４】
真空チャンバ１０１に成膜対象物Ｓをセットする。図１に示すように、成膜対象物Ｓを第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に接触させる。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅１５ｍｍ、長さ２１０ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【００５５】
続いて、真空ポンプ１０６により真空チャンバ１０１内を真空排気し、その後、ガス導入部１０５により真空チャンバ１０１内に水素ガスを導入する。水素ガスは、分圧が０．０１Ｔｏｒｒとなるまで導入するものとすることができる。水素ガスの分圧は特に限定されないが、１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。
【００５６】
電源１０４により第１電流端子１０２及び第２電流端子１０３に電流を印加する。印加する電流は例えば４０Ａとすることができる。電流は第１電流端子１０２と第２電流端子１０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓが加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓの温度が所定温度（例えば１０００℃）となった状態で所定時間（例えば５分間）維持する。これにより、成膜対象物Ｓ（空気中で酸化されている）が還元される。以下、この成膜対象物Ｓの還元のための加熱を「アニール」とする。
【００５７】
続いて、成膜対象物Ｓ上にグラフェンを生成させる。この際、上記アニールにおいて成膜対象物Ｓがグラフェンの生成温度以上の温度となっている場合は、そのままグラフェンの生成に移行することができる。成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度より低い場合には、グラフェンの生成温度以上となるまで加熱する。
【００５８】
成膜対象物Ｓの加熱温度は４００℃以上、特に８００℃以上が好適である。したがって、成膜対象物Ｓを銅からなるものとする場合、８００℃以上１０８４℃（銅の融点）の温度範囲が好適である。
【００５９】
続いて、ガス導入部１０５から炭素源ガスを真空チャンバ１０１内に導入する。例えば炭素源ガスとしてメタンを、分圧が０．３Ｔｏｒｒとなるまで導入することができる。メタンガスの分圧は特に限定されないが、１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。真空チャンバ１０１内に導入された炭素源ガスは、成膜対象物Ｓの表面に接触するとその熱により分解され、成膜対象物Ｓの触媒活性によりグラフェンが生成される。このグラフェンの生成は、例えば１０分間行うものとすることができる。
【００６０】
電源１０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【００６１】
なお、上記説明では、アニール終了後に炭素源ガスを真空チャンバ１０１に導入し、グラフェンを生成させるものとしたが、アニール開始前に水素ガス及び炭素源ガスを真空チャンバ１０１に導入してもよい。成膜対象物Ｓの還元はグラフェン生成温度より低い温度（例えば３００℃）で進行するため、成膜対象物Ｓをグラフェン生成温度に昇温する過程で成膜対象物Ｓの還元がなされる。
【００６２】
成膜対象物Ｓ上に形成されたグラフェンは、ガラス、石英、プラスチック等に転写することによって透明導電性膜として利用することが可能となる。成膜対象物Ｓとして銅箔を用いた場合、上記のように高品質の単層グラフェンを得ることが可能である。銅箔上に形成され、石英上に転写されたグラフェンを分析すると、波長５５０ｎｍにおける光透過率が９７％、シート抵抗が２００Ω／ｓｑ．であった。
【００６３】
グラフェンの存在はラマン分光分析によってグラフェン特有の振動モードを測定することにより確認することができる。図６は、ラマン分光分析の測定結果を示すグラフである。同図に示すグラフにおいて２７１４ｃｍ−１のピークが単一のローレンツ関数でフィッティングでき、単層グラフェンが生成されていることが確認される。
【００６４】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態では、上記のように成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱するために、抵抗加熱のみを用いている。したがって、成膜対象物以外の部材（チャンバ１０１の内壁等）は比較的低温のまま維持することができる。これによりグラフェン製造装置１００を耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。具体的には、グラフェン製造装置１００をガラス、ステンレス、銅等の比較的安価な材料により製造することが可能となる。即ち、グラフェン製造装置１００のコストを小さいものとすることができる。
【００６５】
また、多くの物質は高温環境下で化学反応性が高まり、劣化を生じる。本実施形態に係るグラフェン製造装置１００においては、このような熱による部材の劣化を防止すること可能であるため、他の加熱方式のグラフェン製造装置に比べて耐久性が高く、メンテナンスの頻度が小さいものとすることが可能である。
【００６６】
成膜対象物として、その触媒活性により銅が好適であると説明したが、銅は放射率（吸収率）が０．０３程度と低く、赤外線等の電磁波を吸収しにくい一方、放射熱損失が少ない。これは電磁波照射による加熱がしにくく、エネルギー利用効率が悪いことを意味する。これに対し、本実施形態のように抵抗加熱により内部から銅を加熱する場合には、銅の放射熱損失が小さいことは少ない電力で所定温度まで加熱できることを意味し、即ち、本実施形態に係る加熱方式は、銅に適した加熱方法である。
【００６７】
成膜対象物に電磁波を照射して加熱する場合、電磁波が成膜対象物以外でも吸収されるため減衰し、あるいは電磁波が成膜対象物により反射されるため、その意味でもエネルギー利用効率が小さい。これに対し、本実施形態に係る加熱方式では、効率よく成膜対象物を加熱することが可能であり、短時間で所定温度まで昇温させることができるため、グラフェン製造プロセスのタクトタイムを短縮させることが可能である。さらには、成膜対象物のみを加熱しているために冷却時間も短く、その点でもタクトタイムを短縮させることができる。
【００６８】
さらに、成膜対象物に電磁波を照射して加熱する場合、成膜対象物と電磁波の照射源との位置関係等により、成膜対象物が均等に加熱されず、グラフェンの品質が低い（欠陥が多い等）ものとなるおそれがある。これに対し、本実施形態に係る加熱方式では、成膜対象物を均等に加熱することができ、温度分布によるグラフェンの品質低下を抑制することが可能である。
【００６９】
本実施形態に係る抵抗加熱のエネルギーは、制御性の高い電流によって直接に成膜対象物に導入されるため、本実施形態に係る加熱方式は成膜対象物の温度を高速かつ正確に制御することが可能である。特に成膜対象物が銅である場合には、銅は熱容量が小さいことからこの効果が顕著である。
【００７０】
さらに、本実施形態に係る加熱方式では、金属の抵抗値は温度に依存することを利用して、成膜対象物に電流を印加しながらその抵抗値（電流の印加と同時に測定が可能）により印加電流をフィードバック制御することも可能である。
【００７１】
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と共通する事項については説明を省略する。第１の実施形態においてはグラフェンの低圧ＣＶＤによる製造について説明したが、本実施形態はグラフェンの大気圧ＣＶＤによる製造に係るものである。
【００７２】
図２は、本実施形態に係るグラフェン製造装置２００を示す模式図である。図２に示すように、グラフェン製造装置２００は、チャンバ２０１、第１電流端子２０２、第２電流端子２０３、電源２０４、ガス導入部２０５及びガス排気部２０６を有する。第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３には、成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３はチャンバ２０１に収容され、それぞれ電源２０４に接続されている。ガス導入部２０５及びガス排気部２０６はチャンバ２０１に接続されている。
【００７３】
チャンバ２０１は、グラフェンの生成が進行する雰囲気を提供する。第１の実施形態と同様に、チャンバ２０１は高い耐熱性を要求されないため、一般的なチャンバを用いることが可能である。さらに、本実施形態では第１の実施形態と異なり、チャンバを真空チャンバとする必要はなく、真空チャンバに比べて低コストな、耐圧性が低いチャンバを用いることが可能である。
【００７４】
第１電流端子２０２、第２電流端子２０３、電源２０４はそれぞれ第１の実施形態において説明したものと同一の構成とすることができる。ただし、大気圧環境においては対流により成膜対象物Ｓの熱が放出されるため、電源２０４は第１の実施形態（真空環境）に比べて多少大きい電流を第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に導入可能なものと必要がある。
【００７５】
ガス導入部１０５は、チャンバ２０１内に各種ガスを導入する。具体的にはガス導入部１０５は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）、水素ガス及び炭素源ガスを導入するものとすることができる。炭素源ガスは炭素原子を含む分子からなるガス（大気圧環境下で気相）であり具体的には、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、エチレン等から選択することができる。
【００７６】
グラフェン製造装置２００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置２００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置２００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【００７７】
グラフェン製造装置２００にセットされる成膜対象物Ｓは、第１の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。
【００７８】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置２００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧ＣＶＤである。
【００７９】
チャンバ２０１に成膜対象物Ｓをセットする。図２に示すように、成膜対象物Ｓを第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に接触させる。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅１５ｍｍ、長さ２１０ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【００８０】
続いて、ガス導入部２０５から不活性ガス及び水素ガスをチャンバ２０１に導入する。例えば、アルゴン及び水素（３．９％）の混合ガスを導入するものとすることができる。水素ガスの濃度は特に限定されないが、１ｐｐｍから４％の範囲が好適である。このガスにより、チャンバ２０１内の酸素濃度及び水蒸気濃度を低下させることができる。
【００８１】
電源２０４により第１電流端子２０２及び第２電流端子２０３に電流を印加する。印加する電流は例えば５０Ａとすることができる。電流は第１電流端子２０２と第２電流端子２０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓが加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓの温度が所定温度（例えば９００℃）となった状態で所定時間（例えば５分間）維持する。これにより、成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【００８２】
続いて、成膜対象物Ｓ上にグラフェンを生成させる。この際、上記アニールにおいて成膜対象物Ｓがグラフェンの生成温度以上の温度となっている場合は、そのままグラフェンの生成に移行することができる。成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度より低い場合には、グラフェンの生成温度以上となるまで加熱する。
【００８３】
続いて、ガス導入部２０５から不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１内に導入する。例えば、アルゴン及びメタン（４％）の混合ガスを、メタン分圧が１００ｐｐｍとなるまで導入するものとすることができる。メタンガスの濃度は特に限定されないが、１ｐｐｍから５．３％の範囲が好適である。
【００８４】
チャンバ２０１内に導入された炭素源ガスは、成膜対象物Ｓの表面に接触するとその熱により分解され、成膜対象物Ｓの触媒活性によりグラフェンが生成される。このグラフェンの生成は、例えば１０分間行うものとすることができる。
【００８５】
電源２０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【００８６】
なお、上記説明では、アニール終了後に不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１に導入し、グラフェンを生成させるものとしたが、アニール開始前に水素ガス、不活性ガス及び炭素源ガスをチャンバ２０１に導入してもよい。成膜対象物Ｓの還元はグラフェン生成温度より低い温度で進行するため、成膜対象物Ｓをグラフェン生成温度に昇温する過程で成膜対象物Ｓの還元がなされる。
【００８７】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、真空環境とするための設備が不要であり、より低コストにグラフェンを量産することが可能である。
【００８８】
（第３の実施形態）
本技術の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第１の実施形態と同様に低圧ＣＶＤによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第１の実施形態と異なる。
【００８９】
図３は、本実施形態に係るグラフェン製造装置３００を示す模式図である。図３に示すように、グラフェン製造装置３００は、真空チャンバ３０１、第１電流端子３０２、第２電流端子３０３、電源３０４、ガス導入部３０５、真空ポンプ３０６、巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８を有する。巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８には成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子３０２、第２電流端子３０３、巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８は真空チャンバ３０１に収容されている。第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３はそれぞれ電源３０４に接続されている。ガス導入部３０５及び真空ポンプ３０６は真空チャンバ３０１に接続されている。
【００９０】
真空チャンバ３０１、電源３０４、ガス導入部３０５及び真空ポンプ３０６については第１の実施形態と同様の構成とすることができる。
【００９１】
巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８にセットされる成膜対象物Ｓは、第１の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。特に本実施形態に係る成膜対象物Ｓは、ロール状に巻回できる程度の長さを有するものである。
【００９２】
巻取ロール３０７及び巻出ロール３０８は、ロールツーロール（roll-to-roll）機構を構成する。具体的には、ロール状の成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８にセットされ、その一端が巻取ロール３０７に接続される。巻取ロール３０７が回転動力により回転すると、巻取ロール３０７に成膜対象称物Ｓが巻回されることにより、巻出ロール３０８が従動的に回転し、成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８から巻取ロール３０７に搬送されるものとすることができる。
【００９３】
第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３はそれぞれ成膜対象物Ｓに接触する。ここで、本実施形態においては、上記ロールツーロール機構により成膜対象物Ｓが搬送されるため、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は移動する成膜対象物Ｓに安定的に接触可能なものである必要がある。
【００９４】
具体的には、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は、導電性材料からなり、少なくとも成膜対象物Ｓと接触する部分が円弧形状であるものとすることができる。導電性材料としてはカーボンや、銅、ステンレス、チタン、タングステン、コバルト、ニッケル又は白金等の純金属あるいはこれらの合金とすることができる。また、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は、上記のような導電性材料からなる回転可能なロールであるものとすることもできる。さらに、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３は次のような構成にすると特に好適である。
【００９５】
図５は、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３として利用することができる電流端子Ｄの構成を示す断面図である。同図に示すように、電流端子Ｄは、基材Ｍが被膜Ｇによって被覆されて構成されている。
【００９６】
基材Ｍは、円筒形状又は少なくとも成膜対象物Ｓと接触する部分が円弧形状を有するものとすることができる。基材Ｍは銅、ニッケル、ステンレス等であるものとすることができるが、後述する理由により銅が特に好適である。被膜Ｇはグラフェンからなるものとすることができる。グラフェンは潤滑性が高く、導電性が高いため、成膜対象物Ｓと摺動接触する電流端子の材料として好適である。
【００９７】
さらに上述のように、銅にグラフェンを成膜した場合、銅の触媒活性により良質な単層グラフェンが、銅と高い密着性をもって形成される。このため、基材Ｍを銅からなるものとすることにより、成膜対象物Ｓとの摺動に対して高い耐摩耗性を有する電流端子とすることが可能となる。なお、銅へのグラフェンの成膜は、本技術に係る成膜方法（抵抗加熱によるＣＶＤ）に限られず、種々の方法によってすることができる。
【００９８】
このように、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３を、銅からなる基材Ｍが単層グラフェンからなる被膜Ｇによって被覆された構造（電流端子Ｄ）とすることにより、導電性が高く、摩擦抵抗が小さく、かつ耐摩耗性が高い（即ち、グラフェンの量産に適する）電流端子とすることが可能である。
【００９９】
グラフェン製造装置３００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置３００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置３００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【０１００】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置３００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、真空環境下でグラフェンを生成させる低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）である。
【０１０１】
巻出ロール３０８に成膜対象物Ｓのロールをセットし、成膜対象物Ｓの一端を巻取ロール３０７に接続する。これにより図３に示すように、成膜対象物Ｓが第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に接触する。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅３００ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【０１０２】
続いて、真空ポンプ３０６により真空チャンバ３０１内を真空排気する。その後、ガス導入部３０５により炭素源ガス及び水素ガスを導入する。例えば、メタンガスをメタン分圧１Ｔｏｒｒとなるまで、水素ガスを水素分圧１Ｔｏｒｒとなるまで導入するものとすることができる。メタンガス及び水素ガスの分圧は特に限定されないが、ともに１０−４Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲が好適である。
【０１０３】
電源３０４により第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に電流を印加する。印加する電流は例えば１０００Ａとすることができる。電流は第１電流端子３０２と第２電流端子１０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓの、第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３によって挟まれている領域が加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓが昇温されると、上記水素ガスにより成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【０１０４】
さらに成膜対象物Ｓが昇温され、グラフェンの生成温度となった状態で、炭素源ガスが成膜対象物Ｓの表面に接触して分解される。成膜対象物Ｓの触媒活性により成膜対象物Ｓの第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に挟まれている領域においてグラフェンが生成される。
【０１０５】
ここで、成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度となった時点で巻取ロール３０７の回転を開始させ、即ち、成膜対象物Ｓのロールツーロール搬送を開始するものとすることができる。例えば、巻取張力を１０Ｎ、搬送速度を１ｍ／ｍｉｎとすることができる。
【０１０６】
これにより、成膜対象物Ｓのうち、新たに第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３に挟まれた領域が抵抗加熱されてグラフェンが生成される。以降、ロールツーロール搬送により順次、成膜対象物Ｓにグラフェンが生成されていく。例えば、成膜対象物Ｓを銅箔とし、上記条件においてグラフェンの成膜を行うと、９５％以上の被覆率で単層グラフェンを生成させることが可能である。
【０１０７】
ここで、成膜対象物Ｓと第１電流端子３０２及び第２電流端子３０３の接触が悪化した場合には抵抗が大幅に上昇するため、抵抗値のログを収集しておくことにより成膜対象物Ｓにおいて成膜時に問題が生じた箇所を後で特定することも可能である。
【０１０８】
成膜対象物Ｓの全部のロールツーロール搬送が完了した後、電源３０４による電流の印加及び炭素源ガスの導入を停止し、成膜対象物Ｓを冷却する。なお、成膜対象物Ｓは加熱区間から離れると順次冷却され、巻取ロール３０７に巻回されたものはそれほど高温とはならないため、成膜終了後には冷却を待つ必要がない場合もある。これにより、グラフェンが成膜された成膜対象物Ｓを得ることが可能となる。
【０１０９】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、ロールツーロール搬送により、大面積の成膜対象物Ｓに対してグラフェンを成膜することが可能であり、即ち一回の製造プロセスで多量のグラフェンを製造することが可能となる。
【０１１０】
（第４の実施形態）
本技術の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態において第２の実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態においては第２の実施形態と同様に大気圧ＣＶＤによりグラフェンを製造するものであるが、ロールツーロール機構を有する点で第２の実施形態と異なる。
【０１１１】
図４は、本実施形態に係るグラフェン製造装置４００を示す模式図である。図４に示すように、グラフェン製造装置４００は、チャンバ４０１、第１電流端子４０２、第２電流端子４０３、電源４０４、ガス導入部４０５、ガス排気部４０６、巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８を有する。巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８には成膜対象物Ｓがセットされている。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はチャンバ４０１に収容されている。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はそれぞれ電源４０４に接続されている。ガス導入部４０５及びガス排気部４０６はチャンバ４０１に接続されている。巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８はそれぞれチャンバ４０１の外部に設けられている。
【０１１２】
チャンバ４０１は、チャンバ内を陽圧（大気圧より若干高い圧力）とすることが可能な陽圧チャンバとすることができる。チャンバ４０１には、チャンバ内とチャンバ外を連通させる開口４０１ａ及び４０１ｂが設けられている。開口４０１ａ及び開口４０１ｂは、巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８によって搬送される成膜対象物Ｓが通過するための開口である。
【０１１３】
電源４０４、ガス導入部４０５については第２の実施形態と同様の構成とすることができる。
【０１１４】
巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８にセットされる成膜対象物Ｓは、第２の実施形態と同様に導電性を有するフレキシブルなものすることができ、特に銅箔が好適である。特に本実施形態に係る成膜対象物Ｓは、ロール状に巻回できる程度の長さを有するものである。
【０１１５】
巻取ロール４０７及び巻出ロール４０８は、ロールツーロール機構を構成する。具体的には、ロール状の成膜対象物Ｓが巻出ロール３０８にセットされ、その一端が巻取ロール３０７に接続される。巻取ロール４０７が回転動力により能動的に回転すると、巻取ロール４０７に成膜対象称物Ｓが巻回されることにより、巻出ロール４０８が従動的に回転し、成膜対象物Ｓが巻出ロール４０８から巻取ロール４０７に搬送されるものとすることができる。巻出ロール４０８に巻回されていた成膜対象物Ｓは、開口４０１ａを通過してチャンバ４０１内に入り、開口４０１ｂを通過してチャンバ４０１から出、巻取ロール４０７に巻回される。
【０１１６】
第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３はそれぞれ成膜対象物Ｓに接触する。第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３は、第３の実施形態において説明した電流端子Ｄ（図５参照）を用いることができる。
【０１１７】
グラフェン製造装置４００は以上のような構成を有するものとすることができる。グラフェン製造装置４００においては抵抗加熱により成膜対象物Ｓを加熱するものであり、成膜対象物Ｓ以外の部分はそれほど高温にならない。したがって、グラフェン製造装置４００は、耐熱性に係わらずに選択された材料からなるものとすることができる。
【０１１８】
＜グラフェンの製造方法＞
グラフェン製造装置４００を用いたグラフェンの製造方法について説明する。本実施形態のグラフェンの製造方法は、大気圧環境下でグラフェンを生成させる大気圧ＣＶＤである。
【０１１９】
巻出ロール４０８に成膜対象物Ｓのロールをセットし、成膜対象物Ｓの一端をチャンバ４０１内を解して巻取ロール４０７に接続する。これにより図４に示すように、成膜対象物Ｓが第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に接触する。例えば、成膜対象物Ｓは、厚み３５μｍ、幅３００ｍｍの銅箔であるものとすることができる。
【０１２０】
続いて、ガス導入部４０５から不活性ガス、水素ガス及び炭素源ガスをチャンバ４０１内に導入する。例えば、アルゴン、水素及びメタンの混合ガスを導入するものとすることができる。メタンガス濃度は１ｐｐｍから５．３％の範囲が好適であり、水素ガス濃度は１ｐｐｍから４％の濃度が好適である。このガスにより、チャンバ４０１内の酸素濃度及び水蒸気濃度を低下させることができる。ここで、本実施形態においては、導入するガスの流量を調整し、チャンバ４０１内の圧力を大気圧より若干高い圧力（陽圧）とする。これにより、導入されたガスが開口４０１ａ及び４０１ｂから噴出し、大気のチャンバ４０１内への進入を防止することができる。
【０１２１】
電源４０４により第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に電流を印加する。印加する電流は例えば１０００Ａとすることができる。電流は第１電流端子４０２と第２電流端子４０３の間で成膜対象物Ｓを通じて流れ、この電流により成膜対象物Ｓの、第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３によって挟まれている領域が加熱（抵抗加熱）される。成膜対象物Ｓが昇温されると、上記水素ガスにより成膜対象物Ｓが還元（アニール）される。
【０１２２】
さらに成膜対象物Ｓが昇温され、グラフェンの生成温度となった状態で、炭素源ガスが成膜対象物Ｓの表面に接触して分解される。成膜対象物Ｓの触媒活性により成膜対象物Ｓの第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に挟まれている領域においてグラフェンが生成される。
【０１２３】
ここで、成膜対象物Ｓの温度がグラフェンの生成温度となった時点で巻取ロール４０７の回転を開始させ、即ち、成膜対象物Ｓのロールツーロール搬送を開始するものとすることができる。例えば、巻取張力を１０Ｎ、搬送速度を１ｍ／ｍｉｎとすることができる。
【０１２４】
これにより、成膜対象物Ｓのうち、新たに第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３に挟まれた領域が抵抗加熱されてグラフェンが生成される。以降、ロールツーロール搬送により順次、成膜対象物Ｓにグラフェンが生成されていく。特に、成膜対象物Ｓが銅である場合には、銅の触媒活性により均一に単層グラフェンが生成される。
【０１２５】
ここで、成膜対象物Ｓと第１電流端子４０２及び第２電流端子４０３の接触が悪化した場合には抵抗が大幅に上昇するため、抵抗値のログを収集しておくことにより成膜対象物Ｓにおいて成膜時に問題が生じた箇所を後で特定することも可能である。
【０１２６】
以上のようにしてグラフェンを製造することができる。本実施形態においては、ロールツーロール搬送により、大面積の成膜対象物Ｓに対してグラフェンを成膜することが可能である。さらに、本実施形態においては、チャンバ内を真空環境としないため、そのための設備が不要である。このため、本実施形態においては、低コストでグラフェンを量産することが可能である。
【０１２７】
（変形例）
本技術は上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。以下、上記各実施形態の変形例について説明する。
【０１２８】
＜グラフェンの原料について＞
第１乃至第４の実施形態において、グラフェンの原料（炭素源物質）としてチャンバ内に炭素源ガスを導入するものとしたが、炭素源ガスを導入する替わりに液体又は固体の物質を用いることも可能である。炭素源物質が液体又は固体であっても、チャンバ内が減圧あるいは昇温された際に蒸発するものであればよい。例えば、容器に液体又は固体の炭素源物質を収容してチャンバ内に載置しておくことも可能である。
【０１２９】
さらに、予め成膜対象物に積層された炭素原子を有するポリマーを炭素源物質とすることができる。このようなポリマーとしてはポリメタクリル酸メチル（Poly(methyl methacrylate)やポリスチレンが挙げられる。成膜対象物Ｓが加熱されると、これらのポリマーが分解されてグラフェンの原料となる。
【０１３０】
＜電流端子について＞
第１及び第２の実施形態において、第１電流端子及び第２電流端子とは別の部材によって成膜対象物Ｓを支持するものとすることも可能である。また、第３の実施形態において、巻取ロール及び巻出ロール自体を電源に接続し、第１電流端子及び第２電流端子として用いることも可能である。さらに電流端子を複数本用いて、温度が異なる加熱区間を複数ヶ所も受けることでアニール区間、成膜区間、徐冷区間などに分離してもよい。
【０１３１】
＜炭素源ガスのプラズマ化について＞
第１及び第３の実施形態において、真空チャンバ内に供給された炭素源ガスをプラズマ化してグラフェンの原料とすることも可能である。例えば、成膜対象物と平行に高周波電極を配置し、炭素源ガスに高周波電圧を印加してプラズマ化させることができる。炭素源ガスのプラズマが高温となるため、成膜対象物に印加する電流を小さくすることができ、またグラフェンの成膜速度も高速化することが可能である。グラフェン成膜条件は例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ、出力５００Ｗ、メタンガス圧力０．１Ｔｏｒｒとすることができる。
【０１３２】
＜補助加熱について＞
第１乃至第４の実施形態において、成膜対象物を抵抗加熱により加熱するものとしたが、これに加えて電磁波照射（輻射、レーザ照射、ランプ照射等）によって補助的に加熱してもよい。特にセラミックヒータやハロゲンランプによる赤外線加熱は有効である。これにより、成膜対象物に印加する電流を低減させ、成膜対象物の昇温に要する時間も短縮することが可能となる。例えば、成膜対象物が銅箔である場合に、平行平板型セラミックヒータを銅箔の上部と下部に設置し、当該ヒータを５００℃に昇温すると、成膜対象物を１０００℃に加熱するために要する電流が４０Ａから３５Ａに減少する。さらに、成膜対象物を９００℃まで昇温するために要する時間も８秒から７秒に短縮することが可能である。
【０１３３】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
【０１３４】
（１）
導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させ、
上記成膜対象物に電流を印加して上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において上記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法。
【０１３５】
（２）
上記（１）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は銅からなる
グラフェンの製造方法。
【０１３６】
（３）
上記（１）又は（２）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物は箔である
グラフェンの製造方法。
【０１３７】
（４）
上記（１）から（３）のいずれかに記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって上記成膜対象物を搬送しながら、上記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。
【０１３８】
（５）
上記（１）から（４）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物を加熱する工程では、上記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。
【０１３９】
（６）
上記（１）から（５）に記載のグラフェンの製造方法であって、
上記成膜対象物に上記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された上記炭素源物質を上記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。
【０１４０】
（７）
チャンバと、
上記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する第１の電流端子と、
上記チャンバ内に、上記第１の電流端子と離間して配置され、上記成膜対象物に接触する第２の電流端子と、
上記第１の電流端子と上記第２の電流端子の間に電流を印加し、上記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって上記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備するグラフェン製造装置。
【０１４１】
（８）
上記（７）に記載のグラフェン製造装置であって、
上記成膜対象物を上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。
【０１４２】
（９）
上記（７）又は（８）に記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは真空チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。
【０１４３】
（１０）
上記（７）から（９）のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記チャンバは陽圧チャンバであり、
上記ロールツーロール機構は、上記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。
【０１４４】
（１１）
上記（７）から（１０）のいずれかに記載のグラフェン製造装置であって、
上記第１の電流端子及び上記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造措置。
【符号の説明】
【０１４５】
１０１、２０１、３０１、４０１…チャンバ
１０２、２０２、３０２、４０２…第１の電流端子
１０３、２０３、３０３、４０３…第２の電流端子
１０４、２０４、３０４、４０４…電源
３０７、３０８、４０７、４０８…ロールツーロール機構
Ｓ…成膜対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させ、
前記成膜対象物に電流を印加して前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において前記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物は銅からなる
グラフェンの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物は箔である
グラフェンの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって前記成膜対象物を搬送しながら、前記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のグラフェン製造方法であって、
前記成膜対象物を加熱する工程では、前記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物に前記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された前記炭素源物質を前記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。
【請求項７】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する第１の電流端子と、
前記チャンバ内に、前記第１の電流端子と離間して配置され、前記成膜対象物に接触する第２の電流端子と、
前記第１の電流端子と前記第２の電流端子の間に電流を印加し、前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備するグラフェン製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載のグラフェン製造装置であって、
前記成膜対象物を前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。
【請求項９】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは真空チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは陽圧チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造装置。
【請求項１】
導電性を有するフレキシブルな成膜対象物の表面に炭素源物質を接触させ、
前記成膜対象物に電流を印加して前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において前記炭素源物質からグラフェンを生成させる
グラフェンの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物は銅からなる
グラフェンの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物は箔である
グラフェンの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物を加熱する工程では、ロールツーロールによって前記成膜対象物を搬送しながら、前記成膜対象物を加熱する
グラフェンの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のグラフェン製造方法であって、
前記成膜対象物を加熱する工程では、前記成膜対象物に電磁波を照射して補助的に加熱する
グラフェンの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のグラフェンの製造方法であって、
前記成膜対象物に前記炭素源物質を接触させる工程では、プラズマ化された前記炭素源物質を前記成膜対象物に接触させる
グラフェンの製造方法。
【請求項７】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、導電性を有するフレキシブルな成膜対象物に接触する第１の電流端子と、
前記チャンバ内に、前記第１の電流端子と離間して配置され、前記成膜対象物に接触する第２の電流端子と、
前記第１の電流端子と前記第２の電流端子の間に電流を印加し、前記成膜対象物をグラフェンの生成温度以上に加熱することによって前記成膜対象物の表面において炭素源物質からグラフェンを生成させる電源と
を具備するグラフェン製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載のグラフェン製造装置であって、
前記成膜対象物を前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子に接触させながら搬送するロールツーロール機構
をさらに具備するグラフェン製造装置。
【請求項９】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは真空チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記真空チャンバ内に配置されている
グラフェン製造装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記チャンバは陽圧チャンバであり、
前記ロールツーロール機構は、前記陽圧チャンバ外に配置されている
グラフェン製造装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のグラフェン製造装置であって、
前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子は、銅からなる基材がグラフェンからなる被膜に被覆されて形成されている
グラフェン製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１４４８４（Ｐ２０１３−１４４８４Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９７８４（Ｐ２０１１−１４９７８４）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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