ゲート絶縁膜被覆カーボンナノチューブ作製技術の開拓と量子ナノデバイス応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206005
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 片山 光浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70185817)
• 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)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 絶縁膜被膜 / 単層ナノチューブ / 熱化学気相成長 / パルスレーザアブレーション / 膜厚 / 結晶性 / 絶縁特性

研究概要

本研究では、熱化学気相成長(CVD)法とパルスレーザアブレーション(PLD)法を用いた絶縁膜被膜カーボンナノチューブ作製装置を開発し、単層ナノチューブの合成とナノチューブへの均一な絶縁膜被膜を試みた。また、絶縁膜被膜ナノチューブの絶縁特性の評価を行った。
ナノチューブの合成には、新しく開発した熱CVD装置を用い、成長条件を最適化することで、直径0.9-1.6nmの単層ナノチューブの高収率生成に成功した。単一の触媒金属ではなく、Fe/Al多層触媒金属を用いることにより、触媒金属微粒子の形成が促進されたことが、高収率生成の一因であると考えている。また、ナノチューブへの絶縁膜被膜にはPLD法を用い、試料ホルダーを独自に作製することにより、ナノチューブへの均一な被膜を行うことに成功した。
被膜後のナノチューブを透過電子顕微鏡で観察した結果、ナノチューブはその結晶性を保持し、その形状を反映して均一に被膜されていることが分かった。また、膜厚をナノメートルオーダーで制御できるということが分かった。
絶縁特性を評価するために、被膜前と被膜後の電流-電圧特性を調べた結果、43kΩからGΩのオーダーに変化することを確認し、絶縁膜被膜の有用性を示すことができた。
今後、絶縁膜被膜カーボンナノチューブ作製装置を用いて、電界効果トランジスタ(FET)を基軸とした量子ナノデバイスの作製を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他9名: "Synthesis of Aligned Carbon Nanofibers at 200℃"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L804-L806 (2003)
• [文献書誌] Shin-ichi Honda 他6名: "Insulator-Coated Carbon Nanotubes Synthesized by Pulsed Laser Deposition"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L1356-L1358 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他6名: "Influence of Plasma State on the Structural Property of Vertically Oriented Carbon Nanotubes Grown by RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys. 42. 6717-6720 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他7名: "Effect of Substrate Surface Phase on the Shape of Self-Organized Al Nanoclusters on Si(100) Formed upon Atomic Hydrogen Exposure"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L432-L434 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他6名: "Real-Time Scanning Tunneling Microscope Observations of High-Temperature Oxygen Reaction with the 6H-SiC(0001) √3×√3 Surface"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L451-L454 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama 他5名: "Quantitative Analysis of Hydrogen-Induced Si Segregation on Ge-Covered Si(001) Surface"Jpn.J.Appl.phys. 42. L485-L488 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Kaytayama 他6名: "Surface reactions of 6H-SiC(0001)3×3 with oxygen molecules at various temperatures"Surface Science. 529. 107-113 (2003)
• [文献書誌] Mitsuhiro Katayama: "Exploring surface processes by coaxial impact-collision ion scattering spectroscopy and time-of-flight elastic recoil detection analysis"Current Applied Physics. 3. 65-69 (2003)