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カーボンナノチューブ成長方法

国内特許コード P06A009699
掲載日 2007年3月2日
出願番号 特願2005-026562
公開番号 特開2006-213551
登録番号 特許第4802321号
出願日 平成17年2月2日(2005.2.2)
公開日 平成18年8月17日(2006.8.17)
登録日 平成23年8月19日(2011.8.19)
発明者
  • 佐藤 英樹
  • 畑 浩一
  • 平松 和政
  • 三宅 秀人
出願人
  • 学校法人三重大学
発明の名称 カーボンナノチューブ成長方法
発明の概要

【課題】 CVD法においてカーボンナノチューブの直径制御が困難である原因として、触媒金属微粒子の制御が困難であることがあげられる。ここで、本発明が解決しようとする課題は、直径の細いカーボンナノチューブを効率よく得る製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明の骨子は、触媒金属微粒子の移動が妨げられるように基板表面に微細な突起を形成することある。具体的には、平滑な基板表面を乾式エッチングして微細突起を形成する工程と、該微細突起上に金属触媒の薄膜を蒸着させる工程と、該触媒金属上に化学気相成長法(CVD法)によりカーボンナノチューブを成長させる工程を含む製造方法を提供することにより、課題が達成される。
【選択図】 図4

従来技術、競合技術の概要


カーボンナノチューブを工業的に応用するには、品質制御およびコストの点から合成方法の選択が重要な要素となっている。カーボンナノチューブの成長方法としては、一般的に1)アーク放電法 2)レーザー蒸発法 3)化学気相成長法(CVD法)が用いられるが、中でもCVD法が有望と考えられている。CVD法は、Siウエハー、化合物半導体、ガラス、金属板等の平面基板に直接カーボンナノチューブを成長させることが可能であり、電子デバイスへの応用に際しては、最も有望な方法であることがその理由である。この場合、成長させるカーボンナノチューブの直径や長さなどを制御する技術の確立が必要となる。



カーボンナノチューブの電子デバイスへの応用の代表的用途例として、FED(フィールド・エミッション・ディスプレー)用陰極(電子放出源)およびリチウムイオン電池用の負極等がある。例えば陰極として用いる場合には、カーボンナノチューブの直径をできるだけ細くすることが、低電力消費の上から好ましいことが知られている(例えば非特許文献1)。ここで、非特許文献1においては、以下の方法でカーボンナノチューブを成長させている。1)シリコン基板表面をエッチングし、円錐状のシリコンチップを作成する。2)基板表面に金属触媒を堆積させる。3)熱化学気相成長法により該シリコンチップ上にカーボンナノチューブを成長させる方法が紹介されている。
又、非特許文献2は、CVD法によってカーボンナノチューブを成長させる時の、触媒金属微粒子と成長するカーボンナノチューブの直径の関係について論じている。




【非特許文献1】ETL NEWS(工業技術院電子技術総合研究所)「超低電圧動作カーボンナノチューブ・フィールドエミッタの開発に成功」、日本、2000年、603巻、P8-11

【非特許文献2】R.F.Ren, Z.P.Huang, J.W.Xu, J.H.Wang, Science, vol282, PP1105-1107,1998



さらに、特許文献1では、カーボンナノチューブの直径及び長さの平均値を制御する方法、および基板上の任意の部位のみに選択的に垂直方向にカーボンナノチューブを成長させる方法として、ガラス又はSiウエハー上に触媒金属のパターンを形成し、このパターン部のみにプラズマCVD法によりカーボンナノチューブを成長させる方法を提案している。
又、本発明者らによる特許文献2では、基板上に配列パターンを制御性良く且つ容易にカーボンナノチューブを成長させる方法として、半導体プロセスで用いるパターン形成法と触媒金属上にカーボンナノチューブをCVD法等で成長させる方法を組合せることにより解決する方法を提案している。




【特許文献1】特開2001-48512号

【特許文献2】特開2004-182537号



上記の文献等から、CVD法によるカーボンナノチューブの成長条件と成長するカーボンナノチューブのサイズとの関係については、以下のことが知られている。例えば、得られるカーボンナノチューブの長さはその成長時間に依存するため、成長時間の選択により制御が可能である。一方、カーボンナノチューブの直径については、現状ではその制御が困難である。

産業上の利用分野


本発明は、半導体等の基板上に細径のカーボンナノチューブを成長させる製造方法に関わる。

特許請求の範囲 【請求項1】
平滑な基板表面を乾式エッチングして、底辺長および高さが50~200nm、かつ、突起形成前の表面積の2~5倍となるピラミッド状の微細突起を形成する工程と、
該微細突起上に膜厚が0.5nm~50nmの金属触媒の薄膜を蒸着させる工程と、該触媒金属上に化学気相成長法(CVD法)によりカーボンナノチューブを成長させる工程を含むことを特徴とする細径カーボンナノチューブの製造方法。

【請求項2】
前記乾式エッチング法が反応性イオンエッチング法であることを特徴とする請求項1に記載の細径カーボンナノチューブの製造方法。

【請求項3】
前記金属触媒が鉄(Fe),コバルト(Co),ニッケル(Ni)の何れかである又はそれらの合金であることを特徴とする請求項1~2に記載の細径カーボンナノチューブの製造方法。

【請求項4】
前記基板が、シリコン(Si)、化合物半導体又はガラスであることを特徴とする請求項1~3に記載の細径カーボンナノチューブの製造方法。

【請求項5】
前記細径カーボンナノチューブの外径が1nm~60nmであることを特徴とする請求項1~4に記載の細径カーボンナノチューブの製造方法。
産業区分
  • 無機化合物
  • 電子管
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005026562thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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