JP5194514B2 - 基板構造及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、炭素元素からなる線状構造体である、いわゆるカーボン・ナノ・チューブ(Carbon Nano Tube:CNT)やカーボンナノファイバー(Carbon Nano Fiber:CNF)等を用いた基板構造及びその製造方法に関する。
炭素系自己組織的材料である線状構造体のCNTやCNF、特にCNTは、その多くの魅力的な物性から注目を集めている。
CNTは、電気抵抗が低く、機械的強度が高いという優れた性質から、LSIに代表される半導体装置や加速度センサ等の各種センサ、電子デバイスや放熱デバイス等、幅広い分野への適用が期待されている。
特開2005−145743号公報 特開2006−255817号公報
CNTを高密度にしかもムラなく成長させるには、CNT成長の核(起点)となる触媒金属が高密度でしかも独立して存在している必要がある。そのため、触媒金属を下地薄膜上に微粒子状に堆積する技術が開発されている。しかしながら、このように触媒微粒子を堆積すると、CNTの成長温度に達した時点で触媒微粒子の凝集が生じる。具体例を図7に示す。この場合、シリコン基板101上の下地薄膜102上には様々なサイズの触媒微粒子の凝集体103がランダムに存する状態となり、初期の微粒子形状は維持されず、触媒微粒子の密度が低下する(図7(a))。CNTの直径は触媒微粒子のサイズにより規定されるため、CNT104は形成位置及び直径が不均一に形成されてしまい(図7(b))、CNTの高密度成長が困難であるという問題があった。
例えば、特許文献1には、下地薄膜であるアルミニウム層上に触媒金属層を形成した後、熱処理により触媒金属を含む微粒子を形成する技術が開示されている。この手法では、微粒子形状を所望に制御することが困難であり、従って上記と同様に触媒微粒子の密度の低下を招来する。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、直径が均一に制御されたムラのない高密度の炭素元素からなる線状構造体の成長を可能とする基板構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の基板構造は、基板と、前記基板の上方の所定領域に形成された下地材料と、前記所定領域に形成された触媒材料と、前記触媒材料上に形成された炭素元素からなる線状構造体とを含み、前記下地材料は、前記所定領域の表面に接触する微粒子状の堆積物であるとともに、前記触媒材料は、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状の堆積物であり、隣接する前記下地材料の粒子間に生じる間隙に嵌合する
本発明の基板構造の製造方法は、基板の上方の所定領域に下地材料を形成する工程と、前記所定領域に触媒材料を形成する工程と、前記触媒材料を核として炭素元素からなる線状構造体を成長させる工程とを含み、前記下地材料を、前記所定領域の表面に接触する微粒子状に形成するとともに、前記触媒材料を、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状に形成し、前記触媒材料は、隣接する前記下地材料の粒子間に生じる間隙に嵌合する
本発明によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、直径が均一に制御されたムラのない高密度の炭素元素からなる線状構造体の成長を可能とする基板構造が実現する。
−本発明の基本骨子−
本発明では、下地材料を、所定領域の表面に接触する微粒子状の堆積物として形成する。それとともに、触媒材料を、少なくとも下地材料と接触する、下地材料と同一の粒径又は下地材料よりも小さい粒径の微粒子状の堆積物として形成する。
触媒材料を当初から微粒子状に形成する場合、触媒微粒子は下地微粒子と同一の粒径又はまたはこれより小さいため、触媒微粒子は隣接する下地微粒子間に生じる間隙(凹部)に嵌合している。そのため、下地材料及び触媒材料を基板上に堆積した後、CVDチャンバー内を炭素元素からなる線状構造体、例えばCNTの成長温度に昇温したときでも、両微粒子は温度上昇に依存して形状に変化が生じるものの、触媒微粒子は凝集することなく下地微粒子との接触部分である上記の間隙で担持され、粒径の均一性が保たれる。従って、触媒微粒子により直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNTを成長させることができる。
一方、触媒材料を当初は薄膜状に形成する場合、CNTの成長温度に昇温することにより触媒材料が微粒子化する。このとき、触媒材料は下地微粒子との接触部分である上記の間隙に当該間隙に適合した大きさに集合し、当該間隙で担持された状態とされるため、均一な粒径の触媒微粒子が形成される。従って、触媒微粒子により直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNTを成長させることができる。
ここで、下地微粒子と触媒微粒子の位置関係としては、以下の第1〜第3の位置関係が考えられる。
第1の位置関係は、触媒微粒子が下地微粒子と接触するとともに基板表面から離間した状態、即ち下地微粒子上に触媒微粒子が存する位置関係である。
第2の位置関係は、下地微粒子と接触するとともに基板表面から離間した状態の触媒微粒子と、下地微粒子及び基板表面の双方に接触する触媒微粒子とが混在化した状態、即ち下地微粒子と触媒微粒子とが混在化している位置関係である。
第3の位置関係は、触媒微粒子が下地微粒子及び基板表面の双方に接触する状態、即ち下地微粒子と触媒微粒子とが共に基板表面に存する位置関係である。
第1〜第3の位置関係の何れでも、直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNTを得ることができるが、第2の位置関係や特に第3の位置関係では、下地微粒子と触媒微粒子との相互拡散が促進するとともに、CNTがその側面の一部で下地微粒子と接触するため、CNTの下地微粒子との電気的接触面積が増加し、更なる低抵抗化が実現する。
ここで、下地材料としては、Ti,TiN,Al,Taから選ばれた少なくとも1種、又は金属酸化物が好適である。また、触媒材料としては、Fe,Ni及びCoから選ばれた少なくとも1種が好ましい。
なお、特許文献2には、磁化率の異なる金属微粒子に磁場を印加して分離し、介在金属微粒子層と触媒金属微粒子層との積層状態を形成する技術が開示されている。しかしながらこの場合、磁場を印加して微粒子を分離するため、磁化率の近い金属微粒子を分離することが困難であり、また、磁化しない金属微粒子においては適応できないため、適用可能な金属材料の範囲が極めて狭いという問題がある。また、特許文献2では、介在金属微粒子と触媒金属微粒子との大きさの関係には全く言及されていない。この発明では、発光バラツキ等の不要輻射を防止することを目的としており、そのために金属微粒子を分離する構成を採ることに鑑みれば、下層の介在金属微粒子は小さいほど好ましいと言える。
これに対して本発明では、触媒微粒子の凝集を防止するためには、下地微粒子と触媒微粒子との大きさの関係は最重要な事柄の一つであり、後者の大きさを前者と同等又は前者よりも小さくすることが必須要件である。
−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、説明の便宜上、基板構造の構成をその製造方法と共に詳説する。なお、各実施形態に共通する構成部材等については同符号を付する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図1(a)に示すように、シリコン基板11上にTiN微粒子12及びCo微粒子13を順次堆積する。
詳細には先ず、下地材料をTiNとし、シリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりTiN微粒子12を、直径3nm程度に設定して堆積する。ここでは、TiN微粒子12と後述するCo微粒子13との位置関係が、TiN微粒子12上にCo微粒子13が存する状態となるように、シリコン基板11の表面におけるTiN微粒子12の密度を95%〜105%程度とすべく、堆積時間を1000秒間〜1100秒間程度に設定してTiN微粒子12を堆積する。
次に、触媒材料をCoとし、TiN微粒子12が堆積されたシリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりCo微粒子13を、TiN微粒子12と同等或いは小さい大きさ、ここでは直径1nm程度に設定して堆積する。
このとき、Co微粒子13は、TiN微粒子12と接触するとともにシリコン基板11の表面から離間している。Co微粒子13はTiN微粒子12より小さいため、Co微粒子13は、隣接するTiN微粒子12間に生じる間隙(凹部)に嵌合している。
ここで、下地材料としては、TiNの代わりに、或いはTiNに加えて、Ti,Al,Ta等を用いても良い。また、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
また、TiN微粒子12及びCo微粒子13の形成方法としては、レーザーアブレーション法に代わって、例えばスパッタ法を用いても良い。スパッタ法では通常、TiN膜やCo膜等を形成する際には、堆積条件の1つである圧力を0.4Pa〜1Pa程度に設定するが、膜厚が5nm以下の場合はこの条件でも微粒子状にすることが可能である。また圧力を上記よりも高く、例えば10Pa〜40Pa程度に設定しても、TiN微粒子やCo微粒子等を形成することが可能である。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、図1(b)に示すように、TiN微粒子12及びCo微粒子13は温度上昇に依存して形状に変化が生じる。しかしながら、Co微粒子13は凝集することなくTiN微粒子12との接触部分である上記の間隙で担持され、粒径の均一性が保たれている。
続いて、図1(c)に示すように、Co微粒子13を核としてCNT14を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレンとアルゴンの混合ガスを例えば0.05:1000の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を390℃として90分間、CNT14を成長させる。これにより、Co微粒子13で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT14を成長させることができる。更に、TiN微粒子12が相互に拡散し、CNT14の電気的接触が向上する。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子13により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT14が成長してなる基板構造が実現する。
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図2(a)に示すように、シリコン基板11上にTiN微粒子21及びCo薄膜22を順次堆積する。
詳細には先ず、下地材料をTiNとし、シリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりTiN微粒子21を、直径3nm程度に設定して堆積する。ここでは、シリコン基板11の表面におけるTiN微粒子21の密度が95%〜105%程度となるように堆積時間を1000秒間〜1100秒間程度に設定してTiN微粒子21を堆積する。
次に、触媒材料をCoとし、TiN微粒子21が堆積されたシリコン基板11上に、例えばスパッタ法により、Co薄膜22を膜厚1nm程度に設定して堆積する。成膜条件としては、Arガス圧力を0.4Pa、投入電力を0.5kWとし、成膜時間を3秒間程度とする。
ここで、下地材料としては、TiNの代わりに、或いはTiNに加えて、Ti,Al,Ta等を用いても良い。また、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、図2(b)に示すように、昇温によりCo薄膜22が微粒子化する。このとき、Co薄膜22はTiN微粒子21との接触部分である、隣接するTiN微粒子21間に生じる間隙(凹部)に当該間隙に適合した大きさに集合し、当該間隙で担持された状態とされるため、均一な粒径のCo微粒子23が形成される。
続いて、図2(c)に示すように、Co微粒子23を核としてCNT24を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレン、アルゴン及び水素の混合ガスを例えば0.5:950:50の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を400℃として90分間、CNT24を成長させる。これにより、Co微粒子23で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT24を成長させることができる。更に、TiN微粒子21が相互に拡散し、CNT24の電気的接触が向上する。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子23により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT24が成長してなる基板構造が実現する。
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図3(a)に示すように、シリコン基板11上にフェリチン31を堆積する。
本実施形態では、下地材料として、鉄含有タンパク質であるフェリチンに含有された酸化鉄を想定する。フェリチンは水及び有機溶媒に分散された状態にする。フェリチンが分散した有機溶媒にシリコン基板11を浸漬し、引き上げ法によりシリコン基板11を取り出す。このとき、シリコン基板11上に最密充填にフェリチン31が配列される。
続いて、図3(b)に示すように、フェリチン31から酸化鉄微粒子32を生成する。
詳細には、シリコン基板11を、酸素中或いは大気中で熱処理する。これにより、フェリチン31の表面を覆うタンパク質成分が除去され、酸化鉄微粒子32が最密充填された状態となる。この酸化鉄微粒子32の直径は例えば6nm程度となる。
続いて、図3(c)に示すように、Co微粒子33を堆積する。
詳細には、触媒材料をCoとし、酸化鉄微粒子32が堆積されたシリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりCo微粒子33を、酸化鉄微粒子32と同等或いは小さい大きさ、ここでは直径3nm程度に設定して堆積する。ここで、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
このとき、Co微粒子33は酸化鉄微粒子32より小さいため、Co微粒子33は隣接する酸化鉄微粒子32間に生じる間隙(凹部)に嵌合している。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、酸化鉄微粒子32及びCo微粒子33は温度上昇に依存して形状に変化が生じる。しかしながら、Co微粒子33は凝集することなく酸化鉄微粒子32との接触部分である上記の間隙で担持され、粒径の均一性が保たれている。
続いて、図3(d)に示すように、Co微粒子33を核としてCNT34を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレンとアルゴン及び水素の混合ガスを例えば0.5:900:100の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を400℃として90分間、CNT34を成長させる。これにより、Co微粒子33で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT34を成長させることができる。
本実施形態では、下地材料である酸化鉄微粒子32が最密充填に形成されるため、表面には無数の凹凸が形成され、なお且つその間隔は均一であり、規則的な構造となっている。このため、CNT34の成長温度に達した時点で、Co微粒子33同士には凝集が生じることなく、Co微粒子33が均一に配列されることになる。CNT34の直径がCo微粒子33の直径により制御され、直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT34を成長させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子33により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT34が成長してなる基板構造が実現する。
(第4の実施形態)
ここで、第4の実施形態について説明する。
図4は、第4の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図4(a)に示すように、シリコン基板11上にCo微粒子41を堆積する。
本実施形態では、下地材料として、界面活性剤に囲まれたCo微粒子を想定する。ここでは、逆ミセル法により、例えば直径4nm程度のCo微粒子が分散するCo微粒子水溶液とする。Co微粒子の直径は1nm〜5nm程度の範囲内で調整が可能である。このCo微粒子水溶液にシリコン基板11を浸漬し、引き上げ法によりシリコン基板11を取り出す。このとき、シリコン基板11上に最密充填にCo微粒子41が配列される。
続いて、図4(b)に示すように、コバルト酸化物の微粒子42を生成する。
詳細には、シリコン基板11を、酸素中或いは大気中で熱処理する。これにより、Co微粒子41の表面を覆う親水基が除去され、最密充填された状態のコバルト酸化物の微粒子42が生成される。なお、Co微粒子41は熱処理により完全に(全て)酸化されるとは限らず、少なくとも一部がCo微粒子41と見なさせる状態で残存する場合があるが、ここでは便宜上、コバルト酸化物として説明する。
続いて、図4(c)に示すように、Co微粒子43を堆積する。
詳細には、触媒材料をCoとし、コバルト酸化物の微粒子42が堆積されたシリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりCo微粒子43を、コバルト酸化物の微粒子42と同等或いは小さい大きさ、ここでは直径( 2)nm程度に設定して堆積する。ここで、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
このとき、Co微粒子43はコバルト酸化物の微粒子42より小さいため、Co微粒子43は隣接するコバルト酸化物の微粒子42間に生じる間隙(凹部)に嵌合している。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、コバルト酸化物の微粒子42及びCo微粒子43は温度上昇に依存して形状に変化が生じる。しかしながら、Co微粒子43は凝集することなくコバルト酸化物の微粒子42との接触部分である上記の間隙で担持され、粒径の均一性が保たれている。
続いて、図4(d)に示すように、Co微粒子43を核としてCNT44を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレンとアルゴン及び水素の混合ガスを例えば0.5:800:200の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を400℃として90分間、CNT44を成長させる。これにより、Co微粒子43で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT44を成長させることができる。
本実施形態では、下地材料であるコバルト酸化物の微粒子42が最密充填に形成されるため、表面には無数の凹凸が形成され、なお且つその間隔は均一であり、規則的な構造となっている。このため、CNT44の成長温度に達した時点で、Co微粒子43同士には凝集が生じることなく、Co微粒子43が均一に配列されることになる。CNT44の直径がCo微粒子43の直径により制御され、直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT44を成長させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子43により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT44が成長してなる基板構造が実現する。
(第5の実施形態)
図5は、第5の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図5(a)に示すように、シリコン基板11上にTiN微粒子51及びCo微粒子52を順次堆積する。
詳細には先ず、下地材料をTiNとし、シリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりTiN微粒子51を、直径5nm程度に設定して堆積する。ここでは、TiN微粒子51と後述するCo微粒子52との位置関係が、両者が混在化している状態となるように、シリコン基板11の表面におけるTiN微粒子51の密度を50%〜80%程度とすべく、堆積時間を500秒間〜800秒間程度に設定してTiN微粒子51を堆積する。
次に、触媒材料をCoとし、TiN微粒子51が堆積されたシリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりCo微粒子52を、TiN微粒子51と同等或いは小さい大きさ、ここでは直径2nm程度に設定して堆積する。
このとき、Co微粒子52は、TiN微粒子51と接触してシリコン基板11の表面からは離間するものと、TiN微粒子51及びシリコン基板11の表面の双方と接触するものとが混在化している。
ここで、下地材料としては、TiNの代わりに、或いはTiNに加えて、Ti,Al,(Ta )等を用いても良い。また、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、TiN微粒子51及びCo微粒子52は温度上昇に依存して形状に変化が生じる。しかしながら、Co微粒子52は凝集することなくTiN微粒子51との接触部分で担持され、粒径の均一性が保たれている。
続いて、図5(b)に示すように、Co微粒子52を核としてCNT53を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレン、アルゴンの混合ガスを例えば0.05:1000の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を400℃として90分間、CNT53を成長させる。これにより、Co微粒子52で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT53を成長させることができる。更に、TiN微粒子51とCo微粒子52との相互拡散が促進するとともに、CNT53がその側面の一部でTiN微粒子51と接触するものがあるため、CNT53のTiN微粒子51との電気的接触面積が増加し、更なる低抵抗化が実現する。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子52により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT53が成長してなる基板構造が実現する。
(第6の実施形態)
図6は、第6の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
図6(a)に示すように、シリコン基板11上にTiN微粒子61及びCo微粒子62を順次堆積する。
詳細には先ず、下地材料をTiNとし、シリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりTiN微粒子61を、直径5nm程度に設定して堆積する。ここでは、TiN微粒子61と後述するCo微粒子62との位置関係が、TiN微粒子61とCo微粒子62とが共にシリコン基板11の表面に存する状態となるように、シリコン基板11の表面におけるTiN微粒子61の密度を30%〜50%程度とすべく、堆積時間を300秒間〜500秒間程度に設定してTiN微粒子61を堆積する。
次に、触媒材料をCoとし、TiN微粒子61が堆積されたシリコン基板11上に、例えばレーザーアブレーション法によりCo微粒子62を、TiN微粒子61と同等或いは小さい大きさ、ここでは直径2nm程度に設定して堆積する。
このとき、Co微粒子62は、TiN微粒子61及びシリコン基板11の表面の双方と接触状態とされている。
ここで、下地材料としては、TiNの代わりに、或いはTiNに加えて、Ti,Al,Ta等を用いても良い。また、触媒材料としては、Coの代わりに、或いはCoに加えて、Fe,Ni等を用いても良い。
続いて、次工程であるCNT成長のために、CVDチャンバー内にシリコン基板11を設置し、350℃以上に昇温する。このとき、TiN微粒子61及びCo微粒子62は温度上昇に依存して形状に変化が生じる。しかしながら、Co微粒子62は凝集することなくシリコン基板11及びTiN微粒子61と接触した状態で担持され、粒径の均一性が保たれている。
続いて、図6(b)に示すように、Co微粒子62を核としてCNT63を成長させる。
詳細には、シリコン基板11が設置されたCVDチャンバー内に、アセチレンとアルゴンの混合ガスを例えば0.05:1000の割合で導入し、全体の圧力を1kPaとし、温度を400℃として90分間、CNT63を成長させる。これにより、Co微粒子62で直径が均一に制御されたムラのない状態で高密度にCNT63を成長させることができる。更に、TiN微粒子61とCo微粒子62との相互拡散が促進するとともに、CNT63がその側面の一部でTiN微粒子61と接触するため、CNT63のTiN微粒子61との電気的接触面積が増加し、更なる低抵抗化が実現する。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で容易且つ確実に触媒材料を均一で高密度の微粒子状態に形成し、Co微粒子62により直径が均一に制御されたムラのない高密度にCNT63が成長してなる基板構造が実現する。
なお、上記した各実施形態では、炭素元素の線状構造体としてCNTを形成する場合について例示したが、CNTの代わりに例えば繊維状のCNFを形成しても良い。この場合、CNTの形成と同様に、CVD法や熱CVD法等を用い、成長温度をCNT形成時よりも低温(例えば300℃程度)として成長形成する。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)基板と、
前記基板の上方の所定領域に形成された下地材料と、
前記所定領域に形成された触媒材料と、
前記触媒材料上に形成された炭素元素からなる線状構造体と
を含み、
前記下地材料は、前記所定領域の表面に接触する微粒子状の堆積物であるとともに、
前記触媒材料は、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状の堆積物であることを特徴とする基板構造。
(付記2)前記触媒材料は、前記下地材料と接触するとともに前記所定領域の表面から離間した微粒子状の堆積物であることを特徴とする付記1に記載の基板構造。
(付記3)前記触媒材料は、前記下地材料と接触するとともに前記所定領域の表面から離間した微粒子と、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子とが混在化した堆積物であることを特徴とする付記1に記載の基板構造。
(付記4)前記触媒材料は、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子状の堆積物であることを特徴とする付記1に記載の基板構造。
(付記5)前記下地材料は、Ti,TiN,Al,Taから選ばれた少なくとも1種、又は金属酸化物からなることを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の基板構造。
(付記6)前記触媒材料は、Fe,Ni及びCoから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の基板構造。
(付記7)前記触媒材料は、前記下地材料よりも融点が高いものであることを特徴とする付記1〜6のいずれか1項に記載の基板構造。
(付記8)基板の上方の所定領域に下地材料を形成する工程と、
前記所定領域に触媒材料を形成する工程と、
前記触媒材料を核として炭素元素からなる線状構造体を成長させる工程と
を含み、
前記下地材料を、前記所定領域の表面に接触する微粒子状に形成するとともに、
前記触媒材料を、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状に形成することを特徴とする基板構造の製造方法。
(付記9)前記触媒材料を微粒子の状態で堆積することを特徴とする付記8に記載の基板構造の製造方法。
(付記10)前記触媒材料を薄膜状に堆積した後、昇温により前記触媒材料を微粒子化することを特徴とする付記8に記載の基板構造の製造方法。
(付記11)前記触媒材料を、前記下地材料と接触するとともに前記所定領域の表面から離間した微粒子状に形成することを特徴とする付記8〜10のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
(付記12)前記触媒材料を、前記下地材料と接触するとともに前記所定領域の表面から離間した微粒子と、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子とが混在化した状態に形成することを特徴とする付記8〜10のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
(付記13)前記触媒材料を、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子状に形成することを特徴とする付記8〜10のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
(付記14)前記下地材料は、Ti,TiN,Alから選ばれた少なくとも1種、又は金属酸化物からなることを特徴とする付記8〜13のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
(付記15)前記触媒材料は、Fe,Ni及びCoから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記8〜14のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
(付記16)前記触媒材料は、前記下地材料よりも融点が高いものであることを特徴とする付記8〜15のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
第1の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第2の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第3の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第4の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第5の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第6の実施形態による基板構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 従来のCNTの成長方法の不具合を説明するための概略断面図である。
符号の説明
11 シリコン基板
12,31,51,61 TiN微粒子
13,23,33,41,43,52,62 Co微粒子
14,24,34,44,53,63 CNT
22 Co薄膜
31 フェリチン
32 酸化鉄微粒子
42 コバルト酸化物の微粒子

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板の上方の所定領域に形成された下地材料と、
    前記所定領域に形成された触媒材料と、
    前記触媒材料上に形成された炭素元素からなる線状構造体と
    を含み、
    前記下地材料は、前記所定領域の表面に接触する微粒子状の堆積物であるとともに、
    前記触媒材料は、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状の堆積物であり、隣接する前記下地材料の粒子間に生じる間隙に嵌合することを特徴とする基板構造。
  2. 前記触媒材料は、前記下地材料と接触するとともに前記所定領域の表面から離間した微粒子と、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子とが混在化した堆積物であることを特徴とする請求項1に記載の基板構造。
  3. 前記触媒材料は、前記下地材料及び前記所定領域の表面の双方に接触する微粒子状の堆積物であることを特徴とする請求項1に記載の基板構造。
  4. 前記下地材料は、酸化鉄微粒子からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の基板構造。
  5. 前記触媒材料は、Fe,Ni及びCoから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の基板構造。
  6. 基板の上方の所定領域に下地材料を形成する工程と、
    前記所定領域に触媒材料を形成する工程と、
    前記触媒材料を核として炭素元素からなる線状構造体を成長させる工程と
    を含み、
    前記下地材料を、前記所定領域の表面に接触する微粒子状に形成するとともに、
    前記触媒材料を、少なくとも前記下地材料と接触する、前記下地材料と同一の粒径又は前記下地材料よりも小さい粒径の微粒子状に形成し、
    前記触媒材料は、隣接する前記下地材料の粒子間に生じる間隙に嵌合することを特徴とする基板構造の製造方法。
  7. 前記触媒材料を微粒子の状態で堆積することを特徴とする請求項に記載の基板構造の製造方法。
  8. 前記触媒材料を薄膜状に堆積した後、昇温により前記触媒材料を微粒子化することを特徴とする請求項に記載の基板構造の製造方法。
  9. フェリチンを熱処理して酸化鉄微粒子とし、前記下地材料を形成することを特徴とする請求項6に記載の基板構造の製造方法。
  10. 前記触媒材料は、Fe,Ni及びCoから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の基板構造の製造方法。
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