JP2003331711A - 炭素との親和度が高い金属を電極として備える電子素子 - Google Patents
炭素との親和度が高い金属を電極として備える電子素子Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素との親和度が高い金属を電極として備え
る電子素子を提供する。 【解決手段】 化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電素素子であって、反応ガスのう
ち炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピ
ーより小さい金属から形成された電極を備える電子素
子。よって、電極として用いる金属が酸素より炭素との
結合速度が一層速くて炭化金属膜を形成することによ
り、電極の酸化を防いで炭素ナノチューブが電極上に容
易に蒸着できる。
る電子素子を提供する。 【解決手段】 化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電素素子であって、反応ガスのう
ち炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピ
ーより小さい金属から形成された電極を備える電子素
子。よって、電極として用いる金属が酸素より炭素との
結合速度が一層速くて炭化金属膜を形成することによ
り、電極の酸化を防いで炭素ナノチューブが電極上に容
易に蒸着できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子素子に係り、よ
り詳細には、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチューブ
（カーボンナノチューブ）を電極上に蒸着する場合に用
いて好適な電極を備える電子素子に関する。
り詳細には、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチューブ
（カーボンナノチューブ）を電極上に蒸着する場合に用
いて好適な電極を備える電子素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素ナノチューブは、そのユニークな構
造的特性及び電気的特性から各種の電子素子に応用する
ことができる。例えば、電子放出源、水素貯蔵物質、二
次電池の陰極物質、触媒、センサーなどの応用分野があ
り、これらに加えて、他の応用分野も開発されつつあ
る。
造的特性及び電気的特性から各種の電子素子に応用する
ことができる。例えば、電子放出源、水素貯蔵物質、二
次電池の陰極物質、触媒、センサーなどの応用分野があ
り、これらに加えて、他の応用分野も開発されつつあ
る。
【０００３】炭素ナノチューブを用いる電子素子を製造
するために、粉末状またはペースト状の炭素ナノチュー
ブを用いる方法、または基板上に化学気相蒸着法（Chem
icalVapor Deposition: CVD）を用いて直接的に炭素ナ
ノチューブを蒸着する方法などが用いられている。
するために、粉末状またはペースト状の炭素ナノチュー
ブを用いる方法、または基板上に化学気相蒸着法（Chem
icalVapor Deposition: CVD）を用いて直接的に炭素ナ
ノチューブを蒸着する方法などが用いられている。
【０００４】前記粉末やペーストを用いる電子素子の製
造方法は、炭素ナノチューブをレーザアブレーション
（ablation）またはアーク放電を用いて炭素ナノチュー
ブ粉を生成し、これを伝導性または非伝導性のペースト
と混合してプリントする方法である。
造方法は、炭素ナノチューブをレーザアブレーション
（ablation）またはアーク放電を用いて炭素ナノチュー
ブ粉を生成し、これを伝導性または非伝導性のペースト
と混合してプリントする方法である。
【０００５】前記ペーストを用いる電子素子の製造方法
は、選択的な蒸着や整列性などの特性が化学気相蒸着法
に比べると劣っているため、今後は化学気相蒸着法を用
いて電子素子を製造する方法が広く用いられることにな
るといわれている。
は、選択的な蒸着や整列性などの特性が化学気相蒸着法
に比べると劣っているため、今後は化学気相蒸着法を用
いて電子素子を製造する方法が広く用いられることにな
るといわれている。
【０００６】化学気相蒸着法には、熱化学気相蒸着法
（thermal CVD）及びプラズマ化学気相蒸着法（plasma
CVD）がある。プラズマ化学気相蒸着法は、電気放電法
やレーザ蒸着法に比べ、比較的に低温下において炭素ナ
ノチューブを合成することができるという長所がある。
一方、熱化学気相蒸着法は、炭素ナノチューブを大面積
において合成可能であり、且つ、高品質の炭素ナノチュ
ーブを合成することができるという長所がある。
（thermal CVD）及びプラズマ化学気相蒸着法（plasma
CVD）がある。プラズマ化学気相蒸着法は、電気放電法
やレーザ蒸着法に比べ、比較的に低温下において炭素ナ
ノチューブを合成することができるという長所がある。
一方、熱化学気相蒸着法は、炭素ナノチューブを大面積
において合成可能であり、且つ、高品質の炭素ナノチュ
ーブを合成することができるという長所がある。
【０００７】上述の化学気相蒸着法においては、炭素ナ
ノチューブを蒸着するための反応ガスとして、メタン
（ＣＨ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）などが用いられる。また、これらのガスは水素（Ｈ
2）やアンモニア（ＮＨ3）などのエッチング性ガスと混
合されて用いられる。
ノチューブを蒸着するための反応ガスとして、メタン
（ＣＨ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）などが用いられる。また、これらのガスは水素（Ｈ
2）やアンモニア（ＮＨ3）などのエッチング性ガスと混
合されて用いられる。
【０００８】前記反応ガスのうちメタンは、高エネルギ
ープラズマを用いる場合に使用すると、高品質な炭素ナ
ノチューブが生成できる。アセチレンは、相対的に低い
温度においても炭素ナノチューブの蒸着が可能である。
ープラズマを用いる場合に使用すると、高品質な炭素ナ
ノチューブが生成できる。アセチレンは、相対的に低い
温度においても炭素ナノチューブの蒸着が可能である。
【０００９】一酸化炭素は、炭素ナノチューブの水素不
純物の含有量が低減できるので、相対的に低い温度で高
品質の炭素ナノチューブを蒸着することができる。しか
し、一酸化炭素は、炭素ナノチューブの製造中に生じる
酸素原子やラジカルなどと共に表面の金属や他の炭素分
子と競争的な化学反応を起こして金属を酸化させたり、
二酸化炭素などの生成物を生成したりする。一酸化炭素
により酸化される金属の表面は、その電気伝導度が低下
して電子素子の正常な動作を妨げる。
純物の含有量が低減できるので、相対的に低い温度で高
品質の炭素ナノチューブを蒸着することができる。しか
し、一酸化炭素は、炭素ナノチューブの製造中に生じる
酸素原子やラジカルなどと共に表面の金属や他の炭素分
子と競争的な化学反応を起こして金属を酸化させたり、
二酸化炭素などの生成物を生成したりする。一酸化炭素
により酸化される金属の表面は、その電気伝導度が低下
して電子素子の正常な動作を妨げる。
【００１０】すなわち、従来の化学気相蒸着装置におい
て、一酸化炭素、二酸化炭素（ＣＯ 2）、メチルアルコ
ール（ＣＨ3ＯＨ）、エチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）
などの含酸素ガスが反応ガスとして用いられる場合、電
極を構成する金属と化学的な反応を起こして金属を酸化
させて電極の電気伝導度を低下させ、これにより、製造
される電子素子の性能が低下してしまう。
て、一酸化炭素、二酸化炭素（ＣＯ 2）、メチルアルコ
ール（ＣＨ3ＯＨ）、エチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）
などの含酸素ガスが反応ガスとして用いられる場合、電
極を構成する金属と化学的な反応を起こして金属を酸化
させて電極の電気伝導度を低下させ、これにより、製造
される電子素子の性能が低下してしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
述の従来の技術の問題点を改善するためになされたもの
であり、その目的とするところは、化学気相蒸着法を用
いて炭素ナノチューブを電極に蒸着する場合、電極の電
気伝導度が一定に保てると共に、炭素ナノチューブを電
極上に良好に形成することができる電極を備える電子素
子を提供することである。
述の従来の技術の問題点を改善するためになされたもの
であり、その目的とするところは、化学気相蒸着法を用
いて炭素ナノチューブを電極に蒸着する場合、電極の電
気伝導度が一定に保てると共に、炭素ナノチューブを電
極上に良好に形成することができる電極を備える電子素
子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電子素子において、反応ガスのう
ち炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピ
ーより小さい金属から形成された電極を備える電子素子
を提供する。
に、本発明は、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電子素子において、反応ガスのう
ち炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピ
ーより小さい金属から形成された電極を備える電子素子
を提供する。
【００１３】ここで、好ましくは、前記金属は、チタン
（Ｔｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちどちらか一つで
ある。さらに、好ましくは、前記金属は、前記炭素と結
合して炭化金属を形成する。また、前記反応ガスは、一
酸化炭素、二酸化炭素、メチルアルコール及びエチルア
ルコールのうちいずれか一つである。
（Ｔｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちどちらか一つで
ある。さらに、好ましくは、前記金属は、前記炭素と結
合して炭化金属を形成する。また、前記反応ガスは、一
酸化炭素、二酸化炭素、メチルアルコール及びエチルア
ルコールのうちいずれか一つである。
【００１４】前記目的を達成するために、本発明はま
た、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチューブが電極に
蒸着される電子素子において、前記電極の酸化を防ぐ炭
化金属膜が表面に形成された電極を備える電子素子を提
供する。
た、化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチューブが電極に
蒸着される電子素子において、前記電極の酸化を防ぐ炭
化金属膜が表面に形成された電極を備える電子素子を提
供する。
【００１５】ここで、好ましくは、前記金属は、Ｔｉ及
びＭｏのうちどちらか一つである。
びＭｏのうちどちらか一つである。
【００１６】本発明は、化学気相蒸着装置において、炭
素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピーよ
り小さい金属を電極として用いることにより、炭素及び
酸素を含む反応ガスが注入された場合、金属が炭素と先
に反応して炭化金属膜を金属の表面に先に形成し、酸素
の侵入を防ぐ。これにより、金属の酸化が防がれて電気
伝導度が一定に保たれ、且つ、炭素ナノチューブの歩留
まりが向上する。
素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタルピーよ
り小さい金属を電極として用いることにより、炭素及び
酸素を含む反応ガスが注入された場合、金属が炭素と先
に反応して炭化金属膜を金属の表面に先に形成し、酸素
の侵入を防ぐ。これにより、金属の酸化が防がれて電気
伝導度が一定に保たれ、且つ、炭素ナノチューブの歩留
まりが向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施の形態による電極を備える電子素子について詳細に説
明する。
施の形態による電極を備える電子素子について詳細に説
明する。
【００１８】図１は、本発明の実施の形態による金属を
電極として備える電子素子を示す図面である。図１を参
照すれば、基板１上に絶縁層３が積層されており、絶縁
層３の上面の左右両側に二つの薄板状の金属電極５が所
定間隔をおいて位置しており、両金属電極５を接続させ
る炭素ナノチューブ７が形成されている。
電極として備える電子素子を示す図面である。図１を参
照すれば、基板１上に絶縁層３が積層されており、絶縁
層３の上面の左右両側に二つの薄板状の金属電極５が所
定間隔をおいて位置しており、両金属電極５を接続させ
る炭素ナノチューブ７が形成されている。
【００１９】前記構造は、シリコンがドーピングされて
いなければ最も簡単なＩ−Ｖ（電流−電圧）素子とな
り、シリコンがＰ型ないしＮ型の不純物をドーピングさ
れている場合には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Fi
eld-Effect Transistor）素子となる。
いなければ最も簡単なＩ−Ｖ（電流−電圧）素子とな
り、シリコンがＰ型ないしＮ型の不純物をドーピングさ
れている場合には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Fi
eld-Effect Transistor）素子となる。
【００２０】前記電子素子の電極として用いられる金属
電極５は、ＴｉまたはＭｏからなる。この金属電極５
は、炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタル
ピーより小さいので、炭素との結合速度が酸素と結合す
る速度より高い性質を有する。
電極５は、ＴｉまたはＭｏからなる。この金属電極５
は、炭素との反応エンタルピーが酸素との反応エンタル
ピーより小さいので、炭素との結合速度が酸素と結合す
る速度より高い性質を有する。
【００２１】図２は、プラズマ化学気相蒸着法を用い、
本発明の実施の形態による金属を電極として備える電子
素子を製造する方法を示す図面である。図２を参照すれ
ば、プラズマ化学気相蒸着装置には、上部電極１４と下
部電極１２とが設けられており、下部電極１２の上部に
は基板１１が位置し、基板１１上には触媒金属膜が形成
されている。下部電極１１の下部には熱抵抗ヒータ１３
が設けられており、基板１１に熱を供給する。基板１１
の上部、上部電極１４と下部電極１２との間にフィラメ
ント１５を設けて反応ガスを分解したり炭素ナノチュー
ブを合成したりするのに必要なエネルギーを供給する。
モータ１９は、基板１１が位置する下部電極１２を回転
させる。
本発明の実施の形態による金属を電極として備える電子
素子を製造する方法を示す図面である。図２を参照すれ
ば、プラズマ化学気相蒸着装置には、上部電極１４と下
部電極１２とが設けられており、下部電極１２の上部に
は基板１１が位置し、基板１１上には触媒金属膜が形成
されている。下部電極１１の下部には熱抵抗ヒータ１３
が設けられており、基板１１に熱を供給する。基板１１
の上部、上部電極１４と下部電極１２との間にフィラメ
ント１５を設けて反応ガスを分解したり炭素ナノチュー
ブを合成したりするのに必要なエネルギーを供給する。
モータ１９は、基板１１が位置する下部電極１２を回転
させる。
【００２２】基板１１上の触媒金属膜の上部には、製造
しようとする電子素子の金属電極１６が位置している。
金属電極１６は、炭素との反応エンタルピーが酸素との
反応エンタルピーより大きい金属よりなっている。ここ
で、製造しようとする電子素子には、その構造によっ
て、他の機能を有する層をさらに積層することができ
る。例えば、基板１１と金属電極１６との間に、絶縁層
を積層させてもよい。
しようとする電子素子の金属電極１６が位置している。
金属電極１６は、炭素との反応エンタルピーが酸素との
反応エンタルピーより大きい金属よりなっている。ここ
で、製造しようとする電子素子には、その構造によっ
て、他の機能を有する層をさらに積層することができ
る。例えば、基板１１と金属電極１６との間に、絶縁層
を積層させてもよい。
【００２３】上部電極１４及び下部電極１２にはＲＦ電
源１７が接続されて電気エネルギーを供給し、上部電極
１４の中央部には反応ガスが注入される導管が接続され
て一酸化炭素、メタン、アセチレン、水素などの反応ガ
スを反応チャンバ１０に供給する。
源１７が接続されて電気エネルギーを供給し、上部電極
１４の中央部には反応ガスが注入される導管が接続され
て一酸化炭素、メタン、アセチレン、水素などの反応ガ
スを反応チャンバ１０に供給する。
【００２４】アンモニアガスまたは水素ガスなどのエッ
チング用ガスを反応チャンバ１０に注入した後、約６６
０℃以下の温度において所定の圧力を維持しつつＲＦパ
ワーを供給すれば、基板１１上の金属電極１６の表面が
エッチング用ガスから生じるプラズマによりエッチング
されて金属電極１６の表面に微細なグレーン（grains）
よりなる触媒微粒子（catalytic corpuscles）が形成さ
れる。前記触媒微粒子上に垂直方向に整列される炭素ナ
ノチューブが合成される。
チング用ガスを反応チャンバ１０に注入した後、約６６
０℃以下の温度において所定の圧力を維持しつつＲＦパ
ワーを供給すれば、基板１１上の金属電極１６の表面が
エッチング用ガスから生じるプラズマによりエッチング
されて金属電極１６の表面に微細なグレーン（grains）
よりなる触媒微粒子（catalytic corpuscles）が形成さ
れる。前記触媒微粒子上に垂直方向に整列される炭素ナ
ノチューブが合成される。
【００２５】基板１１としては、ガラス基板、石英基
板、シリコン基板またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板が使
用できる。
板、シリコン基板またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板が使
用できる。
【００２６】電子素子の金属電極１６として用いられる
金属には、Ｔｉ、Ｍｏ及び鉄（Ｆｅ）などがあるが、こ
れらの金属は炭素との反応エンタルピーが酸素との反応
エンタルピーより小さいので、炭素との結合速度が酸素
との結合速度より速い。
金属には、Ｔｉ、Ｍｏ及び鉄（Ｆｅ）などがあるが、こ
れらの金属は炭素との反応エンタルピーが酸素との反応
エンタルピーより小さいので、炭素との結合速度が酸素
との結合速度より速い。
【００２７】下記の化学式１は、金属が一酸化炭素と反
応する場合に産出物として炭化金属を生成する化学反応
式を表わし、化学式２は、酸化金属を生成する化学反応
式を表わす。
応する場合に産出物として炭化金属を生成する化学反応
式を表わし、化学式２は、酸化金属を生成する化学反応
式を表わす。
【００２８】
【化１】
【００２９】
【化２】
【００３０】Ｔｉの場合、Ｔｉと酸素との結合エネルギ
ーは６７２．４ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｔｉと炭素との結
合エネルギーは、４２３ｋＪ／ｍｏｌであり、化学式１
による反応エンタルピーは−１，３０７．１ｋＪであ
り、そして化学式２による反応エンタルピーは−８０
８．２ｋＪであるため、化学式１による反応が化学式２
による反応より優勢であることが分かる。
ーは６７２．４ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｔｉと炭素との結
合エネルギーは、４２３ｋＪ／ｍｏｌであり、化学式１
による反応エンタルピーは−１，３０７．１ｋＪであ
り、そして化学式２による反応エンタルピーは−８０
８．２ｋＪであるため、化学式１による反応が化学式２
による反応より優勢であることが分かる。
【００３１】Ｍｏの場合にも、Ｍｏと酸素との結合エネ
ルギーは５６０．２ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｍｏと炭素と
の結合エネルギーは４８１ｋＪ．ｍｏｌであり、化学式
１による反応エンタルピーは−１，１９１ｋＪであり、
そして化学式２による反応エンタルピーは−１，０３２
ｋＪであるため、化学式１による反応が化学式２による
反応より優勢に起こるということが分かる。
ルギーは５６０．２ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｍｏと炭素と
の結合エネルギーは４８１ｋＪ．ｍｏｌであり、化学式
１による反応エンタルピーは−１，１９１ｋＪであり、
そして化学式２による反応エンタルピーは−１，０３２
ｋＪであるため、化学式１による反応が化学式２による
反応より優勢に起こるということが分かる。
【００３２】しかし、クロムの場合には、クロムと酸素
との結合エネルギーは４２９．３ｋＪ／ｍｏｌであるの
に対し、クロムと炭素との結合エネルギーはこれよりは
るかに高く、化学式２による反応が化学式１による反応
より優勢である。
との結合エネルギーは４２９．３ｋＪ／ｍｏｌであるの
に対し、クロムと炭素との結合エネルギーはこれよりは
るかに高く、化学式２による反応が化学式１による反応
より優勢である。
【００３３】したがって、この場合、反応ガスとして含
酸素の一酸化炭素、含酸素の二酸化炭素、含酸素のメチ
ルアルコール、含酸素のエチルアルコールなどのガスを
用いれば、金属の表面にカーボンチタン、カーボンモリ
ブデン、炭素鉄などの炭化金属膜が形成されて、前記金
属が酸素と接触することを防ぐことができる。
酸素の一酸化炭素、含酸素の二酸化炭素、含酸素のメチ
ルアルコール、含酸素のエチルアルコールなどのガスを
用いれば、金属の表面にカーボンチタン、カーボンモリ
ブデン、炭素鉄などの炭化金属膜が形成されて、前記金
属が酸素と接触することを防ぐことができる。
【００３４】化学反応が発熱反応である場合には、熱含
量（内部エネルギー）は減って反応エンタルピーは負と
なり、吸熱反応である場合には、熱含量が増えて反応エ
ンタルピーは正となる。本発明では、炭素と金属、酸素
と金属との化学反応は発熱反応であり、炭素と金属との
化学反応における内部エネルギーの減少量が酸素と金属
との化学反応における内部エネルギーの減少量より大き
いため、反応エンタルピーは、炭素と金属とが反応する
場合のほうが小さくなる。すなわち、炭素と金属とが反
応して炭化金属が形成される場合のほうが、酸素と金属
とが反応して酸化金属が形成される場合より多量の熱を
生じ、炭化金属が酸化金属より一層安定化するというこ
とが分かる。
量（内部エネルギー）は減って反応エンタルピーは負と
なり、吸熱反応である場合には、熱含量が増えて反応エ
ンタルピーは正となる。本発明では、炭素と金属、酸素
と金属との化学反応は発熱反応であり、炭素と金属との
化学反応における内部エネルギーの減少量が酸素と金属
との化学反応における内部エネルギーの減少量より大き
いため、反応エンタルピーは、炭素と金属とが反応する
場合のほうが小さくなる。すなわち、炭素と金属とが反
応して炭化金属が形成される場合のほうが、酸素と金属
とが反応して酸化金属が形成される場合より多量の熱を
生じ、炭化金属が酸化金属より一層安定化するというこ
とが分かる。
【００３５】本発明の実施の形態による金属を電極とし
て備える電子素子は、熱化学気相蒸着法を用いて製造す
ることができる。
て備える電子素子は、熱化学気相蒸着法を用いて製造す
ることができる。
【００３６】図３を参照すれば、電極１１０が位置する
基板１３０を熱化学気相蒸着装置のボート３１０に所定
距離をおいて並ぶように設けた後、ボート３１０を反応
炉３１５内にローディングする。その後、反応炉３１５
の温度を工程温度まで上げると共に、エッチングガス及
び反応ガスを注入して炭素ナノチューブを電極１１０上
に蒸着する。
基板１３０を熱化学気相蒸着装置のボート３１０に所定
距離をおいて並ぶように設けた後、ボート３１０を反応
炉３１５内にローディングする。その後、反応炉３１５
の温度を工程温度まで上げると共に、エッチングガス及
び反応ガスを注入して炭素ナノチューブを電極１１０上
に蒸着する。
【００３７】基板、電極及び反応ガスなどに関する説明
は、プラズマ化学気相蒸着法と同じであるため、ここで
は詳細な説明を省く。
は、プラズマ化学気相蒸着法と同じであるため、ここで
は詳細な説明を省く。
【００３８】本発明は、前述のように熱化学気相蒸着法
またはプラズマ化学気相蒸着法を用いて、トランジス
タ、電界放出素子（ＦＥＤ：Field Emitter Display）
などの電子素子を製造する際に、電極１６，１１０とし
て酸素より炭素との結合性に優れたＴｉ，Ｍｏ，Ｆｅな
どの金属を用いることにより、電極の表面に炭化金属膜
を生成して炭素ナノチューブの形成中の電極の酸化を防
止する。電気伝導度が一定に保たれるので、電子素子を
容易に製造することができる。したがって、性能の良好
な電子素子を製造することができる。
またはプラズマ化学気相蒸着法を用いて、トランジス
タ、電界放出素子（ＦＥＤ：Field Emitter Display）
などの電子素子を製造する際に、電極１６，１１０とし
て酸素より炭素との結合性に優れたＴｉ，Ｍｏ，Ｆｅな
どの金属を用いることにより、電極の表面に炭化金属膜
を生成して炭素ナノチューブの形成中の電極の酸化を防
止する。電気伝導度が一定に保たれるので、電子素子を
容易に製造することができる。したがって、性能の良好
な電子素子を製造することができる。
【００３９】図４は、クロム電極が一酸化炭素と水素と
の混合ガスを反応ガスとして用いる炭素ナノチューブの
製造条件に曝した後の前記クロム電極の原子濃度の変化
を、オーガー（Auger）電子スペクトルによって示すグ
ラフである。
の混合ガスを反応ガスとして用いる炭素ナノチューブの
製造条件に曝した後の前記クロム電極の原子濃度の変化
を、オーガー（Auger）電子スペクトルによって示すグ
ラフである。
【００４０】図４を参照すれば、クロムの原子濃度％
は、１５００秒を経過後にスパッタリング時間が長引く
ほど上がり、酸素は、１５００秒経過後にスパッタリン
グ時間が長引くほど下がっている。これに対し、炭素の
濃度はほとんど一定に保たれるということが分かる。
は、１５００秒を経過後にスパッタリング時間が長引く
ほど上がり、酸素は、１５００秒経過後にスパッタリン
グ時間が長引くほど下がっている。これに対し、炭素の
濃度はほとんど一定に保たれるということが分かる。
【００４１】すなわち、クロムが炭素と反応するより先
に酸素と反応して酸化クロム（ＣｒＯx）を形成するの
で、表面から一定の深さまではクロムの濃度が低いが、
電極の内部に進むほどクロムの濃度が上がる。これに対
し、酸素は、クロムとの親和度が高く、電極の表面に多
量吸着されているので、表面から一定の深さまでは原子
の濃度が高く、電極の内部に進むほどその濃度が下がる
ということが分かる。炭素はクロムとはほとんど化学反
応をしないので、一定量を維持するのである。
に酸素と反応して酸化クロム（ＣｒＯx）を形成するの
で、表面から一定の深さまではクロムの濃度が低いが、
電極の内部に進むほどクロムの濃度が上がる。これに対
し、酸素は、クロムとの親和度が高く、電極の表面に多
量吸着されているので、表面から一定の深さまでは原子
の濃度が高く、電極の内部に進むほどその濃度が下がる
ということが分かる。炭素はクロムとはほとんど化学反
応をしないので、一定量を維持するのである。
【００４２】グラフからクロムが炭素より酸素との親和
度が高いことが分かり、クロムは電極として用いるのに
好適ではないということが分かる。
度が高いことが分かり、クロムは電極として用いるのに
好適ではないということが分かる。
【００４３】図５Ａは、アルミニウム電極が一酸化炭素
と水素との混合ガスを反応ガスとして用いる炭素ナノチ
ューブの製造条件に曝された後の、前記アルミニウムの
原子濃度の変化に対するＸ線光電子スペクトルを示す。
と水素との混合ガスを反応ガスとして用いる炭素ナノチ
ューブの製造条件に曝された後の、前記アルミニウムの
原子濃度の変化に対するＸ線光電子スペクトルを示す。
【００４４】図５Ａを参照すれば、金属の内部に進むほ
どアルミニウムの濃度が上がり、酸素の濃度が下がると
いうことが分かる。
どアルミニウムの濃度が上がり、酸素の濃度が下がると
いうことが分かる。
【００４５】但し、図５Ｂを参照すれば、アルミニウム
は、酸素又は水素と化合して、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）ま
たはアルミニウム水素化物（ＡｌＨｘ；例えばＡｌ
Ｈ3）を生成するが、膜の内部に進むほど、より多くの
アルミニウム水素化物が生成されているということが分
かる。すなわち、図５Ａに示す結果だけでは、アルミニ
ウムが主として酸素と反応して、電極表面にアルミナの
結合物を生成すると推測されたが、図５Ｂのグラフか
ら、アルミナよりアルミニウム水素化物の方が生成する
量が多いことが分かる。しかし、アルミニウム水素化物
は融点が低くすぐに昇華してしまうので、アルミニウム
は電極として好適ではない。
は、酸素又は水素と化合して、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）ま
たはアルミニウム水素化物（ＡｌＨｘ；例えばＡｌ
Ｈ3）を生成するが、膜の内部に進むほど、より多くの
アルミニウム水素化物が生成されているということが分
かる。すなわち、図５Ａに示す結果だけでは、アルミニ
ウムが主として酸素と反応して、電極表面にアルミナの
結合物を生成すると推測されたが、図５Ｂのグラフか
ら、アルミナよりアルミニウム水素化物の方が生成する
量が多いことが分かる。しかし、アルミニウム水素化物
は融点が低くすぐに昇華してしまうので、アルミニウム
は電極として好適ではない。
【００４６】図６は、本発明の実施の形態によるモリブ
デン電極を備える電子素子において、前記モリブデン電
極が一酸化炭素と水素との混合ガスを反応ガスとして用
いる炭素ナノチューブの製造条件に曝された後の、原子
濃度の変化に対するＸ線光電子スペクトルを示す。
デン電極を備える電子素子において、前記モリブデン電
極が一酸化炭素と水素との混合ガスを反応ガスとして用
いる炭素ナノチューブの製造条件に曝された後の、原子
濃度の変化に対するＸ線光電子スペクトルを示す。
【００４７】図６に示すように、エッチングが進むに伴
い炭素の濃度は下がり、モリブデンの濃度は上がって酸
素の濃度はほとんど一定に保たれるということが分か
る。これは、モリブデンの表面にのみモリブデン炭化膜
が形成され、その内部は金属の性質をそのまま保ってい
るからである。このグラフから、本発明の実施の形態に
よる電子素子に用いられる電極としてモリブデンが好適
であるということが分かる。
い炭素の濃度は下がり、モリブデンの濃度は上がって酸
素の濃度はほとんど一定に保たれるということが分か
る。これは、モリブデンの表面にのみモリブデン炭化膜
が形成され、その内部は金属の性質をそのまま保ってい
るからである。このグラフから、本発明の実施の形態に
よる電子素子に用いられる電極としてモリブデンが好適
であるということが分かる。
【００４８】下記の表は、金属別電気伝導度の変化を示
している。ここで、単位は１／Ωｃｍである。
している。ここで、単位は１／Ωｃｍである。
【００４９】
【表１】
【００５０】クロムは、化学気相蒸着装置における反応
後に電気伝導度が大幅に下がったが、他の４種の金属は
電気伝導度の変化がほとんどないということが分かる。
上記の結果から、クロムを除いた他の４種の金属を電極
として用いる場合、電気エネルギーを一定に供給し得る
ということが分かる。但し、アルミニウムはアルミニウ
ム水素化物の形に変わって昇華してしまうため、電極と
しては好適ではない。
後に電気伝導度が大幅に下がったが、他の４種の金属は
電気伝導度の変化がほとんどないということが分かる。
上記の結果から、クロムを除いた他の４種の金属を電極
として用いる場合、電気エネルギーを一定に供給し得る
ということが分かる。但し、アルミニウムはアルミニウ
ム水素化物の形に変わって昇華してしまうため、電極と
しては好適ではない。
【００５１】本発明の実施の形態による金属を電極とし
て備える電子素子は、炭素及び酸素を含む反応ガスを用
いて炭素ナノチューブを製造する場合、炭素との反応エ
ンタルピーが酸素との反応エンタルピーより小さくて炭
素との結合速度が一層速い金属を電極として用いて炭化
金属膜を電極の表面に形成することにより酸化を防いで
電極の電気伝導度を一定に保ち、炭素ナノチューブを電
子素子上に成長させることにより電子素子の性能を向上
させる。
て備える電子素子は、炭素及び酸素を含む反応ガスを用
いて炭素ナノチューブを製造する場合、炭素との反応エ
ンタルピーが酸素との反応エンタルピーより小さくて炭
素との結合速度が一層速い金属を電極として用いて炭化
金属膜を電極の表面に形成することにより酸化を防いで
電極の電気伝導度を一定に保ち、炭素ナノチューブを電
子素子上に成長させることにより電子素子の性能を向上
させる。
【００５２】
【発明の効果】上述したように、本発明に係る電極を備
える電子素子の長所は、酸素より炭素との反応性が良好
な金属を電極として用いて炭化金属膜を形成することに
より電極の酸化を防いで電極の電気伝導度を一定に保
ち、炭素ナノチューブの形成方法を様々にできるほか、
電子素子の全体的な性能を向上することができることで
ある。
える電子素子の長所は、酸素より炭素との反応性が良好
な金属を電極として用いて炭化金属膜を形成することに
より電極の酸化を防いで電極の電気伝導度を一定に保
ち、炭素ナノチューブの形成方法を様々にできるほか、
電子素子の全体的な性能を向上することができることで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による電極を備える電子素
子を示す図面である。
子を示す図面である。
【図２】本発明の実施の形態による電極を備える電子素
子を、プラズマ化学気相蒸着法を用いて製造する方法を
示す図面である。
子を、プラズマ化学気相蒸着法を用いて製造する方法を
示す図面である。
【図３】本発明の実施の形態による電極を備える電子素
子を、熱化学気相蒸着法を用いて製造する方法を示す図
面である。
子を、熱化学気相蒸着法を用いて製造する方法を示す図
面である。
【図４】クロム電極が炭素ナノチューブの蒸着条件に曝
された後の、スパッタリング時間による原子濃度の変化
を示すグラフである。
された後の、スパッタリング時間による原子濃度の変化
を示すグラフである。
【図５Ａ】アルミニウム電極が炭素ナノチューブの蒸着
条件に曝された後の、スパッタリング時間による原子濃
度の変化を示すグラフである。
条件に曝された後の、スパッタリング時間による原子濃
度の変化を示すグラフである。
【図５Ｂ】アルミニウム電極が炭素ナノチューブの蒸着
条件に曝された後の、拘束エネルギーによるＣ／Ｓ（co
unt/second）を示すグラフである。
条件に曝された後の、拘束エネルギーによるＣ／Ｓ（co
unt/second）を示すグラフである。
【図６】モリブデン電極が炭素ナノチューブの蒸着条件
に曝された後の、スパッタリング時間による原子濃度の
変化を示すグラフである。
に曝された後の、スパッタリング時間による原子濃度の
変化を示すグラフである。
１ 基板
３ 絶縁層
５ 金属電極
７ 炭素ナノチューブ
フロントページの続き
(72)発明者 朴 永 俊
大韓民国 京畿道 水原市 八達区 靈通
洞 973−３番地 韓信アパート 811棟
1301号
Ｆターム(参考） 4G146 AA07 AA09 AB07 AD29 BA09
BA11
4M104 AA01 AA10 BB04 BB14 BB16
BB36 DD43 DD44 DD45 GG08
HH20
5C127 BA09 BA15 BB07 CC03 CC10
DD08 DD09 DD12 DD38 DD72
DD88 EE17
5C135 AA09 AA15 AB02 AB07 AC03
AC12 AC29 HH04 HH15
Claims (6)
- 【請求項１】 化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電子素子において、 反応ガスのうち炭素との反応エンタルピーが酸素との反
応エンタルピーより小さい金属から形成された電極を備
える電子素子。 - 【請求項２】 前記金属は、チタン及びモリブデンのう
ちどちらか一つであることを特徴とする請求項１に記載
の電子素子。 - 【請求項３】 前記金属は、前記炭素と結合して炭化金
属を形成することを特徴とする請求項２に記載の電子素
子。 - 【請求項４】 前記反応ガスは、一酸化炭素、二酸化炭
素、メチルアルコール及びエチルアルコールのうちいず
れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の電子
素子。 - 【請求項５】 化学気相蒸着法を用いて炭素ナノチュー
ブが電極に蒸着される電子素子において、前記電極の酸
化を防ぐ炭化金属膜が表面に形成された電極を備える電
子素子。 - 【請求項６】 前記金属は、チタン及びモリブデンのう
ちどちらか一つであることを特徴とする請求項５に記載
の電子素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020003688A KR100837393B1 (ko) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 탄소와 친화도가 높은 금속을 전극으로 구비하는 전자소자 |
| KR2002-3688 | 2002-01-22 |
Publications (1)
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