高品質半導体カーボンナノチューブアレイ作製技術の開発と高集積回路への応用

高品质半导体碳纳米管阵列制备技术开发及其在高度集成电路中的应用

基本信息

批准号：
15J07857
负责人：
大塚慶吾
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

カーボンナノチューブ（CNT）をトランジスタなどの電子デバイス中の半導体材料として応用することで、従来の材料と比較して高速・低消費電力の実現したり、透明性・柔軟性などの新しい機能を付加したりすることが期待されている。CNTのポテンシャルを生かすには、電子構造が異なる２つのタイプ（金属型、半導体型）のCNTのうち、半導体型のもののみが高密度に並んだアレイ構造を用意する必要がある。前年度までに有機薄膜と水蒸気によってCNTの燃焼が大きく促進されることを見出し，純度が極めて100%に近い半導体型CNTのアレイ構造を得ることに成功した。そこから多数のトランジスタを作製し、それらの特性が従来手法と比較しても優れていることを確認した。しかし、この手法によって作製されたトランジスタの性能は理論上実現可能なレベルからは大きく見劣りしていた。化学気相成長法による合成段階で得られたCNTの密度や長さが小さく、さらには金属型不純物の初期割合が非常に高かった（~33%）ためであり、現状では合成段階がボトルネックとなっている。そこで当該年度は、1本ずつのCNTの成長機構を改めて詳細に調べることによって、将来的に密度や直径などの均一性を高め、初期の金属型割合を下げることを目的として研究を行った。単結晶基板上で得られるCNTの配向形態を生かしたうえで、合成時に炭素同位体標識を特定のパターンでCNTに組み込むことにより、多数の長尺孤立CNTについての成長過程を合成後に追跡することができるようになった。従来観察が困難であった1本ずつのCNTの成長速度、成長待機時間、成長寿命などを詳細に調べられるようになり、さらなる合成制御の研究を促進するものと期待している。この研究成果について、国内外で学会発表を行うとともに、論文が国際誌に出版された。

通过将碳纳米管（CNT）应用于晶体管等电子设备中的半导体材料，可以预计与常规材料相比，它们将能够实现高速和低功耗，并添加新功能，例如透明度和灵活性。为了充分利用CNT电势，有必要准备一个阵列结构，其中仅半导体类型的CNT在具有不同电子结构（金属类型和半导体类型）的两种类型的CNT中以高密度排列。到上一年，我们发现有机薄膜和水蒸气极大地促进了CNT燃烧，并成功地获得了纯度非常接近100％的半导体CNT的阵列结构。从那里开始制造了大量晶体管，并证实它们的特性优于常规方法。但是，使用该技术制造的晶体管的性能显着较低，远低于理论水平。这是因为化学蒸气沉积在合成阶段获得的CNT的密度和长度很小，并且金属型杂质的初始比例很高（〜33％），目前合成阶段是瓶颈。因此，在这个财政年度，我们进行了研究，目的是将来提高密度和直径的均匀性，并通过详细检查每个CNT的生长机制来降低初始金属类型比率。利用在合成过程中，通过将碳同位素标记纳入特定模式中的CNT中，利用在单晶底物上获得的CNT的方向形态，现在可以遵循合成后许多长期孤立的CNT的生长过程。我们希望，对以前难以观察的每个CNT的增长率，增长等待时间和增长寿命的进一步研究将能够详细研究，并将促进对合成控制的进一步研究。这项研究发现是在日本和国外的学术会议上提出的，这些论文发表在国际期刊上。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Water-assisted burning of metallic single-walled carbon nanotubes triggered by Joule heating or field-emission electron

焦耳热或场发射电子引发的金属单壁碳纳米管的水辅助燃烧

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuko Nakatsuka;Kilian Pollok;Torsten Wieduwilt;Falko Langenhorst;Markus A. Schmidt;Koji Fujita;Shunsuke Murai;Katsuhisa Tanaka;and Lothar Wondraczek;大塚慶吾，下村勇貴，井ノ上泰輝，千足昇平，丸山茂夫
通讯作者：
大塚慶吾，下村勇貴，井ノ上泰輝，千足昇平，丸山茂夫

Tracing growth processes of individual single-walled carbon nanotubes by digital isotope coding

通过数字同位素编码追踪单个单壁碳纳米管的生长过程

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
大塚慶吾;山元隼;井ノ上泰輝;項栄;千足昇平;丸山茂夫
通讯作者：
丸山茂夫

Field emission and anode etching during formation of length-controlled nanogaps in electrical breakdown of horizontally aligned single-walled carbon nanotubes

水平排列单壁碳纳米管电击穿中长度控制纳米间隙形成过程中的场发射和阳极蚀刻

DOI：
10.1039/c6nr05449h
发表时间：
2016
期刊：
Nanoscale
影响因子：
6.7
作者：
K. Otsuka;T. Inoue;Y. Shimomura;S. Chiashi;S. Maruyama
通讯作者：
S. Maruyama

金属単層カーボンナノチューブ選択的燃焼の長尺化

较长长度金属单壁碳纳米管的选择性燃烧

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Nakatsuka;S. Fuhrmann;K. Pollok;F. Langenhorst;K. Fujita;S. Murai;K. Tanaka and L. Wondraczek;大塚慶吾，下村勇貴，井ノ上泰輝，千足昇平，丸山茂夫
通讯作者：
大塚慶吾，下村勇貴，井ノ上泰輝，千足昇平，丸山茂夫

同位体ラベルによる個々のCNTの成長過程追跡

使用同位素标记跟踪单个碳纳米管的生长过程