Siナノチューブの合成

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450038
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 種村 眞幸 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (30236715)
• 研究分担者: 杉江 紘 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (40024327) ; 市川 洋 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (10314072)
• キーワード: ナノ材料 / ナノチューブ / シリコン / スパッタリング / 半導体 / 炭素

研究概要

1.Siナノチューブ成長条件の確立と発展:昨年度に引き続き、金属蒸気源、差動排気型大電流密度イオン銃、4軸可加熱試料ステージ、ガス導入系をメインコンポーネントとする、「Siナノチューブ合成システム」を用い、ナノチューブの作製を行った。触媒金属粒子供給速度(S)と飛来イオン速度(E)の比(S/E)には、チューブを初めとするナノ突起の合成を可能とする閾値が存在した。この閾値以上では、ナノ突起のサイズは段階的に変化し、従って、S/E比の制御によってナノ突起のサイズ制御が可能であった。また、基板温度制御によってナノ突起の形態制御が可能であった。
2.触媒粒子無供給実験との比較:触媒金属粒子供給を伴わない場合、Si表面は、イオン照射に対して比較的平坦な浸食面を呈したが、照射条件によっては、ナノリップルの形成が認められた。リップルの稜線はイオン入射方向に垂直に形成され、高速Arイオン衝撃下では、リップルの平均波長(リップル頂点間の距離)はイオンエネルギーの増加と共に増加した。透過電子顕微鏡断面観察より、リップルは結晶層と外皮非晶質層より構成される2層構造であり、リップルのイオン入射前面での非晶質層の厚さは、後面の2倍以上に達することが初めて明らかにされた。
3.応用探索:ナノチューブに特有の先鋭な先端構造の利点を生かすには、電界電子放射(FE)を基本原理とする微小電子源応用が最有力である。昨年度構築したナノチューブからのFE特性解析理論に、チューブ電子構造の影響を反映させる修正を加えると共に、FEデータの蓄積が豊富な炭素ナノチューブを用いて、その妥当性の検証、及び、ナノチューブ成長密度(数密度)に対するFE輝点密度の比較を行った。ナノチューブの超高密度成長では、電界の遮蔽効果及びチューブ径の不均一性等により、FE輝点密度は、数密度にはるかに及ばないことが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] H.Sugie, M.Tanemura 他: "Carbon nanotubes as electron source in an x-ray tube"Applied Physics Letters. 78. 2578-2580 (2001)
• [文献書誌] V.Filip, D.Nicolaescu, M.Tanemura 他: "Modeling the electron field emission from carbon nanotube films"Ultramicroscopy. 89. 39-49 (2001)
• [文献書誌] M.Tanemura 他: "Growth of aligned carbon nanotubes by plasma-enhanced chemical vapor deposition : Optimization of growth parameters"Journal of Applied Physics. 90. 1529-1533 (2001)
• [文献書誌] M.Tanemura 他: "Field electron emission from carbon nanotubes grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition"Journal of Vacuum Science and Technology B. 20. 122-127 (2002)
• [文献書誌] V.Filip, D.Nicolaescu, M.Tanemura 他: "Influence of the electronic structure on the field electron emission from carbon nanotubes"Journal of Vacuum Science and Technology B. 21. 382-390 (2003)
• [文献書誌] T.K.Chini, F.Okuyama, M.Tanemura 他: "Structural investigation of keV-Ar-ion induced surface ripples in Si by cross-sectional transmission electron microscopy"Physical Review B. (to be published). (2003)