JP2003277033A - カーボンナノチューブの成長方法 - Google Patents
カーボンナノチューブの成長方法Info
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- JP2003277033A JP2003277033A JP2002084173A JP2002084173A JP2003277033A JP 2003277033 A JP2003277033 A JP 2003277033A JP 2002084173 A JP2002084173 A JP 2002084173A JP 2002084173 A JP2002084173 A JP 2002084173A JP 2003277033 A JP2003277033 A JP 2003277033A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質なカーボンナノチューブを所望の位置
に成長する。 【解決手段】 ２種以上の異なる触媒金属層が積層され
た多層触媒金属パターンを、ＣＶＤ法に供する前に加熱
処理する。
に成長する。 【解決手段】 ２種以上の異なる触媒金属層が積層され
た多層触媒金属パターンを、ＣＶＤ法に供する前に加熱
処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスに応
用が期待されるカーボンナノチューブの成長方法に関す
る。
用が期待されるカーボンナノチューブの成長方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】カーボンナノチューブは、炭素６員環が
連なったグラファイトの一層を丸めた直径約数ｎｍの円
筒状の物質である。所望の構造のカーボンナノチューブ
を作り、これをつなげることができれば、ナノメートル
サイズのデバイスが実現可能となるため、近年注目され
る素材の一つである。
連なったグラファイトの一層を丸めた直径約数ｎｍの円
筒状の物質である。所望の構造のカーボンナノチューブ
を作り、これをつなげることができれば、ナノメートル
サイズのデバイスが実現可能となるため、近年注目され
る素材の一つである。
【０００３】このようなカーボンナノチューブの成長方
法としては、例えばアーク放電法及びＣＶＤ法があげら
れる。
法としては、例えばアーク放電法及びＣＶＤ法があげら
れる。
【０００４】アーク放電法では、やや減圧下で、例えば
アルゴン、水素等の雰囲気中、炭素棒の間に２０Ｖ５０
Ａ程度のアーク放電を行うと、炉の内側に煤として付着
する物質の中にカーボンナノチューブが見られる。
アルゴン、水素等の雰囲気中、炭素棒の間に２０Ｖ５０
Ａ程度のアーク放電を行うと、炉の内側に煤として付着
する物質の中にカーボンナノチューブが見られる。
【０００５】また、ＣＶＤ法では、炭素源となる炭素化
合物を５００ないし１０００℃で触媒金属微粒子と接触
させることにより、カーボンナノチューブが得られる。
合物を５００ないし１０００℃で触媒金属微粒子と接触
させることにより、カーボンナノチューブが得られる。
【０００６】しかしながら、これらの方法では、炉及び
触媒に付着したカーボンナノチューブを含む粉塵を集め
て精製する必要があり、また、これにより得られるもの
はカーボンナノチューブの束である。このため、カーボ
ンナノチューブをトランジスタ等の電子素子に応用する
場合に、基板上の所望の位置に単一のカーボンナノチュ
ーブを配置することは極めて困難であった。
触媒に付着したカーボンナノチューブを含む粉塵を集め
て精製する必要があり、また、これにより得られるもの
はカーボンナノチューブの束である。このため、カーボ
ンナノチューブをトランジスタ等の電子素子に応用する
場合に、基板上の所望の位置に単一のカーボンナノチュ
ーブを配置することは極めて困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたもので、高品質なカーボンナノチューブ
を所望の位置に成長する方法を提供することを目的とす
る。
鑑みてなされたもので、高品質なカーボンナノチューブ
を所望の位置に成長する方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のカーボンナノチ
ューブの成長方法は、基板上に、２種以上の異なる触媒
金属層が積層された多層触媒金属パターンを形成する工
程、及び該多層触媒金属パターンを加熱処理する工程、
及び加熱処理された該多層触媒金属パターン上に、ＣＶ
Ｄ法により、カーボンナノチューブを成長させる工程を
具備することを特徴とする。
ューブの成長方法は、基板上に、２種以上の異なる触媒
金属層が積層された多層触媒金属パターンを形成する工
程、及び該多層触媒金属パターンを加熱処理する工程、
及び加熱処理された該多層触媒金属パターン上に、ＣＶ
Ｄ法により、カーボンナノチューブを成長させる工程を
具備することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のカーボンナノチューブの
成長方法は、基板上に、触媒金属パターンを形成し、こ
の基板を、炭素または炭素原料を使用してＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に
供することにより、触媒金属パターン上にカーボンナノ
チューブを製造する方法において、触媒金属パターン
は、２種以上の異なる触媒金属層が積層された多層触媒
金属パターンからなり、この多層触媒金属パターンは、
ＣＶＤ法に供される前に加熱処理されることを特徴とす
る。
成長方法は、基板上に、触媒金属パターンを形成し、こ
の基板を、炭素または炭素原料を使用してＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に
供することにより、触媒金属パターン上にカーボンナノ
チューブを製造する方法において、触媒金属パターン
は、２種以上の異なる触媒金属層が積層された多層触媒
金属パターンからなり、この多層触媒金属パターンは、
ＣＶＤ法に供される前に加熱処理されることを特徴とす
る。
【００１０】本発明によれば、多層触媒金属パターンを
形成する基板上の位置を選択することにより、基板上の
所望の位置にカーボンナノチューブを形成することがで
きる。また、本発明によれば、２種以上の異なる触媒金
属層を積層した多層金属触媒パターンを使用し、かつＣ
ＶＤ法を行う前に加熱処理をすることにより、曲がりが
少なく、十分な長さを有するカーボンナノチューブを成
長させることができる。
形成する基板上の位置を選択することにより、基板上の
所望の位置にカーボンナノチューブを形成することがで
きる。また、本発明によれば、２種以上の異なる触媒金
属層を積層した多層金属触媒パターンを使用し、かつＣ
ＶＤ法を行う前に加熱処理をすることにより、曲がりが
少なく、十分な長さを有するカーボンナノチューブを成
長させることができる。
【００１１】基板としては、半導体基板、金属基板、ガ
ラス基板、及びアルミナ基板等を使用することができ
る。
ラス基板、及びアルミナ基板等を使用することができ
る。
【００１２】ＣＶＤ法としては、例えば熱化学的気相成
長法（熱ＣＶＤ法）またはプラズマ化学的気相成長法
（プラズマＣＶＤ法）を用いることができる。
長法（熱ＣＶＤ法）またはプラズマ化学的気相成長法
（プラズマＣＶＤ法）を用いることができる。
【００１３】多層触媒金属パターンの各層は、白金、コ
バルト、鉄、ニッケル、及びパラジウムのうち少なくと
も１種の金属、またはこれらの２種以上を用いた合金等
であることが好ましい。上述の金属は、カーボンナノチ
ューブの成長に使用される触媒として好適である。
バルト、鉄、ニッケル、及びパラジウムのうち少なくと
も１種の金属、またはこれらの２種以上を用いた合金等
であることが好ましい。上述の金属は、カーボンナノチ
ューブの成長に使用される触媒として好適である。
【００１４】より好ましくは、多層触媒金属パターン
は、白金及びコバルトのうち少なくとも１種を含む。さ
らにまた好ましくは、多層触媒金属パターンは、白金を
含有する触媒金属層とコバルトを含有する触媒金属層と
を含む。例えば多層触媒金属パターンとして、白金層と
コバルト層とを積層することができる。この場合、白金
層上にコバルト層を形成することが望ましく、その厚さ
の比は、例えば白金層１に対し、コバルト層０．００１
ないし１であることが好ましい。
は、白金及びコバルトのうち少なくとも１種を含む。さ
らにまた好ましくは、多層触媒金属パターンは、白金を
含有する触媒金属層とコバルトを含有する触媒金属層と
を含む。例えば多層触媒金属パターンとして、白金層と
コバルト層とを積層することができる。この場合、白金
層上にコバルト層を形成することが望ましく、その厚さ
の比は、例えば白金層１に対し、コバルト層０．００１
ないし１であることが好ましい。
【００１５】また、加熱処理の温度は、好ましくは、５
００℃ないし１０００℃であり、この範囲であると触媒
活性がより高まる。５００℃未満であると、カーボンナ
ノチューブの成長が少なくなる傾向があり、また、１０
００℃を超えると、多層触媒金属パターンの変形等が発
生する傾向がある。より好ましくは、７００ないし９０
０℃である。
００℃ないし１０００℃であり、この範囲であると触媒
活性がより高まる。５００℃未満であると、カーボンナ
ノチューブの成長が少なくなる傾向があり、また、１０
００℃を超えると、多層触媒金属パターンの変形等が発
生する傾向がある。より好ましくは、７００ないし９０
０℃である。
【００１６】また、ＣＶＤ法として熱ＣＶＤ法を用いる
場合、上記加熱処理の温度はカーボンナノチューブの成
長温度よりも１００ないし３００℃高いことが好まし
い。
場合、上記加熱処理の温度はカーボンナノチューブの成
長温度よりも１００ないし３００℃高いことが好まし
い。
【００１７】この加熱処理は、例えば常圧下、及び窒素
または希ガス雰囲気下で、あるいは真空下で行われるこ
とが好ましい。
または希ガス雰囲気下で、あるいは真空下で行われるこ
とが好ましい。
【００１８】多層触媒金属パターンは、少なくとも２つ
の独立した多層触媒層を有することが好ましい。例えば
複数の多層触媒層をアレイ状に形成することができる。
１つの多層触媒層の大きさは、その最大長さが１０ｎｍ
以上であることが好ましい。例えばトランジスタ等の電
子デバイスに使用する場合には、例えば１０ｎｍないし
数十μｍであることが好ましい。
の独立した多層触媒層を有することが好ましい。例えば
複数の多層触媒層をアレイ状に形成することができる。
１つの多層触媒層の大きさは、その最大長さが１０ｎｍ
以上であることが好ましい。例えばトランジスタ等の電
子デバイスに使用する場合には、例えば１０ｎｍないし
数十μｍであることが好ましい。
【００１９】個々の多層触媒層の形状としては、ドッ
ト、円形、及び四角等があげられる。
ト、円形、及び四角等があげられる。
【００２０】多層触媒金属パターンの形成方法として
は、例えばフォトリソグラフィー法あるいは電子リソグ
ラフィー法によるレジストパターン形成後、真空蒸着法
により触媒金属を蒸着し、レジストパターン溶解してリ
フトオフを行う方法などがあげられる。
は、例えばフォトリソグラフィー法あるいは電子リソグ
ラフィー法によるレジストパターン形成後、真空蒸着法
により触媒金属を蒸着し、レジストパターン溶解してリ
フトオフを行う方法などがあげられる。
【００２１】本発明によれば、曲がりが少なく、十分な
長さを有するカーボンナノチューブを基板上の所望の位
置に形成することができるので、トランジスタのチャネ
ル及びゲート電極、論理回路及び集積回路の配線とし
て、使用可能である。
長さを有するカーボンナノチューブを基板上の所望の位
置に形成することができるので、トランジスタのチャネ
ル及びゲート電極、論理回路及び集積回路の配線とし
て、使用可能である。
【００２２】
【実施例】以下、実施例を示し、本明を具体的に説明す
る。
る。
【００２３】実施例
例えば２ｃｍ×２ｃｍの大きさの半導体基板上に、フォ
トリソグラフィーにより、５μｍ径のドット状の多層触
媒層を５μｍ間隔でアレイ状に配列した多層触媒金属パ
ターンを形成した。
トリソグラフィーにより、５μｍ径のドット状の多層触
媒層を５μｍ間隔でアレイ状に配列した多層触媒金属パ
ターンを形成した。
【００２４】得られた多層触媒金属パターンの電子顕微
鏡写真を図１に示す。
鏡写真を図１に示す。
【００２５】多層金属層は、白金３０ｎｍとコバルト１
０ｎｍの２層構造とした。
０ｎｍの２層構造とした。
【００２６】多層触媒金属パターンを形成した半導体基
板を、真空加熱装置内に載置し、常圧下、窒素雰囲気、
８００℃で５分間加熱処理を行った。
板を、真空加熱装置内に載置し、常圧下、窒素雰囲気、
８００℃で５分間加熱処理を行った。
【００２７】その後この半導体基板を熱ＣＶＤ装置管状
炉内に載置し、管状炉を６００℃に加熱して、常圧下
で、原料ガスとして流量２０ｍｌ／分のアセチレンガス
と流量１５０ｍｌ／分のアルゴンガスの混合ガスを使用
し、３０分間蒸着を行い、カーボンナノチューブ成長さ
せた。
炉内に載置し、管状炉を６００℃に加熱して、常圧下
で、原料ガスとして流量２０ｍｌ／分のアセチレンガス
と流量１５０ｍｌ／分のアルゴンガスの混合ガスを使用
し、３０分間蒸着を行い、カーボンナノチューブ成長さ
せた。
【００２８】得られたカーボンナノチューブの電子顕微
鏡写真を図２に示す。
鏡写真を図２に示す。
【００２９】図示するように、直径約２０ｎｍの曲がり
の少ないカーボンナノチューブが、一方の多層触媒層
と、他方の触媒層との間を橋渡しするように、基板表面
に沿って成長していた。
の少ないカーボンナノチューブが、一方の多層触媒層
と、他方の触媒層との間を橋渡しするように、基板表面
に沿って成長していた。
【００３０】比較例
なお、比較として、多層触媒金属パターンの代わりに、
白金の単層金属パターンを形成した場合、コバルトの単
層金属パターンを形成した場合、及び加熱処理を行わな
い場合について、各々実施例と同様にしてカーボンナノ
チューブを成長させた。
白金の単層金属パターンを形成した場合、コバルトの単
層金属パターンを形成した場合、及び加熱処理を行わな
い場合について、各々実施例と同様にしてカーボンナノ
チューブを成長させた。
【００３１】しかしながら、白金の単層金属パターンを
形成した場合、カーボンナノチューブは成長せず、コバ
ルトの単層金属パターンを形成した場合、カーボンナノ
チューブは成長したが、得られたカーボンナノチューブ
は曲がりが多く、例えば２μｍ程の短いものであり、及
び加熱処理を行わない場合、カーボンナノチューブが成
長しなかった。
形成した場合、カーボンナノチューブは成長せず、コバ
ルトの単層金属パターンを形成した場合、カーボンナノ
チューブは成長したが、得られたカーボンナノチューブ
は曲がりが多く、例えば２μｍ程の短いものであり、及
び加熱処理を行わない場合、カーボンナノチューブが成
長しなかった。
【００３２】
【発明の効果】本発明のカーボンナノチューブの成長方
法によれば、曲がりが少なく、十分な長さを有する高品
質なカーボンナノチューブを、所望の位置に成長するこ
とができる。
法によれば、曲がりが少なく、十分な長さを有する高品
質なカーボンナノチューブを、所望の位置に成長するこ
とができる。
【図１】多層触媒パターンの電子顕微鏡写真
【図２】カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年３月１７日（２００３．３．１
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明カーボンナノチュ
ーブの成長方法は、基板上に、２種以上の異なる触媒金
属層が積層された多層触媒金属パターンを形成する工
程、及び該多層触媒金属パターンを加熱処理する工程、
及び加熱処理された該多層触媒金属パターン上に、ＣＶ
Ｄ法によりカーボンナノチューブを成長させる工程を具
備するカーボンナノチューブの成長方法であって、前記
多層触媒金属パターンは、コバルトを含有する触媒金属
層と、白金、鉄、ニッケルからなる群から選択される少
なくとも１種を含有する触媒金属層とが積層されたこと
を特徴とする。
ーブの成長方法は、基板上に、２種以上の異なる触媒金
属層が積層された多層触媒金属パターンを形成する工
程、及び該多層触媒金属パターンを加熱処理する工程、
及び加熱処理された該多層触媒金属パターン上に、ＣＶ
Ｄ法によりカーボンナノチューブを成長させる工程を具
備するカーボンナノチューブの成長方法であって、前記
多層触媒金属パターンは、コバルトを含有する触媒金属
層と、白金、鉄、ニッケルからなる群から選択される少
なくとも１種を含有する触媒金属層とが積層されたこと
を特徴とする。
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G069 AA03 AA08 BB02A BB02B
BC67A BC67B BC75A BC75B
CB81 EA11 EC28 EC29 EE06
FA01 FB29 FC07
4G146 AA11 AB08 BA12 BC09 BC23
BC33A BC33B BC43 BC48
4K030 AA09 AA16 BA27 BB01 BB14
CA04 DA02 FA01 FA10
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に、２種以上の異なる触媒金属層
が積層された多層触媒金属パターンを形成する工程、及
び該多層触媒金属パターンを加熱処理する工程、及び加
熱処理された該多層触媒金属パターン上に、ＣＶＤ法に
よりカーボンナノチューブを成長させる工程を具備する
ことを特徴とするカーボンナノチューブの成長方法。 - 【請求項２】 前記多層触媒金属パターンは、白金を含
有する触媒金属層を含むことを特徴とする請求項１に記
載のカーボンナノチューブの成長方法。 - 【請求項３】 前記多層触媒金属パターンは、白金を含
有する触媒金属層とコバルトを含有する触媒金属層とを
含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチ
ューブの成長方法。 - 【請求項４】 前記多層触媒金属パターンは、少なくと
も２つの独立した多層触媒金属層を含むことを特徴とす
る請求項１に記載のカーボンナノチューブの成長方法。 - 【請求項５】 前記多層触媒層は、アレイ状に形成され
ることを特徴とする請求項４に記載のカーボンナノチュ
ーブの成長方法。 - 【請求項６】 前記加熱処理工程は、５００ないし１０
００℃で行われる請求項１に記載のカーボンナノチュー
ブの成長方法。 - 【請求項７】 前記カーボンナノチューブを形成する工
程は、熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法を用いて行わ
れることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチ
ューブの成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084173A JP3443646B1 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | カーボンナノチューブの成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084173A JP3443646B1 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | カーボンナノチューブの成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3443646B1 JP3443646B1 (ja) | 2003-09-08 |
| JP2003277033A true JP2003277033A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=28671637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002084173A Expired - Lifetime JP3443646B1 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | カーボンナノチューブの成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3443646B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002084173A patent/JP3443646B1/ja not_active Expired - Lifetime
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| US10378104B2 (en) | 2013-11-13 | 2019-08-13 | Tokyo Electron Limited | Process for producing carbon nanotubes and method for forming wiring |
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