JP2004186245A

JP2004186245A - Manufacturing method of carbon nanotube, and carbon nanotube device

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Publication number: JP2004186245A
Application number: JP2002348863A
Authority: JP
Inventors: Sakutaro Yamaguchi; 作太郎山口
Original assignee: YYL KK
Current assignee: YYL KK
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of adding a novel function to a highly oriented carbon nanotube film, and to provide a device having the novel function. <P>SOLUTION: A substrate includes a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to extend perpendicularly to the surface of the SiC substrate. From the opposite side of the substrate to a side of the same where the carbon nanotube film is provided, an impurity is introduced to form a P-type or N-type device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンナノチューブの製造方法とカーボンナノチューブを用いた熱電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、ダイヤモンドやグラファイトと同じ炭素の同位体でもある。ナノチューブの構造は、グラファイトを丸めてつなぎ合わせたものとされる。非常に細く、安定、かつ強固であり、非局在化したπ電子のため電気伝導性にすぐれ、またグラファイト層のまき方に電子構造が金属／半導体となる。
【０００３】
その製造方法として、アーク放電、レーザ蒸着、化学気相法（ＣＶＤ法）等が用いられている。すなわち、従来、カーボンナノチューブを製造する方法としては、不活性ガス雰囲気下において原料であるアモルファスカーボンにアーク放電又はレーザ照射等を行って炭素を蒸発させ、蒸発した炭素を炭素棒上等に凝縮（再結合）させることにより、上記炭素棒上等にカーボンナノチューブを成長させる方法が一般的である。上記従来の製造方法によると、炭素棒上等にはカーボンナノチューブとともにアモルファスカーボン、グラファイト及びフラーレンが形成される。そこで、カーボンナノチューブの収率又は収量を増すため、或いはカーボンナノチューブの生産性を向上させるための製造方法が提案されている。例えば、高周波プラズマを用いたフラーレン及びカーボンナノチューブの合成方法（特許文献１）、特定の圧力範囲でアーク放電を行うカーボンナノチューブの製造方法が知られている（特許文献２）。
【０００４】
上記従来の製造方法は、いずれも炭素蒸気の凝縮再結合によりカーボンナノチューブを形成させているので、沸点の極めて高い炭素を蒸発させるために３０００℃近い高温を加える必要がある。このような厳しい条件下で製造するため、カーボンナノチューブ以外の生成物をある程度以下に抑えることは困難であった。また、炭素蒸気からカーボンナノチューブを成長させる従来の方法によると、カーボンナノチューブの外周等に芽のように付着したカーボンナノカプセルが生じやすい。一方、膜の厚み方向に延びるようによく配向した多数本のカーボンナノチューブからなる「カーボンナノチューブ膜」が得られれば、エレクトロニクス分野及び物質分離膜の分野等においてカーボンナノチューブの新たな用途が開けると期待されている。
【０００５】
そこで、ある方向によく配向した多数本のカーボンナノチューブからなる膜（以下、「ナノチューブ膜」という。）の製造方法として、真空下においてＳｉＣを、該真空の真空度においてＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することにより、該ＳｉＣから珪素原子を除去する、ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法が提案されている（特許文献３）。この製造方法は、基板の表面に、ＳｉＣ単結晶膜を形成し、次いで、真空下において該ＳｉＣ単結晶膜を、該真空の真空度においてＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することにより、該ＳｉＣ単結晶膜から珪素原子を除去して、該ＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、該ＳｉＣ単結晶膜の厚み方向に延びるように配向した多数本のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜を形成している。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５４６５１１号公報
【特許文献２】
特開平６−２８０１１６号公報
【特許文献３】
特許第３１８３８４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記特許文献３等で示されたようにして作製された配向性の高いカーボンナノチューブ膜に新たな機能を追加する方法、及び新たな機能を具備する装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の装置は、その１つのアスペクトによれば、基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が、不純物を含み、能動素子として作用するようにしてなる、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記能動素子が、ダイオード、トランジスタ、及び、サイリスタの少なくとも１つを含む。
【００１０】
本発明の実施形態によれば（図５参照）、第１の基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｐ型とされ、第２の基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型とされ、前記Ｐ型とＮ型のカーボンナノチューブ膜が接合してＰＮ接合を形成し、前記第１、第２の基板のそれぞれに電極を備えている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の別のアスペクトの装置によれば（図３参照）、基板上、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型又はＰ型の熱電変換素子を構成する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記基板が、ＳｉＣ層、又はＳｉ層を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ＳｉＣ層と、前記ＳｉＣ層上に配向して形成され、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイスが提供される。
【００１４】
本発明によれば、Ｓｉ層と、前記Ｓｉ層上に配向して形成され、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む。
【００１５】
本発明によれば、前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成する場合、電極材料が蒸着される。
【００１６】
本発明の実施形態によれば（図３参照）、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通電極に接続し、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端をそれぞれ第１、第２の電極に接続してなる熱電変換装置において、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、カーボンナノチューブ膜に不純物を導入して構成されたものである。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、前記カーボンナノチューブ膜を複数層、積層してなる。
【００１８】
不純物のイオン注入又は拡散により、カーボンナノチューブ膜をＮ型又はＰ型としてなる。
【００１９】
本発明の実施形態によれば（図４参照）、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
それぞれが、ＳｉＣ層又はＳｉ層からなる基板と、基板上に、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜と、を少なくとも含む第１、第２の積層体を備え、前記第１、第２の積層体の互いのカーボンナノチューブ膜が向かい合うようにして積層し、前記第１、第２の積層体の各ＳｉＣ層は電気的に導電性とされ、前記第１、第２の積層体のそれぞれについて、前記ＳｉＣ層の、前記カーボン層の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ電極を備えている。
【００２０】
上記目的を達成する本発明に係る方法によれば、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜に不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜を有する基板の、前記カーボンナノチューブ膜が設けられる側とは反対側から、不純物を導入する工程を含む。
【００２２】
本発明によれば、前記不純物を導入する工程が、拡散法又はイオン注入で行われる、ことを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜とを少なくとも有し、前記カーボンナノチューブ膜の反対側の前記ＳｉＣ層側からイオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させて、ＳｉＣ層の電気伝導性を確保する、ことを特徴とする。
【００２４】
本発明の別のアスペクトによれば、ＳｉＣ層に不純物を導入する工程と、
前記ＳｉＣ層への不純物の導入後、真空下において、前記ＳｉＣ層を、該真空の真空度において、ＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することで、前記ＳｉＣ層から珪素原子を除去することで、カーボンナノチューブを作製し、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延在するように配向したカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする。
【００２５】
本発明の別のアスペクトによれば、ＳｉＣ基板に、電磁波を照射して、カーボンナノチューブを作製する、ことを特徴とする。
【００２６】
本発明の別のアスペクトによれば、前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成するにあたり、真空下、前記カーボンナノチューブ膜を冷却して前記カーボンナノチューブ膜上に電極材料を蒸着させる、ことを特徴とする。前記カーボンナノチューブ膜上に被着された前記電極材料をイオンミリング法でパタン形成してもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の各種実施例について図面を参照して説明する。本発明においては、図１に示すように、ＳｉＣ層１００上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１０１にイオンビームを打ち込んで、その特性を変化させるものである。
【００２８】
なお、ＣＮＴに、特定の原子をイオン注入で打ち込むと、その電気的特性がＰ型やＮ型に変化することが知られている。これは、輸送特性を変更できることを意味する。またＣＮＴへの不純物のドープは、低エネルギーイオン注入が用いられ、ターゲットへの損傷を回避する、イオンエネルギー、ドーズ量とＣＮＴの構造に関する研究報告もなされている（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１には、アーク放電法により作製した多層ＣＮＴを、カーボンメッシュ上に支持して試料とし、質量分離イオンビーム蒸着装置を用いＮ_２ガスを原料として生成した窒素イオンを、３０−１００ｅＶで室温で多層ＣＮＴに照射し、真空度を照射ターゲットへの損傷のないように設定し、ドーズ量５×１０^１６イオン／ｃｍ^２で欠陥が導入された旨が記載されている。
【００２９】
【非特許文献１】
（１７８）「多層カーボンナノチューブへの低エネルギーイオン照射による異種元素導入」、山本和弘、末永和知、飯島澄男、平成１４年度秋季金属学会（平成１４年、１１月）
【００３０】
ＳｉＣ層１００上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜１０１にイオンビームを打ち込んで特性を変化させ、目的に応じたイオンビームをＣＮＴ膜１０１に打ち込む。図１において、ＣＮＴ膜１０１は、横幅５〜１０ｍｍ、縦５〜１０ｍｍ、膜厚約１μｍとしている。ＣＮＴ膜１０１は、多数のＣＮＴがＳｉＣ層１００表面に対して垂直方向に、高配向状態で、並立している。ＳｉＣ層１００は約０．２５ｍｍ程度とされる。
【００３１】
ＣＮＴ膜１０１とＳｉＣ層１００の間にはカーボン層（カーボン・アモルファス層）（図１では図示されない）が存在する。カーボン層は、膜厚約１μｍとされる。
【００３２】
ＣＮＴ膜１０１の製造方法の一例（上記特許文献３参照）について説明する。ＣＮＴ膜１０１は、例えば化学気相蒸着法（以下、「ＣＶＤ法」という。）により、Ｓｉ（１１１）単結晶からなる基板の上に、ＳｉＣ単結晶の膜１００を形成する。真空下の加熱によって、まずＳｉＣ単結晶膜に比べて酸化されやすい上記基板の一部又は全部をＳｉＯ_２等として除去した後、残されたＳｉＣ単結晶膜を更に加熱すると、ＳｉＣ単結晶膜中の珪素原子が（１１１）面側から除去されて、このＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、〔１１１〕方向に高配向されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜が得られる。加熱温度は例えば１４００〜２０００℃程度、真空度は、例えば１０^−４〜１０^−１０Ｔｏｒｒ程度とされる。図１のカーボンナノチューブ膜１０１は、こうして作製されたものであり、カーボンナノチューブ膜１０１にイオンビーム（例えば窒素イオン等）が照射される。なお、ＳｉＣ単結晶の真空下の加熱を２．４５ＧＨｚのマイクロ波照射で行ってもよい。
【００３３】
この実施例では、イオンビームの打ち込みにおいて、ＣＮＴ１０１の下層に、ＳｉＣ層／カーボン層が存在する。なお、後述するように、不純物のドープは、ＳｉＣ層１００側から、イオン注入、拡散で導入するようにしてもよい。拡散炉（真空雰囲気）を用いた拡散法の方が簡単であり、またＳｉＣ層側からのドープの方が制御も容易である。
【００３４】
なお、ＣＮＴ膜の製造方法としては、単結晶ＳｉＣを利用するほかにも、ＳｉＣの多結晶や多孔質焼結体を利用してもよい（特願２００１−０５９２９５）。
【００３５】
図２は、本発明の実施例を説明するための図である。上記特許文献３の製造方法で作製された配向性の高いカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜１０１には、カーボン層１０２（導電性）と、ＳｉＣ単結晶膜１００の絶縁層が存在している。従って、ＣＮＴ膜１０１の反対側のＳｉＣ層１００（非導電性）からは、電気を流すことができない。
【００３６】
そこで、本実施例では、このＳｉＣ層１００側から、イオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させ、電気伝導性を確保する。打ち込むイオン種および不純物によって、カーボンナノチューブ膜の極性を変化させることができる。不純物のドープは、ＳｉＣ層１００側から、イオン注入、拡散で導入するようにしてもよい。拡散炉（真空雰囲気）を用いた拡散法の方が簡単であり、制御も容易である。
【００３７】
図３は、本発明の実施例の構成を示す図である。極性の異なったＣＮＴ膜１０１を利用して、熱電変換素子を作る。図２の方法で製造されたＰ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通の電極１０３に接続し、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端を電極１０４−１、１０４−２に接続し、電極１０４−１、１０４−２はケーブル１０５−１、１０５−２に接続されている。
【００３８】
Ｎ型の熱電変換素子は、Ｎ型ＳｉＣ層１００−１と、Ｎ型カーボン層１０２−１と、Ｎ型カーボンナノチューブ膜１０１−１をこの順に積層してなる積層構造からなる。Ｐ型の熱電変換素子は、Ｐ型ＳｉＣ層１００−２と、Ｐ型カーボン層１０２−２と、Ｐ型カーボンナノチューブ膜１０１−２をこの順に積層してなる積層構造からなる。ＳｉＣ層１００−１、１００−２は電気的に導電性とされる。
【００３９】
カーボンナノチューブ膜１０１−１、１０１−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に、金属電極１０３を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４０】
ＳｉＣ層上のＣＮＴ膜への電極形成として、ＣＮＴ膜上に抵抗加熱真空蒸着装置にて真空度５×１０^−６Ｔｏｒｒ雰囲気で、スパッタリング法により、Ａｕを膜厚１．２７μｍで蒸着する。その後、イオンミーリング（例えばＡｒイオン）にて、カーボン層１０２、ＳｉＣ層１００、電極１０３のエッチングが行われる。
【００４１】
この場合、ＣＮＴ膜の上に電極材料Ａｕを蒸着し、Ａｕの一部にマスク材として、例えばアラルダイト、ペーパボンドを被着（コート）し、イオンビームミリング装置で、Ａｕ、ＣＮＴをエッチングすることで行ってもよい。
【００４２】
ＳｉＣ層１００−１、１００−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に電極１０４−１、１０４−２を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４３】
なお、ＣＮＴ膜の製造方法としては、単結晶ＳｉＣを利用するほかにも、ＳｉＣの多結晶や多孔質焼結体を利用しても良い（特願２００１−０５９２９５）。
【００４４】
図４は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。上記特許文献３の製造方法にしたがって作製された、配向性の高いカーボンナノチューブの長さは、現状、１ｍｍ程度である。これは熱電変換素子を構成するには短いので、長くするために積層構造としている。この例では、２層にして、一方を反転させ、ＣＮＴ同士を接続している。
【００４５】
Ｎ型の熱電変換素子は、Ｎ型ＳｉＣ層１００−１と、Ｎ型カーボン層１０２−１と、Ｎ型カーボンナノチューブ膜１０１−１をこの順に積層してなる第１、第２の積層構造を、互いのカーボンナノチューブ膜１００−１が向かい合うようにして重ね合わせる。２つのＳｉＣ層１００−１の、カーボン層１０２−１の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ共通電極１０３と、電極１０４−１を備えている。
【００４６】
Ｐ型の熱電変換素子は、Ｐ型ＳｉＣ層１００−２と、Ｐ型カーボン層１０２−２と、Ｐ型カーボンナノチューブ膜１０１−２をこの順に積層してなる第１、第２の積層構造を、互いのカーボンナノチューブ膜１００−２が向かい合うようにして重ね合わせる。２つのＳｉＣ層の、カーボン層が設けられる面とは反対側の面に、それぞれ共通電極１０３と、電極１０４−２を備えている。
【００４７】
ＳｉＣ層１００−１、１００−２は電気的に導電性とされる。ＳｉＣ層１００−１、１００−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に電極１０４−１、１０４−２を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４８】
図５は、本発明の他の実施例の構成を示す図である。上記特許文献３の製造方法にしたがって作製された、配向性の高いカーボンナノチューブの長さは、上記したように、１ｍｍ程度である。これは、ＳｉがＳｉＣから分解して真空中に拡散する時のコンダクタンスなどで決まっていると考えられる。すなわち、ＣＮＴが長くなるにしたがって、分解して出ていくＳｉ原子がＣＮＴに邪魔されて出にくくなり、それで長さが決まるわけである。
【００４９】
そこで、本実施例では、カーボンナノチューブ作製前の時点で、ＳｉＣ層に不純物をドープしておく。不純物のドープは、イオン注入又は拡散法による。
【００５０】
その後、真空下の加熱によって、ＳｉＣ単結晶膜中の珪素原子が除去されて、このＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、〔１１１〕方向に高配向されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜を作製する。
【００５１】
すると、ＣＮＴ膜１０１は、不純物原子がある部分で切れが生じ、一定の割合でＣＮＴが抜ける。ちょうど山林に植えた木の間引きに相当することになり、隙間が生じ、そこから、Ｓｉ原子が抜け出ることが容易化される。このため、より長いＣＮＴからなる膜を製造することができる。すなわち、カーボンナノチューブの層を厚くすることができる。
【００５２】
図６は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。図６を参照すると、第１の基板をなすＳｉＣ層１００−１上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜１０１−１が不純物を含み、Ｎ型とされ、第２の基板をなすＳｉＣ層１００−２上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜１０１−２が不純物を含み、Ｐ型とされ、Ｎ型とＰ型のカーボンナノチューブ膜１０１−１、１０１−２が接合してＰＮ接合を形成し（接合層１０６を形成する）、第１、第２の基板のそれぞれに電極１０３Ａ、１０３Ｂを備え、ダイオード素子を構成している。なお、第１の基板上のＣＮＴ膜１０１−１は、第２の基板をなすＳｉＣ層１００−２に接合させる構成としてもよい。
【００５３】
同様にしてＰＮ接合面を構成することで、ＰＮＰ構造のトランジスタ素子、ＮＰＮ構造のトランジスタ素子、ＰＮＰＮ構成のサイリスタ素子等の各種能動素子を構成するができる。
【００５４】
図７は、ＣＮＴ膜への電極形成のための装置構成の一例を例示した図である。ＣＮＴ膜への電極の取り付けは、真空容器２００中で行われる。真空容器２００中で、ＣＮＴ膜１０１は、真空断熱されており、フィラメント（タングステン）２０２を高温とし、フィラメント２０２上に金（Ａｕ）ワイヤー２０１を配置し、フィラメント２０２からの輻射やエネルギー、及び、高温のＡｕ粒子２０３が飛来してくるため、ＣＮＴ膜１０１の表面は損傷を受ける。これを回避するため、冷却装置２２０を備え、ＣＮＴ膜１０１を冷却しながら、Ａｕの蒸着を行う。
【００５５】
なお上記実施例では、ＳｉＣ層の上にカーボン層、ＣＮＴ膜を形成したが、シリコン基板の上に、ＳｉＣ層、カーボン層なしで、ＣＮＴ膜を形成するようにしてもよい。
【００５６】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配向性の高いカーボンナノチューブ膜に不純物を注入し、新規な機能を具備した素子を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図２】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図３】本発明の別の実施例の熱電変換装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例の熱電変換装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図６】本発明の別の実施例のダイオード素子の構成を示す図である。
【図７】カーボンナノチューブ膜への電極の蒸着を行う装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１００ＳｉＣ層
１０１カーボンナノチューブ膜
１０２カーボン層（アモルファスカーボン層）
１０３、１０４電極
１０５ケーブル（導線）
１０６接合層
２００真空容器
２０１金ワイヤー
２０２フィラメント
２０３金粒子
２０４金粒子の流れ
２１０電源
２２０冷却装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes and a thermoelectric conversion device using carbon nanotubes.
[0002]
[Prior art]
Carbon nanotubes are also the same carbon isotopes as diamond and graphite. The structure of the nanotubes is obtained by rolling and joining graphite. It is very thin, stable and strong, has excellent electrical conductivity due to delocalized π electrons, and has a metal / semiconductor electronic structure in the manner of laying the graphite layer.
[0003]
Arc discharge, laser deposition, chemical vapor deposition (CVD), and the like are used as the manufacturing method. That is, conventionally, as a method of manufacturing carbon nanotubes, an amorphous carbon material is subjected to arc discharge or laser irradiation in an inert gas atmosphere to evaporate carbon, and the evaporated carbon is condensed on a carbon rod or the like ( (Recombination) to grow carbon nanotubes on the carbon rod or the like. According to the above conventional manufacturing method, amorphous carbon, graphite, and fullerene are formed together with carbon nanotubes on a carbon rod or the like. Therefore, a production method for increasing the yield or yield of carbon nanotubes or improving the productivity of carbon nanotubes has been proposed. For example, a method for synthesizing fullerenes and carbon nanotubes using high-frequency plasma (Patent Document 1) and a method for producing carbon nanotubes by performing arc discharge in a specific pressure range are known (Patent Document 2).
[0004]
In each of the above-mentioned conventional production methods, carbon nanotubes are formed by condensation and recombination of carbon vapor. Therefore, it is necessary to apply a high temperature of about 3000 ° C. to evaporate carbon having a very high boiling point. Because of the production under such severe conditions, it has been difficult to suppress products other than carbon nanotubes to some extent or less. Further, according to the conventional method of growing carbon nanotubes from carbon vapor, carbon nanocapsules attached like buds to the outer periphery of the carbon nanotube or the like are likely to be generated. On the other hand, if a “carbon nanotube film” consisting of many carbon nanotubes that are well oriented to extend in the thickness direction of the film can be obtained, new applications of carbon nanotubes in the fields of electronics and material separation membranes are expected to open up Have been.
[0005]
Therefore, as a method for producing a film composed of a large number of carbon nanotubes which are well oriented in a certain direction (hereinafter referred to as a “nanotube film”), SiC is decomposed under vacuum, There has been proposed a method for producing carbon nanotubes, characterized in that silicon atoms are removed from the SiC by heating to a temperature at which carbon atoms are lost (Patent Document 3). In this manufacturing method, a SiC single crystal film is formed on a surface of a substrate, and then the SiC single crystal film is heated under vacuum to a temperature at which SiC is decomposed and silicon atoms are lost at a vacuum degree of the vacuum. Thereby, silicon atoms are removed from the SiC single crystal film, and a large number of carbon atoms oriented so as to extend in the thickness direction of the SiC single crystal film to at least a partial thickness on the surface side of the SiC single crystal film. A carbon nanotube film containing nanotubes is formed.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2546511 [Patent Document 2]
JP-A-6-280116 [Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3183845
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for adding a new function to a highly oriented carbon nanotube film manufactured as described in Patent Document 3 and the like, and an apparatus having the new function. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the device of the present invention that achieves the above object, a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed on a substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate removes impurities. Including an active element.
[0009]
According to the present invention, the active element includes at least one of a diode, a transistor, and a thyristor.
[0010]
According to the embodiment of the present invention (see FIG. 5), a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed on a first substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate contains impurities. A carbon nanotube film formed of a plurality of carbon nanotubes formed on the second substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate. The carbon nanotube film contains impurities and is N-type. Are bonded to form a PN junction, and the first and second substrates are each provided with an electrode.
[0011]
According to the apparatus of another aspect of the present invention (see FIG. 3), the carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed on the substrate so as to extend in the thickness direction of the substrate contains impurities, Alternatively, a P-type thermoelectric conversion element is configured.
[0012]
According to the invention, the substrate includes a SiC layer or a Si layer.
[0013]
According to the present invention, there is provided a thermoelectric conversion device including a SiC layer and a carbon nanotube film formed to be oriented on the SiC layer and doped with impurities.
[0014]
According to the present invention, it includes a Si layer and a carbon nanotube film formed to be oriented on the Si layer and doped with impurities.
[0015]
According to the present invention, when an electrode is formed on the carbon nanotube film, an electrode material is deposited.
[0016]
According to the embodiment of the present invention (see FIG. 3), one ends of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements are connected to a common electrode, and the other ends of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements are first and second, respectively. In the thermoelectric conversion device connected to the second electrode, the P-type and N-type thermoelectric conversion elements are configured by introducing impurities into a carbon nanotube film.
[0017]
According to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube film is formed by laminating a plurality of layers.
[0018]
The carbon nanotube film becomes N-type or P-type by ion implantation or diffusion of impurities.
[0019]
According to the embodiment of the present invention (see FIG. 4), the P-type and N-type thermoelectric conversion elements are:
First, each including at least a substrate made of a SiC layer or a Si layer, and a carbon nanotube film made of a plurality of carbon nanotubes formed on the substrate so as to extend in a direction perpendicular to the surface of the substrate. A second stacked body, wherein the first and second stacked bodies are stacked so that the carbon nanotube films thereof face each other, and each SiC layer of the first and second stacked bodies is electrically conductive. In each of the first and second laminates, an electrode is provided on a surface of the SiC layer opposite to a surface on which the carbon layer is provided.
[0020]
According to the method of the present invention to achieve the above object, the method includes a step of introducing impurities into a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to extend in a direction perpendicular to the substrate surface. Features.
[0021]
According to the present invention, a substrate having a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed so as to extend in the vertical direction on the substrate surface, from the side opposite to the side on which the carbon nanotube film is provided, And a step of introducing impurities.
[0022]
According to the present invention, the step of introducing the impurity is performed by a diffusion method or ion implantation.
[0023]
According to the present invention, it has at least a SiC layer and a carbon nanotube film made of a plurality of carbon nanotubes formed so as to extend in a direction perpendicular to the surface of the SiC layer. An ion beam is implanted from the side of the SiC layer or impurities are diffused to secure electric conductivity of the SiC layer.
[0024]
According to another aspect of the invention, introducing an impurity into the SiC layer;
After introducing the impurities into the SiC layer, the silicon atoms are heated from the SiC layer under vacuum to a temperature at which SiC is decomposed and silicon atoms are lost at a degree of vacuum. By removing the carbon nanotubes, the carbon nanotubes oriented so as to extend in the thickness direction of the SiC layer are made to escape, thereby increasing the thickness of the carbon nanotube film. I do.
[0025]
According to another aspect of the present invention, the SiC substrate is irradiated with electromagnetic waves to produce carbon nanotubes.
[0026]
According to another aspect of the present invention, in forming an electrode on the carbon nanotube film, the carbon nanotube film is cooled under vacuum to deposit an electrode material on the carbon nanotube film. The electrode material deposited on the carbon nanotube film may be patterned by ion milling.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, as shown in FIG. 1, an ion beam is implanted into a carbon nanotube (CNT) 101 formed on a SiC layer 100 to change its characteristics.
[0028]
It is known that when specific atoms are implanted into a CNT by ion implantation, its electrical characteristics change to P-type or N-type. This means that the transport properties can be changed. In addition, low energy ion implantation is used for doping impurities into CNTs, and research reports on ion energy, dose and CNT structure to avoid damage to targets have been made (for example, see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 discloses that a multilayer CNT produced by an arc discharge method is supported on a carbon mesh to serve as a sample, and nitrogen ions generated from a N ₂ gas as a raw material using a mass separation ion beam evaporation apparatus are converted to 30 to 100 eV. Describes that the multilayer CNT was irradiated at room temperature at a room temperature, the degree of vacuum was set so as not to damage the irradiation target, and defects were introduced at a dose of 5 × 10 ¹⁶ ions / cm ² .
[0029]
[Non-patent document 1]
(178) "Introduction of Different Elements into Multi-Walled Carbon Nanotubes by Low Energy Ion Irradiation", Kazuhiro Yamamoto, Kazuchi Suenaga, Sumio Iijima, Fall Metals Society of 2002 (November, 2002)
[0030]
An ion beam is injected into the carbon nanotube (CNT) film 101 formed on the SiC layer 100 to change the characteristics, and an ion beam according to the purpose is injected into the CNT film 101. In FIG. 1, the CNT film 101 has a width of 5 to 10 mm, a length of 5 to 10 mm, and a thickness of about 1 μm. In the CNT film 101, a large number of CNTs are arranged in a highly oriented state in a direction perpendicular to the surface of the SiC layer 100. The SiC layer 100 has a thickness of about 0.25 mm.
[0031]
A carbon layer (carbon amorphous layer) (not shown in FIG. 1) exists between the CNT film 101 and the SiC layer 100. The carbon layer has a thickness of about 1 μm.
[0032]
An example of a method for manufacturing the CNT film 101 (see Patent Document 3) will be described. As the CNT film 101, a SiC single crystal film 100 is formed on a substrate made of a Si (111) single crystal by, for example, a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a “CVD method”). By heating under vacuum, a part or the whole of the substrate, which is more easily oxidized than the SiC single crystal film, is first removed as SiO ₂ or the like, and then the remaining SiC single crystal film is further heated. Is removed from the (111) plane side, and a carbon nanotube film containing carbon nanotubes highly oriented in the [111] direction is obtained at least partially on the surface side of the SiC single crystal film. The heating temperature is, for example, about 1400 to 2000 ° C., and the degree of vacuum is, for example, about 10 ⁻⁴ to 10 ⁻¹⁰ Torr. The carbon nanotube film 101 in FIG. 1 is manufactured in this manner, and the carbon nanotube film 101 is irradiated with an ion beam (for example, nitrogen ions). The heating of the SiC single crystal under vacuum may be performed by microwave irradiation at 2.45 GHz.
[0033]
In this embodiment, the SiC layer / carbon layer exists below the CNT 101 in the ion beam implantation. As described later, the doping of the impurity may be introduced by ion implantation or diffusion from the SiC layer 100 side. The diffusion method using a diffusion furnace (vacuum atmosphere) is simpler, and the doping from the SiC layer side is easier to control.
[0034]
As a method of manufacturing the CNT film, in addition to using single crystal SiC, a polycrystalline or porous sintered body of SiC may be used (Japanese Patent Application No. 2001-059295).
[0035]
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. The carbon nanotube (CNT) film 101 having a high orientation manufactured by the manufacturing method of Patent Document 3 includes a carbon layer 102 (conductive) and an insulating layer of the SiC single crystal film 100. Therefore, electricity cannot flow from the SiC layer 100 (non-conductive) on the opposite side of the CNT film 101.
[0036]
Therefore, in this embodiment, an ion beam is implanted from the SiC layer 100 side or impurities are diffused to secure electric conductivity. The polarity of the carbon nanotube film can be changed depending on the ion species and impurities to be implanted. The doping of the impurity may be introduced by ion implantation and diffusion from the SiC layer 100 side. The diffusion method using a diffusion furnace (vacuum atmosphere) is simpler and easier to control.
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the embodiment of the present invention. A thermoelectric conversion element is manufactured using the CNT films 101 having different polarities. One end of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements manufactured by the method of FIG. 2 is connected to the common electrode 103, and the other end of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements is connected to the electrodes 104-1 and 104-2. The electrodes 104-1 and 104-2 are connected to the cables 105-1 and 105-2.
[0038]
The N-type thermoelectric conversion element has a laminated structure in which an N-type SiC layer 100-1, an N-type carbon layer 102-1 and an N-type carbon nanotube film 101-1 are laminated in this order. The P-type thermoelectric conversion element has a laminated structure in which a P-type SiC layer 100-2, a P-type carbon layer 102-2, and a P-type carbon nanotube film 101-2 are laminated in this order. The SiC layers 100-1 and 100-2 are made electrically conductive.
[0039]
A metal surface is formed on the surface of the carbon nanotube films 101-1 and 101-2 by vapor deposition or the like, and then the metal electrode 103 is attached by soldering or brazing.
[0040]
In order to form an electrode on the CNT film on the SiC layer, Au is vapor-deposited on the CNT film to a thickness of 1.27 μm by a sputtering method in a 5 × 10 ⁻⁶ Torr atmosphere using a resistance heating vacuum vapor deposition apparatus. Thereafter, the carbon layer 102, the SiC layer 100, and the electrode 103 are etched by ion milling (for example, Ar ions).
[0041]
In this case, an electrode material Au is vapor-deposited on the CNT film, a part of Au is coated (coated) with, for example, an araldite or a paper bond as a mask material, and the Au and CNT are etched by an ion beam milling apparatus. May go.
[0042]
Metal surfaces are formed on the surfaces of the SiC layers 100-1 and 100-2 by vapor deposition or the like, and then the electrodes 104-1 and 104-2 are attached by soldering and brazing.
[0043]
In addition, as a method of manufacturing the CNT film, in addition to using single crystal SiC, a polycrystalline or porous sintered body of SiC may be used (Japanese Patent Application No. 2001-059295).
[0044]
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. The length of highly oriented carbon nanotubes manufactured according to the manufacturing method of Patent Document 3 is currently about 1 mm. Since this is short for forming a thermoelectric conversion element, it has a laminated structure for making it long. In this example, the CNTs are connected to each other with two layers, one of which is inverted.
[0045]
The N-type thermoelectric conversion element has a first and second laminated structure in which an N-type SiC layer 100-1, an N-type carbon layer 102-1 and an N-type carbon nanotube film 101-1 are laminated in this order. , So that the carbon nanotube films 100-1 face each other. A common electrode 103 and an electrode 104-1 are provided on surfaces of the two SiC layers 100-1 opposite to the surface on which the carbon layer 102-1 is provided.
[0046]
The P-type thermoelectric conversion element has a first and second laminated structure in which a P-type SiC layer 100-2, a P-type carbon layer 102-2, and a P-type carbon nanotube film 101-2 are laminated in this order. , So that the carbon nanotube films 100-2 face each other. A common electrode 103 and an electrode 104-2 are provided on surfaces of the two SiC layers opposite to the surface on which the carbon layer is provided.
[0047]
The SiC layers 100-1 and 100-2 are made electrically conductive. Metal surfaces are formed on the surfaces of the SiC layers 100-1 and 100-2 by vapor deposition or the like, and then the electrodes 104-1 and 104-2 are attached by soldering and brazing.
[0048]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention. The length of the highly oriented carbon nanotube produced according to the production method of Patent Document 3 is about 1 mm as described above. This is considered to be determined by the conductance when Si decomposes from SiC and diffuses into vacuum. In other words, as the CNT becomes longer, the Si atoms that decompose and come out are hindered by the CNT, making it difficult to come out, and the length is determined accordingly.
[0049]
Therefore, in this embodiment, the SiC layer is doped with impurities before the production of the carbon nanotube. The doping of the impurity is performed by an ion implantation or a diffusion method.
[0050]
Thereafter, by heating under vacuum, silicon atoms in the SiC single crystal film are removed, and at least a partial thickness of the SiC single crystal film on the surface side includes carbon nanotubes highly oriented in the [111] direction. A carbon nanotube film is produced.
[0051]
Then, the CNT film 101 is cut at a portion where the impurity atoms are present, and the CNT comes off at a constant rate. This corresponds to thinning of a tree just planted in a mountain forest, and a gap is formed, from which Si atoms can easily escape. Therefore, a film made of longer CNTs can be manufactured. That is, the thickness of the carbon nanotube layer can be increased.
[0052]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a carbon nanotube film 101-1 made of a plurality of carbon nanotubes formed to be oriented to extend in the thickness direction of the substrate on SiC layer 100-1 forming the first substrate contains impurities. , An N-type carbon nanotube film 101-2 comprising a plurality of carbon nanotubes formed on a SiC layer 100-2 serving as a second substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate, containing impurities. , P-type, and N-type and P-type carbon nanotube films 101-1 and 101-2 are joined to form a PN junction (form a bonding layer 106), and the first and second substrates are respectively formed. It has electrodes 103A and 103B and constitutes a diode element. Note that the CNT film 101-1 on the first substrate may be bonded to the SiC layer 100-2 forming the second substrate.
[0053]
Similarly, by forming the PN junction surface, various active elements such as a transistor element having a PNP structure, a transistor element having an NPN structure, and a thyristor element having a PNPN structure can be formed.
[0054]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an apparatus configuration for forming an electrode on a CNT film. The attachment of the electrode to the CNT film is performed in the vacuum vessel 200. In the vacuum container 200, the CNT film 101 is vacuum-insulated, heats the filament (tungsten) 202, arranges a gold (Au) wire 201 on the filament 202, and emits radiation and energy from the filament 202, Since the high-temperature Au particles 203 fly, the surface of the CNT film 101 is damaged. In order to avoid this, a cooling device 220 is provided, and Au is deposited while cooling the CNT film 101.
[0055]
In the above embodiment, the carbon layer and the CNT film are formed on the SiC layer. However, the CNT film may be formed on the silicon substrate without the SiC layer and the carbon layer.
[0056]
Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and a person skilled in the art within the scope of the claims set forth in the claims. Needless to say, various changes and modifications that could be made are included.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that an element having a novel function can be formed by injecting impurities into a highly oriented carbon nanotube film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining another embodiment of the present invention, and is a view for explaining the production of a carbon nanotube film into which impurities are introduced.
FIG. 2 is a view for explaining another embodiment of the present invention, and is a view for explaining the production of a carbon nanotube film into which impurities are introduced.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a thermoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a thermoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the present invention, and is a view for explaining the production of a carbon nanotube film into which impurities are introduced.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a diode element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining an apparatus for depositing an electrode on a carbon nanotube film.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 100 SiC layer 101 Carbon nanotube film 102 Carbon layer (amorphous carbon layer)
103, 104 Electrode 105 Cable (conductor)
106 Bonding layer 200 Vacuum container 201 Gold wire 202 Filament 203 Gold particle 204 Flow of gold particle 210 Power supply 220 Cooling device

Claims

基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が、不純物を含み、能動素子として作用するようにしてなる、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。A carbon nanotube film comprising a plurality of carbon nanotubes formed on a substrate and oriented so as to extend in a thickness direction of the substrate, the carbon nanotube film containing impurities and acting as an active element. Nanotube devices.

前記能動素子として、ＰＮ接合を含むダイオード素子、トランジスタ素子、及び、サイリスタ素子の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ・デバイス。The carbon nanotube device according to claim 1, wherein the active element includes at least one of a diode element including a PN junction, a transistor element, and a thyristor element.

第１の基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｐ型とされ、
第２の基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型とされ、
前記Ｐ型とＮ型のカーボンナノチューブ膜が接合してＰＮ接合を形成し、
前記第１と第２の基板、又は前記カーボンナノチューブ膜に電極を備えている、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。A carbon nanotube film made of a plurality of carbon nanotubes formed on the first substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate contains impurities and is P-type.
A carbon nanotube film formed of a plurality of carbon nanotubes formed on the second substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate, including an impurity, being N-type;
The P-type and N-type carbon nanotube films are joined to form a PN junction,
A carbon nanotube device comprising an electrode provided on the first and second substrates or the carbon nanotube film.

基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型又はＰ型の熱電変換素子を構成する、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。A carbon nanotube film comprising a plurality of carbon nanotubes formed on a substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate contains impurities, and constitutes an N-type or P-type thermoelectric conversion element. Carbon nanotube device.

前記基板が、ＳｉＣ層、又はＳｉ層を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のカーボンナノチューブ・デバイス。The carbon nanotube device according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate includes a SiC layer or a Si layer.

ＳｉＣ層と、
前記ＳｉＣ層上に、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなり、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイス。An SiC layer;
A thermoelectric conversion device comprising: a plurality of carbon nanotubes formed on the SiC layer so as to extend in a thickness direction of the SiC layer, the carbon nanotube films being doped with impurities.

Ｓｉ層と、
前記Ｓｉ層上に、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなり、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイス。A Si layer;
A thermoelectric conversion device, comprising: a plurality of carbon nanotubes formed on the Si layer so as to extend in a thickness direction of the SiC layer, the carbon nanotube films being doped with impurities.

前記カーボンナノチューブ膜に、電極材料が蒸着されて形成されてなる電極を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のカーボンナノチューブ・デバイス。The carbon nanotube device according to any one of claims 1 to 4, further comprising an electrode formed by depositing an electrode material on the carbon nanotube film.

Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通電極に接続し、
前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端をそれぞれ第１、第２の電極に接続してなる熱電変換装置において、
前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜に、不純物を導入して、構成されたものである、ことを特徴とする熱電変換装置。Connect one end of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements to a common electrode,
In a thermoelectric conversion device in which the other ends of the P-type and N-type thermoelectric conversion elements are respectively connected to first and second electrodes,
The P-type and N-type thermoelectric conversion elements are:
A thermoelectric conversion device characterized by comprising a carbon nanotube film comprising a plurality of carbon nanotubes formed on a substrate and oriented so as to extend in the thickness direction of the substrate, by introducing impurities into the carbon nanotube film. .

前記カーボンナノチューブ膜を複数層、積層してなる、ことを特徴とする請求項８記載の熱電変換装置。9. The thermoelectric conversion device according to claim 8, wherein a plurality of carbon nanotube films are laminated.

不純物のイオン注入又は拡散により、カーボンナノチューブ膜をＮ型又はＰ型としてなる、ことを特徴とする請求項８又は９記載の熱電変換装置。10. The thermoelectric conversion device according to claim 8, wherein the carbon nanotube film becomes N-type or P-type by ion implantation or diffusion of impurities.

前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
それぞれが、ＳｉＣ層又はＳｉ層からなる基板と、
基板上に、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜と、
を少なくとも含む第１、第２の積層体を備え、
前記第１、第２の積層体の互いのカーボンナノチューブ膜が向かい合うようにして積層し、
前記第１、第２の積層体の各ＳｉＣ層は電気的に導電性とされ、
前記第１、第２の積層体のそれぞれについて、前記ＳｉＣ層の、前記カーボン層の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ電極を備えている、ことを特徴とする請求項８記載の熱電変換装置。The P-type and N-type thermoelectric conversion elements are:
A substrate made of a SiC layer or a Si layer,
On the substrate, a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to extend in a direction perpendicular to the substrate surface,
First and second laminates including at least:
The first and second laminates are laminated so that the carbon nanotube films of each other face each other,
Each of the SiC layers of the first and second laminates is electrically conductive,
9. The device according to claim 8, wherein each of the first and second laminates is provided with an electrode on a surface of the SiC layer opposite to a surface on which the carbon layer is provided. Thermoelectric converter.

基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜に対して、不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。Producing a carbon nanotube film, comprising: introducing an impurity into a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed on a substrate so as to extend in the thickness direction of the substrate. Method.

基板厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜を有する基板の、前記カーボンナノチューブ膜が設けられる側とは反対側から、不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。A step of introducing impurities from a side of the substrate having a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to be oriented so as to extend in the substrate thickness direction, from a side opposite to a side on which the carbon nanotube film is provided. A method for producing a carbon nanotube film.

前記不純物を導入する工程が、拡散法又はイオン注入で行われる、ことを特徴とする、請求項１３又は１４記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。The method for producing a carbon nanotube film according to claim 13, wherein the step of introducing the impurity is performed by a diffusion method or ion implantation.

ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜とを少なくとも有し、
前記カーボンナノチューブ膜の反対側の前記ＳｉＣ層側からイオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させて、ＳｉＣ層の電気伝導性を確保する、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。An SiC layer, and at least a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to be oriented to extend in the thickness direction of the SiC layer,
A method of manufacturing a carbon nanotube film, comprising: implanting an ion beam from the SiC layer side opposite to the carbon nanotube film or diffusing impurities to secure electrical conductivity of the SiC layer.

ＳｉＣ層に不純物を導入する工程と、
前記ＳｉＣ層への不純物の導入後、真空下において、前記ＳｉＣ層を、該真空の真空度において、ＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することで、前記ＳｉＣ層から珪素原子を除去することで、カーボンナノチューブを作製し、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延在するように配向したカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。Introducing an impurity into the SiC layer;
After introducing the impurities into the SiC layer, the silicon atoms are heated from the SiC layer under vacuum to a temperature at which SiC is decomposed and silicon atoms are lost at a degree of vacuum. By removing the carbon nanotubes, the carbon nanotubes oriented so as to extend in the thickness direction of the SiC layer are made to escape, thereby increasing the thickness of the carbon nanotube film. To manufacture a carbon nanotube film.

ＳｉＣ層に、真空下、電磁波を照射して、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜を作製する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。Irradiating the SiC layer with an electromagnetic wave under vacuum to produce a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes formed to be oriented so as to extend in the thickness direction of the SiC layer; A method for producing a nanotube film.

前記ＳｉＣ層に不純物を導入し、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする、請求項１８記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。Introducing an impurity into the SiC layer to cause a plurality of carbon nanotubes formed to be oriented so as to extend in the thickness direction of the SiC layer to cause a drop, thereby increasing the thickness of the carbon nanotube film. The method for producing a carbon nanotube film according to claim 18, wherein

前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成するにあたり、真空下、前記カーボンナノチューブ膜を冷却して前記カーボンナノチューブ膜上に電極材料を蒸着させる、ことを特徴とする、請求項１３記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。The method for producing a carbon nanotube film according to claim 13, wherein, in forming an electrode on the carbon nanotube film, the carbon nanotube film is cooled under vacuum to deposit an electrode material on the carbon nanotube film. Method.

前記カーボンナノチューブ膜上に被着された前記電極材料をイオンミリング法でパタン形成する、ことを特徴とする、請求項２０記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。21. The method for manufacturing a carbon nanotube film according to claim 20, wherein the electrode material deposited on the carbon nanotube film is patterned by an ion milling method.