低欠陥高純度の単一構造カーボンナノチューブ配向デバイスの開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18039
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 清水 麻希 東京理科大学, 理学部, 助教 (80748690)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 薄膜トランジスタ / カイラリティ分離

Outline of Annual Research Achievements

本研究では溶液中でゲルにより分離した単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を核として化学気相成長法（CVD）でSWCNTを再成長しこれをもちいて薄膜トランジスタを作製する．カイラリティが混在すること，特に半導体と金属が混在することがSWCNTの産業材料への大きな課題となっており，SWCNTのゲルによる分離とCVD成長の良い点を組み合わせ高性能なデバイス作製に向けた基盤技術をつくりあげることによってこれを解決する道筋を示すことを目標とする．
平成26年度はゲルによるSWCNTの半導体金属分離と，分離したSWCNTを種とした成長への条件だしを行った．本申請で購入したゲルや界面活性剤等を用い，SWCNTの半導体金属分離の条件だしを行い，高純度な半導体溶液が得られるを吸収スペクトル等から確認した．この分離した１μm程度の長さのSWCNT (Seed)をシリコン基板や石英基板上に低密度，高密度に配置し，様々な条件でCVD成長を行った．走査電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)による観察により，Seedの数よりはかなり少ないもののSeedより長尺のSWCNTの成長が確認された．しかし，ラマン分光，フォトルミネッセンス(PL)，AFMの高さ評価等で評価を行うと，CVD成長したSWCNTには明らかにSeedとは違う太さのSWCNTも多くみられることがわかった．この結果より，Seedが基板上に配置する際に重合したり，Seedの溶液に含まれる不純物等からの成長があったり，何かしらの理想的ではない状況が起こっていることが示唆される．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ゲル分離やデバイス作製等の予定はおおむね順調に進んでいる．本研究において，申請者が全く経験がないのがCVDによるSWCNTの再成長であった．はじめSEMでの確認を行っていたが，太さやカイラリティの確認を行ったところ，違うSWCNTの成長もみられたため，デバイスプロセス等よりも当初にくらべ太さやカイラリティの保存の確認に時間を割く必要が生じた．ゲル分離したSWCNTのカイラリティCVD成長後で保存されなければ，デバイス化に向けては大きな問題となるため，今後も様々な手法を用いて，成長前と成長後のカイラリティの評価を行う．

Strategy for Future Research Activity

現在，CVD成長後のSWCNTには，Seedと同じ太さのものと，変化したものが混在している状態である．太さがCVD成長前とCVD成長後で保存されなければ，デバイス化に向けては大きな問題となるため，ラマン，PL，AFM等の様々な手法を用い，原因の究明とカイラリティ保存の確認とその条件だしに努める方針である．一方，溶液から作製した薄膜トランジスタの特性改善に向けての様々な評価も同時行っていきたい．

Causes of Carryover

当初溶液中でのSWCNTカイラリティ分離の高純度化に向けての予算を申請したが、研究を推進していくにしたがい、CVD成長後の太さやカイラリティの保存に問題が発生したため、そちらの研究に注力する必要性がでてきた。そのため、予定より購入が遅くなったため。また、今年度行うSWCNTの評価の方に予算を使う必要がでてきたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

予定より購入が遅くなった物品に関しては今年分量は当初より減らし予定通り購入する。また、当初よりも、SWCNTの評価に注力することになったこと、初め借りる予定だった電気測定関係の装置が先方の都合上借りられなくなったことより、電気測定関係の物品に充てる予定である。