マイクロマニシングによるナノ構造生成とその極限センシング

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14702023
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095)
• キーワード: カーボンナノチューブ / マイクロマシニング / ナノマシニング / 質量センサ / マイクロプローブ / ナノ構造 / ナニピュレーター

研究概要

近年、カーボンナノチューブのようなナノ構造を有する物質は様々な特性を有し、将来、電子デバイス、エネルギー変換素子、機能性材料など多くの分野での応用が期待されている。本研究では、ヤイクロマシニング技術を利用してナノ構造合成装置を開発する。このナノ物質合成装置はIn-Situ観察しながら成長させることで、狙った構造を作製することを目的とする。マイクロマシニングで作製したナノ物質合成装置は、電界等を制御することで、所望の位置にナノ構造を生成できると期待される。
作製したナノ構造をもつ物質を一つだけ取り出してその電気特定や物性を測定する。この測定のために、これまで開発してきたマイクロマシニング技術を応用して作製した高感度センサを利用すると同時にこのセンシング技術を発展させる。また、ナノの世界を見て操るための様々なツールを開発する。電子顕微鏡内でナノマニピュレーターを利用してこの振動子の上にナノ構造体を載せ、外部から様々な刺激(ガス暴露、光、磁場、電場等)をナノ構造体に与えて、その相互作用を測り単一ナノ構造体の物性を調べる。例えば、この高感度センサを利用すれば、カーボンナノチューブなどのように様々な構造を持つナノ構造体を1本だけ取りだし、その特性・物性を調べることができると期待できる。カーボンナノチューブはその広い応用への期待から盛んに研究がなされているが、様々な構造・形態をとるため、水素吸蔵容量などのように、これまで測られた物性は平均的なものでしかない。
本年度は、ナノ構造の成長を制御するためのマイクロデバイスを試作し、成長を試みた。シリコンの突起あるいは対向する電極間に電圧を加えながら成長したとき、カーボンナノチューブが選択的に成長することを見出した。また、交互に並べた電極間に電圧を印加して成長すると、カーボンナノ構造からなるチューブ状の構造体が作製できることを示した。一方、ナノ構造をセンシングするためのシリコン振動子を作製しその特性を評価した。
マニピュレーターを作製してナノ構造物質を望んだ位置に配置する技術を開発し、高感度に質量変化、外部から働く力などを検出できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Miyashita, T.Ono, M.Esashi: "Freestanding Carbon Nanotube Bridge grown by Hot-filament Chemical vapor deposition"International Microprocess and Nanotechnology Conference. 36-37 (2002)
• [文献書誌] T.Ono, D.W.Wang, S.Sugimoto, H.Miyashita, M.Esashi: "Nanomechanics of Ultrathin Silicon Beams and Carbon Nanotubes"The 16th IEEE Micro Electro Mechanical Systems. 16. 33-36 (2003)
• [文献書誌] J.H.Bae, T.Ono, C.Konoma, M.Esashi: "Scanning Diamond Probe and Application to Thermo-Mechanical Nanolithography"The 16th IEEE Micro Electro Mechanical Systems. 16. 28-32 (2003)
• [文献書誌] T.Ono, E.Oesterschlze et al.: "Field-assisted assembly and alignment of carbon nanofibers"Nanotechnology. 14. 37-41 (2003)
• [文献書誌] J.Yang, T.Ono, M.Esashi: "Energy Dissipation in Submicrometer Thick Single-Crystal Silicon Cantilevers"J. of Microelectromechanical Systems. 11・6. 775-783 (2003)
• [文献書誌] X.Li, T.Ono, R.Lin, M.Esashi: "Resonance enhancement of micromachined resonators with strong mechanical-coupling between two degrees of freedom"Microelectronic Engineering. 65. 1-12 (2003)