プラズマ化学気相成長法によるカーボンナノチューブの成長制御および電子放出特性

• Project/Area Number: 13750273
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 佐藤 英樹 三重大学, 工学部, 助手 (40324545)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2001: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / プラズマCVD / 垂直配向成長 / 半導体プロセス / 電界電子放出 / 電界放出型ディスプレイ / 垂直配向 / 水素プラズマ処理 / 水素・メタンプラズマ処理 / 成長制御

Research Abstract

本研究では、平成13年度に、マイクロ波プラズマCVD法を用いたカーボンナノチューブの成長制御を試み、各種成長強健の最適化により成長制御を行うことが可能であることを明らかにした。平成14年度においては、これらの成果を踏まえ、マイクロ波プラズマCVD法により成長したカーボンナノチューブの電子顕微鏡法による詳細な構造の調査、および電界電子放出特性の調査を行った。
電子顕微鏡法による詳細な構造特性の調査の結果、本方法で成長させたカーボンナノチューブは良好なグラファイト構造を持つが、根元部においてはアモルファス的な構造を持つ領域があることが見出された。このような層が存在すると、電気的・機械的特性に悪影響を及ぼす可能性があるため。これを改善する必要があることが明らかとなった。
まだ、本研究で作製したカーボンナノチューブからの電子放出特性に関しても、いくつかの重要な知見が得られた。マイクロ波プラズマCVDにより薄膜状に成長させたカーボンナノチューブは、その成長密度が高すきるため、電界の遮蔽効果により電界電子放出特性については良好な特性が得られなかった。そこで、半導体プロセスを利用してカーボンナノチューブ薄膜を平面基板上に、任意の形状に成長させるプロセスを開発した。これにより数ミクロンオーダーの格子状の微細パターンを持つカーボンナノチューブ薄膜を平面基板上に形成し、これからの電子放出特性を調べたところ、電界電子放出特性が大幅に改善されることが確認された。これらの結果から、本カーボンナノチューブ成長プロセスと半導体プロセスを組み合わせることにより、カーボンナノチューブを次世代平面ディスプレイとして期待される電界放出型ディスプレイの電子源への応用が可能であることが示された。