カーボンナノチューブの配向制御と自己整合型トランジスタへの応用

碳纳米管的取向控制及其在自对准晶体管中的应用

基本信息

批准号：
15656082
负责人：
山田明
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

現在Siに替わる新素材として、カーボンナノチューブ(CNT)が注目されている。これまでCNTのデバイス応用は、CNTを基板上にすくい取り、後から電極等を形成してきた。しかしながらこの手法では、集積化を行なうことが困難である。本研究では、CNTのデバイス応用を目指し、CNTの成長の位置制御、及び配向性制御を目的に研究を進めてきた。昨年度、触媒のパターニングにより、CNTの位置制御が可能であることを見出すとともに、熱フィラメント法を用いることで、基板温度576〜750℃という従来に無い低温度においてCNTが成長可能であることを明らかにした。そこで本年度は、CNTの配向性制御を目的に研究を進めた。CNTの配向性制御として、電界印加効果を用いた。このための電極にはMoを用いた。また、電極間の間隔は2μmとした。このMo電極上に、昨年度開発したFe/Co系触媒をリフトオフ法により塗布し、成長時に電極間に電圧を印加することで、電界が成長に及ぼす効果を調べた。その結果、電界強度0.25V/μmにおいてCNTが電界方向に沿って成長することを新たに見出した。また電界強度0.8V/μmにおいて、ギャップ2μmの電極間の架橋成長に成功した。しかしながら、電界強度を2V/μmまで高めると、電極間にグラファイト状の堆積物が生成することが明らかとなり、印加する電界に最適値があることが分かった。電界により、CNTが電界方向に沿って成長する理由として、CNT自体の誘電現象、及びCNTの先端付近の帯電現象が考えられる。さらに本研究ではCNTの位置制御として、従来のFe/Co触媒に替わり、新しい触媒微粒子を用いることを新たに提案した。初期的段階ながら、新しい触媒微粒子を用いてCNTの成長が可能であること、また触媒の粒径が揃っていることを反映し、得られたCNTの直径が揃っていることを見出した。これら知見は、CNTの新しい成長技術として極めて重要である。

碳纳米管（CNT）作为替代Si的新材料目前备受关注。迄今为止，CNT器件的应用涉及将CNT舀到基板上并随后形成电极等。然而，这种方法很难集成。在本研究中，我们一直在进行旨在控制CNT生长的位置和方向的研究，旨在将CNT应用于器件中。去年，我们发现可以通过图案化催化剂来控制CNT的位置，并且还揭示了通过使用热丝方法，可以在576至750摄氏度的前所未有的低基板温度下生长CNT。因此，今年我们进行了旨在控制CNT取向的研究。利用施加电场的效应来控制碳纳米管的取向。为此目的，使用Mo作为电极。另外，电极间的间隔为2μm。采用剥离法将去年开发的 Fe/Co 催化剂应用到该 Mo 电极上，并在生长过程中在电极之间施加电压，以检查电场对生长的影响。结果我们新发现，当电场强度为0.25V/μm时，碳纳米管沿着电场方向生长。我们还在 0.8 V/μm 的电场强度下成功地在间隙为 2 μm 的电极之间生长了桥。然而，当电场强度增加到2V/μm时，很明显电极之间形成了石墨状沉积物，这表明所施加的电场存在最佳值。碳纳米管沿着电场方向生长的可能原因是碳纳米管本身的介电现象和碳纳米管尖端附近的充电现象。此外，在这项研究中，我们新提出使用新型催化剂颗粒来控制碳纳米管的位置，而不是传统的铁/钴催化剂。尽管在早期阶段，我们发现可以使用新的催化剂颗粒来生长碳纳米管，并且所得碳纳米管的直径是均匀的，这反映出催化剂的颗粒尺寸是均匀的。这些发现作为碳纳米管的新生长技术极其重要。