JP2013170101A - Nanowire and method for producing the same - Google Patents

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Akio Kawabata
章夫 川端
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanowire having stable properties which are hardly affected by the environment and a method for producing the same.SOLUTION: An opening of nano-size is formed in a substrate. A carbon-containing material is embedded in the opening to form a linear structure of the nano-size in the opening. Heat treatment is then carried out, whereby carbon in the material is segregated on the surface of the linear structure to form a film of carbon.

Description

本発明は、ナノワイヤ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nanowire and a manufacturing method thereof.

近年、新素材の一つとして、ナノメートルサイズの大きさのナノ素材が注目されている。物質をナノメートルサイズまで微細化すると、量子効果が顕在化し、従来の物理特性とは異なる振る舞いを発現することがある。ナノ素材は、物質をナノメートルサイズまで微細化することにより発現する新たな物性を用いたものであり、電子材料分野のみならず種々の分野への応用が期待されている。   In recent years, nanometer-sized nanomaterials have attracted attention as one of the new materials. When a material is miniaturized to a nanometer size, the quantum effect becomes obvious and may exhibit a behavior different from the conventional physical properties. Nanomaterials use new physical properties that are developed by refining materials to nanometer size, and are expected to be applied not only to the field of electronic materials but also to various fields.

このようなナノ素材の一つとして、ナノワイヤが挙げられる。ナノワイヤとは、所定の材料をナノメートルサイズの細線状に加工したものである。ナノワイヤを形成する材料は、特に限定されるものではなく、金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、高分子ナノワイヤなど、種々の材料のナノワイヤが検討されている。   One such nanomaterial is a nanowire. The nanowire is obtained by processing a predetermined material into a nanometer-size thin wire. The material for forming the nanowire is not particularly limited, and nanowires of various materials such as metal nanowires, semiconductor nanowires, and polymer nanowires have been studied.

特開２０１０−２０８９２５号公報JP 2010-208925 A 特開２０１０−２７７９８４号公報JP 2010-277984 A

しかしながら、ナノワイヤを形成する材料によっては、それが置かれる環境がナノワイヤの特性自体に悪影響を及ぼすことがある。例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の比較的酸化されやすい金属により形成された金属ナノワイヤでは、大気暴露によって酸化され、所望の特性が得られないことがあった。このため、金属ナノワイヤのみならず、他の材料のナノワイヤにおいても、環境による影響を受けにくいナノワイヤの構造及びその製造方法が待望されていた。   However, depending on the material forming the nanowire, the environment in which it is placed can adversely affect the properties of the nanowire itself. For example, metal nanowires formed of metals that are relatively easily oxidized, such as copper (Cu), aluminum (Al), and titanium (Ti), may be oxidized by exposure to the atmosphere and may not obtain desired characteristics. For this reason, not only metal nanowires but also nanowires of other materials have been expected to have a nanowire structure and a method for manufacturing the same that are less susceptible to environmental influences.

本発明の目的は、環境による影響を受けにくい特性の安定したナノワイヤ及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a nanowire having stable characteristics that are not easily affected by the environment and a method for manufacturing the nanowire.

実施形態の一観点によれば、基板にナノサイズの開口部を形成する工程と、前記開口部内に炭素を含む材料を埋め込み、前記開口部内に前記材料の前記ナノサイズの線状構造体を形成する工程と、熱処理を行い、前記材料中の炭素を前記線状構造体の表面に偏析させて炭素の被膜を形成する工程とを有するナノワイヤの製造方法が提供される。   According to one aspect of the embodiment, a step of forming a nano-sized opening in a substrate, a material containing carbon in the opening is embedded, and the nano-sized linear structure of the material is formed in the opening. There is provided a method for producing a nanowire, which includes a step of performing a heat treatment, and segregating carbon in the material onto the surface of the linear structure to form a carbon film.

また、実施形態の他の観点によれば、基板上に、カーボンナノチューブを成長する工程と、成長した前記カーボンナノチューブの先端部を開端する工程と、開端した前記カーボンナノチューブ内に所定の材料を埋め込み、表面が前記カーボンナノチューブで被覆された線状構造体を形成する工程とを有するナノワイヤの製造方法が提供される。   According to another aspect of the embodiment, a step of growing carbon nanotubes on a substrate, a step of opening a tip portion of the grown carbon nanotubes, and embedding a predetermined material in the opened carbon nanotubes And a step of forming a linear structure whose surface is coated with the carbon nanotubes.

また、実施形態の更に他の観点によれば、ナノサイズの線状構造体と、前記線状構造体を被覆する炭素の被膜とを有するナノワイヤが提供される。   According to still another aspect of the embodiment, a nanowire having a nano-sized linear structure and a carbon film covering the linear structure is provided.

開示のナノワイヤ及びその製造方法によれば、ナノワイヤの主材である線状構造体の表面に炭素の被膜で覆うので、環境による影響を受けにくく特性の安定したナノワイヤを実現することができる。   According to the disclosed nanowire and the manufacturing method thereof, the surface of the linear structure, which is the main material of the nanowire, is covered with the carbon coating, so that it is possible to realize a nanowire that is hardly affected by the environment and has stable characteristics.

図１は、第１実施形態によるナノワイヤの構造を示す概略断面図（その１）である。FIG. 1 is a schematic sectional view (No. 1) showing the structure of a nanowire according to the first embodiment. 図２は、第１実施形態によるナノワイヤの構造を示す概略断面図（その２）である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (part 2) showing the structure of the nanowire according to the first embodiment. 図３は、第１実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図（その１）である。FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method of manufacturing a nanowire according to the first embodiment. 図４は、第１実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図（その２）である。FIG. 4 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method of manufacturing a nanowire according to the first embodiment. 図５は、第１実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図（その３）である。FIG. 5 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the method of manufacturing a nanowire according to the first embodiment. 図６は、第２実施形態によるナノワイヤの構造を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the nanowire according to the second embodiment. 図７は、第２実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図（その１）である。FIG. 7 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method of manufacturing a nanowire according to the second embodiment. 図８は、第２実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図（その２）である。FIG. 8 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method of manufacturing a nanowire according to the second embodiment.

［第１実施形態］
第１実施形態によるナノワイヤ及びその製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。 [First Embodiment]
The nanowire according to the first embodiment and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

図１及び図２は、本実施形態によるナノワイヤの構造を示す概略断面図である。図３乃至図５は、本実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図である。   1 and 2 are schematic cross-sectional views illustrating the structure of the nanowire according to the present embodiment. 3 to 5 are process cross-sectional views illustrating the nanowire manufacturing method according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態によるナノワイヤの構造について図１及び図２を用いて説明する。   First, the structure of the nanowire according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態によるナノワイヤ２０は、図１に示すように、ナノサイズの線状構造体１６が炭素被膜１８により被覆されたものである。ここで、ナノサイズとは、特に限定されるものではないが、１００ｎｍ程度以下のサイズを意味する。本明細書においてナノサイズの線状構造体は、直径が１００ｎｍ程度以下の線状構造体である。線状構造体１６の長さは、特に限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, the nanowire 20 according to the present embodiment is a nanosized linear structure 16 covered with a carbon film 18. Here, the nano size is not particularly limited, but means a size of about 100 nm or less. In this specification, the nano-sized linear structure is a linear structure having a diameter of about 100 nm or less. The length of the linear structure 16 is not particularly limited.

線状構造体１６の構成材料は、特に限定されるものではないが、例えば、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）等の絶縁体材料等が挙げられる。等が挙げられる。炭素被膜１８は、アモルファスのカーボン層でもよく、望ましくはグラファイト層である。   Although the constituent material of the linear structure 16 is not specifically limited, For example, copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo), aluminum (Al), titanium (Ti) Metal materials such as silicon semiconductor materials such as silicon (Si) and germanium (Ge), and insulator materials such as molybdenum oxide (MoOx). Etc. The carbon coating 18 may be an amorphous carbon layer, preferably a graphite layer.

ナノワイヤ２０の主材からなる線状構造体１６を熱的・化学的に安定な炭素被膜１８により被覆することにより、ナノワイヤ２０が置かれる環境による影響、例えば酸化を防止することができる。これにより、特性の安定したナノワイヤ２０を形成することができる。   By covering the linear structure 16 made of the main material of the nanowire 20 with the thermally and chemically stable carbon coating 18, the influence of the environment in which the nanowire 20 is placed, such as oxidation, can be prevented. Thereby, the nanowire 20 with stable characteristics can be formed.

図１には、一例として、基板１０上に形成された絶縁膜１２に埋め込まれた状態のナノワイヤ２０を示している。絶縁膜１２に埋め込まれたナノワイヤ２０は、例えば、電子デバイスの配線材として用いることができる。例えば、基板１０に形成された電子素子（図示せず）から引き出すための配線として、ナノワイヤ２０を用いることができる。ナノワイヤ２０は必ずしも絶縁膜１４に埋め込まれている必要はなく、ナノワイヤが必要とされる構造体の所望の部位に適宜使用することができる。   As an example, FIG. 1 shows a nanowire 20 embedded in an insulating film 12 formed on a substrate 10. The nanowire 20 embedded in the insulating film 12 can be used as a wiring material of an electronic device, for example. For example, the nanowire 20 can be used as wiring for drawing out from an electronic element (not shown) formed on the substrate 10. The nanowire 20 does not necessarily need to be embedded in the insulating film 14, and can be used appropriately in a desired portion of the structure where the nanowire is required.

なお、図１に示すナノワイヤ２０では、ナノワイヤ２０の総ての外表面（側面部、底面及び上面）を炭素被膜１８により覆っているが、必ずしも外表面の全面を覆う必要はない。例えば図２に示すように、ナノワイヤ２０の上面に線状構造体１６を露出するようにしてもよい。   In the nanowire 20 shown in FIG. 1, all the outer surfaces (side surfaces, bottom surface, and upper surface) of the nanowire 20 are covered with the carbon coating 18, but it is not always necessary to cover the entire outer surface. For example, as shown in FIG. 2, the linear structure 16 may be exposed on the upper surface of the nanowire 20.

次に、本実施形態によるナノワイヤの製造方法について図３乃至図５を用いて説明する。ここではナノワイヤ２０の線状構造体１６を銅により形成する場合を説明するが、銅以外の材料を用いる場合にも同様の手法を用いることができる。   Next, the manufacturing method of the nanowire according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. Here, the case where the linear structure 16 of the nanowire 20 is formed of copper will be described, but the same method can be used when a material other than copper is used.

まず、基板１０上に、例えばＣＶＤ法等により、シリコン酸化膜などの絶縁膜１２を形成する。基板１０は、用途に応じて任意に選択することができ、特に限定されるものではない。例えば、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などを用いることができる。また、ナノワイヤ２０を配線材として用いる場合には、トランジスタ等の素子や配線層が形成された基板等を用いてもよい。   First, an insulating film 12 such as a silicon oxide film is formed on the substrate 10 by, eg, CVD. The board | substrate 10 can be arbitrarily selected according to a use, and is not specifically limited. For example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an alumina (sapphire) substrate, an MgO substrate, a glass substrate, or the like can be used. Further, when the nanowire 20 is used as a wiring material, an element such as a transistor or a substrate on which a wiring layer is formed may be used.

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、絶縁膜１２のナノワイヤ形成領域に開口部１４を形成する（図３（ａ））。開口部１４の開口径は、形成しようとするナノワイヤ２０の径に相当し、特に限定されるものではないが、例えば２０ｎｍ程度とする。   Next, an opening 14 is formed in the nanowire formation region of the insulating film 12 by photolithography and dry etching (FIG. 3A). The opening diameter of the opening 14 corresponds to the diameter of the nanowire 20 to be formed, and is not particularly limited, but is, for example, about 20 nm.

なお、基板１０上に絶縁膜１２を形成せずに、基板１０に直に開口部１４を形成するようにしてもよい。本明細書では、基板上に形成された絶縁膜をも含めて「基板」と表現することもある。   The opening 14 may be formed directly on the substrate 10 without forming the insulating film 12 on the substrate 10. In this specification, the term “substrate” may be used to include an insulating film formed over a substrate.

次いで、開口部１４が形成された絶縁膜１２上に、例えば電子ビーム蒸着法により、線状構造体１６の主材となる材料、ここでは銅を堆積し、銅膜１６ａを形成する（図３（ｂ））。銅膜１６ａは、開口部１４内に埋め込まれるとともに、絶縁膜１２上に堆積される。   Next, a material that is a main material of the linear structure 16, here, copper is deposited on the insulating film 12 in which the opening 14 is formed, for example, by an electron beam evaporation method, thereby forming a copper film 16 a (FIG. 3). (B)). The copper film 16 a is embedded in the opening 14 and deposited on the insulating film 12.

この際、蒸着源には予め炭素を導入しておき、成膜する銅膜１６ａ中に１％〜１０％程度の炭素を添加する。銅膜１６ａ中に添加する炭素の量は、後述する熱処理によって、表面に少なくとも１層のグラフェン相当の炭素が偏析するように、主材中における炭素の固溶限、形成しようとするナノワイヤ２０の径等に応じて、適宜設定する。   At this time, carbon is introduced into the vapor deposition source in advance, and about 1% to 10% of carbon is added to the copper film 16a to be formed. The amount of carbon added to the copper film 16a is such that the carbon corresponding to at least one layer of graphene is segregated on the surface by the heat treatment described later, the solid solubility limit of carbon in the main material, and the nanowire 20 to be formed. It sets suitably according to a diameter etc.

なお、ここでは成膜の容易性から電子ビーム蒸着法を用いているが、線状構造体１６となる主材の成膜には、他の方法を用いてもよい。例えば電子ビーム蒸着法に代えて、電界めっき法等により銅膜１６ａを形成することもできる。ナノワイヤ２０を形成するための微細な開口部１４を埋め込むという観点からは、指向性の高い成膜方法が望ましい。   Here, the electron beam vapor deposition method is used because of the ease of film formation, but other methods may be used for film formation of the main material to be the linear structure 16. For example, the copper film 16a can be formed by an electroplating method or the like instead of the electron beam evaporation method. From the viewpoint of embedding the fine opening 14 for forming the nanowire 20, a film forming method with high directivity is desirable.

次いで、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、絶縁膜１２上の不要な銅膜１６ａを除去する（図４（ａ））。   Next, the unnecessary copper film 16a on the insulating film 12 is removed by, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) (FIG. 4A).

次いで、不活性ガス雰囲気、例えばアルゴン又は窒素雰囲気中で、例えば６００℃程度の熱処理を行う。銅中の炭素の固溶度は低いため、この熱処理によって銅膜１６ａ中の炭素が銅膜１６ａの周囲に偏析し、グラファイトの炭素被膜１８が形成される。これにより、開口部１４内に、銅の線状構造体１６の周囲が炭素被膜１８により被覆されたナノワイヤ２０を形成する（図４（ｂ））。   Next, heat treatment is performed at about 600 ° C. in an inert gas atmosphere, for example, an argon or nitrogen atmosphere. Since the solid solubility of carbon in copper is low, the carbon in the copper film 16a is segregated around the copper film 16a by this heat treatment, and a carbon film 18 of graphite is formed. Thereby, the nanowire 20 in which the periphery of the copper linear structure 16 is covered with the carbon coating 18 is formed in the opening 14 (FIG. 4B).

熱処理条件は、膜中の炭素が周囲に偏析して炭素被膜１８が形成されるように、線状構造体１６の主材となる材料に応じて適宜設定する。例えば、線状構造体１６の主材が銅の場合、４００℃〜８００℃の温度の熱処理を適用することができる。線状構造体１６の主材がコバルトの場合、例えば４００℃前後の温度の熱処理を適用することができる。   The heat treatment conditions are appropriately set according to the material to be the main material of the linear structure 16 so that the carbon in the film is segregated around and the carbon film 18 is formed. For example, when the main material of the linear structure 16 is copper, heat treatment at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. can be applied. When the main material of the linear structure 16 is cobalt, for example, heat treatment at a temperature of about 400 ° C. can be applied.

熱処理雰囲気には、真空、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気、水素ガス等の還元性ガス雰囲気等を用いることができる。真空中で熱処理を行う場合、電子ビーム蒸着から連続して行うようにしてもよい。   As the heat treatment atmosphere, a vacuum, an inert atmosphere such as argon or nitrogen, a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas, or the like can be used. When heat treatment is performed in a vacuum, the heat treatment may be performed continuously from electron beam evaporation.

炭素被膜１８を形成する熱処理は、ＣＭＰ法による不要な銅膜１６ａの除去前に行ってもよい。   The heat treatment for forming the carbon film 18 may be performed before the unnecessary copper film 16a is removed by the CMP method.

この場合、図３（ａ）に示す状態で熱処理を行い、銅膜１６ａの周囲に炭素被膜１８を形成する（図５（ａ））。   In this case, heat treatment is performed in the state shown in FIG. 3A to form a carbon film 18 around the copper film 16a (FIG. 5A).

次いで、ＣＭＰ法により、絶縁膜１２上の不要な銅膜１６ａ及び炭素被膜１８を除去する。これにより、開口部１４内に、銅の線状構造体１６の側面部及び底面が炭素被膜１８により被覆されたナノワイヤ２０を形成する（図５（ｂ））。   Next, unnecessary copper film 16a and carbon film 18 on insulating film 12 are removed by CMP. As a result, the nanowire 20 in which the side surface and the bottom surface of the copper linear structure 16 are covered with the carbon coating 18 is formed in the opening 14 (FIG. 5B).

この後、必要に応じて、ナノワイヤ２０を基板１０から取り外し、所望の目的に使用してもよい。   Thereafter, if necessary, the nanowire 20 may be detached from the substrate 10 and used for a desired purpose.

このように、本実施形態によれば、線状構造体の表面に炭素の被膜を形成するので、環境による影響を抑制し、特性の安定したナノワイヤを形成することができる。   Thus, according to this embodiment, since the carbon film is formed on the surface of the linear structure, the influence of the environment can be suppressed, and nanowires with stable characteristics can be formed.

［第２実施形態］
第２実施形態によるナノワイヤ及びその製造方法について図６乃至図８を用いて説明する。 [Second Embodiment]
A nanowire according to the second embodiment and a method for manufacturing the nanowire will be described with reference to FIGS.

図６は、本実施形態によるナノワイヤの構造を示す概略断面図である。図７及び図８は、本実施形態によるナノワイヤの製造方法を示す工程断面図である。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the nanowire according to the present embodiment. 7 and 8 are process cross-sectional views illustrating the nanowire manufacturing method according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態によるナノワイヤの構造について図６を用いて説明する。   First, the structure of the nanowire according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態によるナノワイヤ４０は、図６に示すように、主材の線状構造体３８が、グラフェンの筒状体であるカーボンナノチューブ３６により被覆されたものである。線状構造体３８の構成材料は、特に限定されるものではないが、例えば、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料等、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）等の絶縁体材料等が挙げられる。カーボンナノチューブ３６は、単層カーボンナノチューブでも多層カーボンナノチューブでもよい。   As shown in FIG. 6, the nanowire 40 according to the present embodiment is obtained by covering a main-structure linear structure 38 with a carbon nanotube 36 that is a graphene cylindrical body. The constituent material of the linear structure 38 is not particularly limited. For example, copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo), aluminum (Al), titanium (Ti) Metal materials such as silicon semiconductor materials such as silicon (Si) and germanium (Ge), and insulator materials such as molybdenum oxide (MoOx). The carbon nanotubes 36 may be single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.

ナノワイヤ４０の主材からなる線状構造体３６を熱的・化学的に安定なカーボンナノチューブ３８により被覆することにより、ナノワイヤ４０が置かれる環境による影響、例えば酸化を防止することができる。これにより、特性の安定したナノワイヤ４０を形成することができる。   By covering the linear structure 36 made of the main material of the nanowire 40 with the thermally and chemically stable carbon nanotubes 38, it is possible to prevent the influence of the environment in which the nanowire 40 is placed, for example, oxidation. Thereby, the nanowire 40 with stable characteristics can be formed.

次に、本実施形態によるナノワイヤの製造方法について図７及び図８を用いて説明する。   Next, the nanowire manufacturing method according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

まず、基板３０上に、例えばスパッタ法によりコバルト（Ｃｏ）を堆積し、例えば膜厚１ｎｍ〜２ｎｍ程度のコバルトの触媒金属膜３２を形成する（図７（ａ））。基板３０は、用途に応じて任意に選択することができ、特に限定されるものではない。例えば、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上にシリコン酸化膜などの絶縁膜が形成されたものを用いることができる。   First, cobalt (Co) is deposited on the substrate 30 by, for example, sputtering to form a catalytic metal film 32 of cobalt having a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example (FIG. 7A). The board | substrate 30 can be selected arbitrarily according to a use, and is not specifically limited. For example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an alumina (sapphire) substrate, an MgO substrate, a glass substrate, or the like can be used. In addition, a thin film may be formed on these substrates. For example, a silicon substrate in which an insulating film such as a silicon oxide film is formed can be used.

触媒金属膜３２は、カーボンナノチューブを合成する際の触媒として用いるものであり、触媒作用するものであれば、コバルトに限定されるものではない。例えば、コバルトのほか、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）若しくはパラジウム（Ｐｄ）又はこれらの少なくとも１種類を含む合金を適用することができる。   The catalytic metal film 32 is used as a catalyst for synthesizing carbon nanotubes, and is not limited to cobalt as long as it can act as a catalyst. For example, in addition to cobalt, nickel (Ni), iron (Fe), palladium (Pd), or an alloy containing at least one of these can be used.

また、基板３０上に、触媒金属膜３２の下地となる下地層を形成するようにしてもよい。下地層としては、チタン、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）若しくは銅（Ｃｕ）、又はこれらの窒化物や酸化物を適用することができる。   In addition, a base layer serving as a base for the catalytic metal film 32 may be formed on the substrate 30. As the underlayer, titanium, tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), copper (Cu), or nitrides or oxides thereof Can be applied.

次いで、真空中、不活性雰囲気、還元ガス雰囲気などで熱処理を行い、触媒金属膜３２を凝集させ、粒径が数ｎｍ程度の触媒金属微粒子３４を形成する（図７（ｂ））。例えば、アルゴン雰囲気中で、４５０℃程度の熱処理を行い、触媒金属微粒子３４を形成する。触媒金属微粒子３４を形成する熱処理は、触媒金属材料に応じて適宜選択することが望ましい。   Next, heat treatment is performed in a vacuum, an inert atmosphere, a reducing gas atmosphere, or the like to agglomerate the catalytic metal film 32 to form catalytic metal fine particles 34 having a particle size of about several nanometers (FIG. 7B). For example, heat treatment at about 450 ° C. is performed in an argon atmosphere to form the catalyst metal fine particles 34. It is desirable that the heat treatment for forming the catalyst metal fine particles 34 is appropriately selected according to the catalyst metal material.

なお、触媒金属膜３２を凝集して触媒金属微粒子３４を形成する代わりに、例えばレーザーアブレーション法、スパッタ法、真空蒸着法、エアロゾル法、アークプラズマガン法等により、触媒金属微粒子３４を基板３０上に直に形成するようにしてもよい。   Instead of agglomerating the catalyst metal film 32 to form the catalyst metal fine particles 34, the catalyst metal fine particles 34 are formed on the substrate 30 by, for example, laser ablation, sputtering, vacuum deposition, aerosol, arc plasma gun, or the like. Alternatively, it may be formed directly.

次いで、触媒金属微粒子３４を触媒として、カーボンナノチューブ３６を成長する（図７（ｃ））。例えば、熱ＣＶＤ法により、原料ガスとしてアルゴンで希釈したアセチレンガスを用い、４５０℃程度の温度で合成を行い、カーボンナノチューブ３６を成長する。原料ガスとしては、アセチレンのほか、メタン、エチレン、アルコール等を用いてもよい。   Next, the carbon nanotubes 36 are grown using the catalytic metal fine particles 34 as a catalyst (FIG. 7C). For example, carbon nanotubes 36 are grown by thermal CVD using acetylene gas diluted with argon as a source gas at a temperature of about 450 ° C. As the source gas, methane, ethylene, alcohol, or the like may be used in addition to acetylene.

次いで、カーボンナノチューブ３６を開端する（図８（ａ））。例えば、真空中で例えば４５０℃程度の温度で加熱し、酸素を導入することにより、カーボンナノチューブ３６の上端部を開端することができる。   Next, the carbon nanotubes 36 are opened (FIG. 8A). For example, the upper end portion of the carbon nanotube 36 can be opened by heating in a vacuum at a temperature of about 450 ° C. and introducing oxygen.

次いで、電子ビーム蒸着法により、線状構造体３８となる主材を真空蒸着する。線状構造体３８となる主材は、特に限定されるものではなく、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、シリコン、ゲルマニウム、銅、チタン等を適用することができる。   Next, the main material to be the linear structure 38 is vacuum-deposited by electron beam evaporation. The main material that becomes the linear structure 38 is not particularly limited, and molybdenum oxide (MoOx), silicon, germanium, copper, titanium, or the like can be applied.

カーボンナノチューブ３６が開端した状態で、０．０１ｎｍ／秒〜１０ｎｍ／秒程度のレートで真空蒸着を行うと、蒸着原子はカーボンナノチューブ３６内に優先的に導入され、カーボンナノチューブ３６内が蒸着原子によって満たされる。これにより、カーボンナノチューブ３６内に、蒸着原子による線状構造体３８を形成することができる。   When vacuum deposition is performed at a rate of about 0.01 nm / second to 10 nm / second with the carbon nanotubes 36 being open, the deposited atoms are preferentially introduced into the carbon nanotubes 36, and the inside of the carbon nanotubes 36 is formed by the deposited atoms. It is filled. Thereby, the linear structure 38 by vapor deposition atoms can be formed in the carbon nanotube 36.

こうして、線状構造体３８の側面がグラフェンの筒状体であるカーボンナノチューブ３６で被覆されたナノワイヤ４０を形成する（図８（ｂ））。   Thus, the nanowire 40 in which the side surface of the linear structure 38 is covered with the carbon nanotube 36 that is a cylindrical body of graphene is formed (FIG. 8B).

この後、必要に応じて、ナノワイヤ４０を基板３０から取り外し、所望の目的に使用してもよい。   Thereafter, if necessary, the nanowire 40 may be detached from the substrate 30 and used for a desired purpose.

このように、本実施形態によれば、線状構造体の表面をカーボンナノチューブで被覆するので、環境による影響を抑制し、特性の安定したナノワイヤを形成することができる。   Thus, according to this embodiment, since the surface of the linear structure is covered with carbon nanotubes, the influence of the environment can be suppressed and nanowires with stable characteristics can be formed.

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。 [Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記実施形態に記載したナノワイヤの構造、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。   For example, the structure, constituent materials, manufacturing conditions, and the like of the nanowires described in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately modified or changed according to the common general knowledge of those skilled in the art.

例えば、上記実施形態では、線状構造体の構成材料として、銅、コバルト、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、チタン等の金属材料、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料、酸化モリブデン等の絶縁体材料等を例示したが、ナノワイヤの主材はこれらに限定されるものではない。金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、高分子ナノワイヤなど、種々の材料の種々のナノワイヤに適用することができる。   For example, in the above embodiment, examples of the constituent material of the linear structure include metal materials such as copper, cobalt, nickel, molybdenum, aluminum, and titanium, semiconductor materials such as silicon and germanium, and insulator materials such as molybdenum oxide. However, the main material of the nanowire is not limited to these. It can be applied to various nanowires of various materials such as metal nanowires, semiconductor nanowires, and polymer nanowires.

特に、第１実施形態の製造方法は炭素の固溶限が低い材料のナノワイヤの製造に好適であり、第２実施形態の製造方法はカーボンナノチューブ内への選択的な埋め込み特性の良好な材料のナノワイヤの製造に好適である。   In particular, the manufacturing method of the first embodiment is suitable for manufacturing nanowires having a low carbon solid solubility limit, and the manufacturing method of the second embodiment is a material having good selective embedding characteristics in carbon nanotubes. Suitable for production of nanowires.

１０…基板
１２…絶縁膜
１４…開口部
１６ａ…銅膜
１６…線状構造体
１８…炭素被覆
２０…ナノリボン
３０…基板
３２…触媒金属膜
３４…触媒金属微粒子
３６…カーボンナノチューブ
３８…線状構造体
４０…ナノリボン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 12 ... Insulating film 14 ... Opening 16a ... Copper film 16 ... Linear structure 18 ... Carbon coating 20 ... Nanoribbon 30 ... Substrate 32 ... Catalyst metal film 34 ... Catalyst metal fine particle 36 ... Carbon nanotube 38 ... Linear structure Body 40 ... Nanoribbon

Claims (9)

基板にナノサイズの開口部を形成する工程と、
前記開口部内に炭素を含む材料を埋め込み、前記開口部内に前記材料の前記ナノサイズの線状構造体を形成する工程と、
熱処理を行い、前記材料中の炭素を前記線状構造体の表面に偏析させて炭素の被膜を形成する工程と
を有することを特徴とするナノワイヤの製造方法。 Forming nano-sized openings in the substrate;
Embedding a material containing carbon in the opening, and forming the nano-sized linear structure of the material in the opening; and
Performing a heat treatment to cause carbon in the material to segregate on the surface of the linear structure to form a carbon film. 請求項１記載のナノワイヤの製造方法において、
前記線状構造体を形成する工程は、前記開口部が形成された前記基板上の全面に、炭素を含む前記材料を堆積する工程と、前記基板上の不要な前記材料を除去する工程とを有する
ことを特徴とするナノワイヤの製造方法。 In the manufacturing method of the nanowire of Claim 1,
The step of forming the linear structure includes a step of depositing the material containing carbon on the entire surface of the substrate in which the opening is formed, and a step of removing unnecessary material on the substrate. A method for producing nanowires, comprising: 基板上に、カーボンナノチューブを成長する工程と、
成長した前記カーボンナノチューブの先端部を開端する工程と、
開端した前記カーボンナノチューブ内に所定の材料を埋め込み、表面が前記カーボンナノチューブで被覆された線状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするナノワイヤの製造方法。 Growing carbon nanotubes on a substrate;
Opening the tips of the grown carbon nanotubes;
And a step of embedding a predetermined material in the opened carbon nanotubes to form a linear structure whose surface is covered with the carbon nanotubes. 請求項３記載のナノワイヤの製造方法において、
真空蒸着により、前記カーボンナノチューブ内に前記材料を埋め込む
ことを特徴とするナノワイヤの製造方法。 In the manufacturing method of the nanowire of Claim 3,
A method for producing a nanowire, wherein the material is embedded in the carbon nanotubes by vacuum deposition. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のナノワイヤの製造方法において、
前記材料は、金属材料である
ことを特徴とするナノワイヤの製造方法。 In the manufacturing method of the nanowire of any one of Claims 1 thru | or 4,
The said material is a metal material. The manufacturing method of the nanowire characterized by the above-mentioned. ナノサイズの線状構造体と、
前記線状構造体を被覆する炭素の被膜と
を有することを特徴とするナノワイヤ。 A nano-sized linear structure;
A nanowire comprising: a carbon film covering the linear structure. 請求項６記載のナノワイヤにおいて、
前記被膜は、グラファイトである
ことを特徴とするナノワイヤ。 The nanowire of claim 6, wherein
The nanowire, wherein the coating is graphite. 請求項６記載のナノワイヤにおいて、
前記被膜は、カーボンナノチューブである
ことを特徴とするナノワイヤ The nanowire of claim 6, wherein
The coating is a carbon nanotube. Nanowire characterized in that 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のナノワイヤにおいて、
前記線状構造体は、金属材料により形成されている
ことを特徴とするナノワイヤ。
The nanowire according to any one of claims 6 to 8,
The said linear structure is formed with the metal material. Nanowire characterized by the above-mentioned.
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