自己組識化によるカーボンナノチューブの全体配列制御技術の確立とナノデバイス応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205010
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 尾浦 憲治郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029288)
• 研究分担者: 大門 秀明 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 助手 (20324816) ; 本多 信一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90324821) ; 片山 光浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70185817)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 電極間架橋構造 / 熱化学気相成長法 / 分散法 / 熱処理 / 電気伝導特性 / 接触抵抗 / 電界効果トランジスタ

研究概要

本研究では、熱化学気相成長(CVD)法および分散法を用いて、カーボンナノチューブ電極間架橋構造を作製し、ナノチューブの電気伝導特性の評価を行った。ナノチューブ電極間架橋構造を形成した後、熱処理、フォトリソグラフィーを用いた電極の形成により接触抵抗の軽減を試みた。また、ナノチューブ電界効果トランジスタ(FET)を試作し、本研究で開発されたナノチューブ電気伝導特性評価装置を用いて、その性能を評価した。
電極間架橋構造を形成した後、アニール処理を施したところ、アニール前には、バラつきのあった抵抗値がアニール後には20-70kΩの間に収まり、ナノチューブと電極との接触抵抗を減少させることに成功した。このことは、熱処理によって電極材料であるTiがカーバイド化し、TiCが形成したことが一因ではないかと考えている。さらに、リソグラフィの技術を利用して、電極間架橋構造を形成した後に、電極のパターンをナノチューブ上に形成し、接触抵抗を減少させることに成功した。ナノチューブの電気伝導特性を評価した結果、バリスティック伝導ではなく、拡散伝導であることが明らかになった。
カーボンナノチューブFETを試作し、ドレイン・ソース間の電流のゲート電圧依存性を調べた。ドレイン・ソース電流は、ゲート電圧によって変調されることを確認した。従来のp型MOSFETと同等の相互コンダクタンスが得られることが分かった。チャネル長を短くすることや、電極構造を変えることで、さらに高速のFETを実現できる可能性がある。

研究成果

• [文献書誌] 尾浦憲治郎 他7名: "プラズマ化学気相成長法による電界電子エミッター用ナノ構造薄膜の作製と評価"真空. Vol.46, No.3. 168-171 (2003)
• [文献書誌] 片山光浩 他8名: "触媒金属微粒子制御による垂直配向カーボンナノチューブ薄膜の作製"真空. Vol.46, No.7. 4-7 (2003)
• [文献書誌] Kenjiro Oura 他6名: "Formation of Graphite Layers during Carbon Nanotubes Growth"Jpn.J.Appl.Phys. 42. 579-581 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他7名: "Low Temperature Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes by Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition Using Pure Methane"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L441-L443 (2003)
• [文献書誌] 尾浦憲治郎他5名: "熱化学気相成長法によるカーボンナノチューブ-金属微粒子間架橋構造の形成"真空. Vol.46, No.6. 7-10 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他9名: "Large field emission from carbon nanotubes grown on patterned catalyst thin film by thermal chemical vapor deposition"Physica B. 323. 171-173 (2002)
• [文献書誌] Kenjiro Oura 他10名: "Doping of Magic Nanoclusters in the Submonolayer in/Si (100) System"Physical Review Letters. Vol.91, No.2. 026104-1-026104-4 (2003)