カーボンナノチューブを用いたナノデバイス作製技術の開発と応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205005
• 研究機関: 特殊法人理化学研究所
• 研究代表者: 石橋 幸治 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (30211048)
• 研究分担者: 松本 和彦 産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 総括研究員 (80344232) ; 塩川 高雄 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (00183393)
• キーワード: 多層カーボンナノチューブ / 単層カーボンナノチューブ / 量子ドット / 量子ナノデバイス / 単電子トランジスタ

研究概要

本研究では、カーボンナノチューブを用いた量子ドットデバイス作製技術の開発を行い、デバイス機能の基本機能の実証を目指す。カーボンナノチューブはその微細性から量子ナノデバイスもBuilding Blockとして期待されているが、デバイスに応用するに当たってはナノチューブ独特のデバイスプロセスを開発必要がある。その中で最も重要なものは、ナノチューブの位置を制御して基板上に成長する技術と、量子ドットデバイスを考えた場合にはトンネル障壁を制御性よく形成する技術の開発である。前者に関しては、産総研グループが研究を行い,触媒金属をパターン化した基板上に気相成長法を用いて単層カーボンナノチューブを形成する技術の開発に成功した。また、その電気伝導を測定した結果、室温において単電子トランジスタ特性を得ることに成功した。このことは、非常に小さな量子ドットがナノチューブ内に形成されていることを示しているが、触媒金属や欠陥によりトンネル障壁が形成されているものと考えている。理研グループは、再現性ある量子ドット作製技術を目指して金属とナノチューブの間にさまざまな金属酸化物を堆積し人工的にトンネル障壁を形成する技術を開発した。この場合、酸化物の非誘電率を反映して帯電エネルギーが酸化物の種類に大きく依存することを見いだした。この方法を多層カーボンナノチューブに応用した結果、ナノチューブ全体が1つの量子ドットとして振る舞うことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] M.Suzuki, K.Ishibashi, T.Toratani, D.Tsuya, Y.Aoyagi: "Tunnel barrier formation using Argon ion irradialion and single quantum dots in multi-wall carbon nanotubes"Appi.Phys.Lett.. 81. 2273-2275 (2002)
• [文献書誌] K.Ishibashi, M.Suzuki, S.Moriyama, T.Ida, Y.Aoyagi: "Single and Coupled Quantum Dots in Single-Wall Carbon Nanotubes"Superlattices and Microstructures. 31. 141-149 (2002)
• [文献書誌] K.Ishibashi, M.Suzuki, K.Toratani, T.Ida, Y.Aoyagi: "Low temperature transport in single and coupled quantum dots in single-wall caibon nanotubes"Physica E. (in press).
• [文献書誌] 石橋幸治(分担執筆): "インテリジェント材料・技術の最新開発動向(仮)"シーエムシー出版(in press). (2003)