スパッタ法によるアルカリ金属ドープカーボンニノチューブ形成メカニズムの研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655019
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 本多 信一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90324821)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片山 光浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70185817) ; 尾浦 憲治郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029288)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 熱フィラメント / 基板バイアス電圧 / スパッタ法 / 窒素 / ドーピング / 密度制御

Research Abstract

本研究では、従来のRFマグネトロンスパッタ法に熱フィラメントの設置、基板バイアス電圧の印加、ドーパントとして期待される窒素ガスの導入など、スパッタ法をカーボンナノチューブ合成に応用するための装置の開発を行い、スパッタ法によるナノチューブの成長メカニズムの提案をおこなった。
スパッタ法によるナノチューブの成長機構として、(1)触媒金属微粒子がナノチューブの核として成長する、(2)適切なエネルギーをもったカーボン粒子が触媒金属微粒子に供給される、(3)カーボンが析出すると同時に微粒子が持ち上げられナノチューブとして成長する、と考えている。これら一連の成長過程において窒素の効果が提案された。すなわち、(1)RFプラズマ中の窒素イオンは、プラズマと基板との間のポテンシャル差によって、エネルギーを与えられ、基板に照射される。(2)基板への適度なエネルギーの供給によってカーボンナノチューブが成長する。また、窒素は、ナノチューブの密度制御に有効であることを明らかにした。窒素によるナノチューブの密度制御は、従来の密度制御手法(フッ酸処理、プラズマ処理、触媒金属の膜厚制御など)とは異なる新しい手法である。
本手法は、スパッタ法という応用に適した成長法であることに加えて、窒素が、ドーパントとして働くことが期待され、カーボンナノチューブの電気的特性を制御できる可能性が大きい。

Research Products

• [Publications] Shin-ichi Honda 他8名: "Method for Aligned bamboolike Carbon Nanotube Growth Using RF Magnetron Sputtering"Jpn.J.Appl.Phys. 42. 713-715 (2003)
• [Publications] Kenjiro Oura 他6名: "Study of electron field emission and structural properties of nanostructured carbon thin films deposited by hot-filamentassisted reactive sputtering using methane gas"Vacuum. 66. 239-243 (2002)
• [Publications] Shin-ichi Honda 他8名: "Characterization of low temperature growth carbon nanofibers synthesized by using plasma enhanced chemical vapor deposition"Vacuum. 66. 341-345 (2002)