JP2007161576A - カーボンナノチューブアレイの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るカーボンナノチューブアレイの成長方法は、基材を準備する段階と、該基材に触媒を形成する段階と、反応ガスを導入して、所定の温度で前記基材にカーボンナノチューブアレイを成長させる段階と、を含む。前記触媒は0.5nm/sの速度で前記基材に形成される。
【選択図】図3
Description
Shoushan Fanら著、「Self−Oriented Regular Arrays of Carbon Nanotubes and Their Field Emission Properties」、「Science」、1999年、第283巻、第512〜514頁
本実施例において、大気圧化学気相堆積法によりカーボンナノチューブアレイを成長させる。一般に、大気圧化学気相堆積法は圧力が10〜760Torrの雰囲気で行われる。まず、研磨されたシリコンウェハーを基材として提供する。鉄は触媒金属、アセチレン及び水素の混合ガスは反応ガスとして利用される。電子線蒸着法により、0.01nm/sで前記基材に厚さが3〜6nmの鉄触媒層を堆積させる。触媒が形成された基材を反応容器に設置して、水素を導入して620〜700℃まで加熱した後、前記反応容器にアセチレンを10〜30分間導入してカーボンナノチューブアレイを成長させる。前記アセチレンの流量は30sccm、前記水素の流量は300sccmに設定される。前記カーボンナノチューブアレイの成長過程において、前記反応容器内の圧力は760Torrに保持される。大気圧化学気相堆積法によるカーボンナノチューブアレイの成長方法に対して、反応ガスであるカーボンを含むガスと保護ガスとの流量比は0.1%〜10%に設定されることが好ましい。カーボンを含むガスの含有量が無定形カーボンの堆積速度と関係があり、即ち、カーボンを含むガスと保護ガスとのモル比が低くなると、無定形カーボンの堆積速度は遅くなる。従って、カーボンを含むガスと保護ガスとの比率を5%以下になるように制御することにより、無定形カーボンの堆積速度が遅くなり、表面が清潔なカーボンナノチューブアレイが得られる。また、このように成長されたカーボンナノチューブアレイはカーボンナノチューブ同士の分子間力が強いので、カーボンナノチューブアレイから安定なカーボンナノチューブ束を形成することができる。
本実施例において、低圧化学気相堆積法によりカーボンナノチューブアレイを成長させる。一般に、低圧化学気相堆積法は0.1〜10Torrの雰囲気で行われる。まず、研磨されたシリコンウェハーを基材として提供する。鉄は触媒金属、アセチレン及び水素の混合ガスは反応ガスとして設定される。磁気強化型スパッター法により、0.01nm/sで前記基材に厚さが3〜6nmの鉄触媒層を堆積させる。触媒が形成された基材を反応容器に設置して680〜720℃まで加熱した後、前記反応容器にアセチレンを10〜20分間導入してカーボンナノチューブアレイを成長させる。前記アセチレンの流量は300sccmに設定される。前記カーボンナノチューブアレイの成長過程において、前記反応容器内の圧力は2Torrに保持される。低圧化学気相堆積法によるカーボンナノチューブアレイの成長方法に対して、反応ガスとしては保護ガスを利用せず、全部カーボンを含むガスを利用することができ、又は少量の保護ガスだけを利用する。これは、大気圧が低くなると、ガスの密度が低減するのが原因である。従って、低圧でカーボンナノチューブアレイを成長させる場合、カーボンを含むガスを多く導入しなければならない。本実施例のカーボンナノチューブアレイは図2及び図3に示すように、良好に配列されるので、該カーボンナノチューブアレイの中からカーボンナノチューブヤーン(yarn)を抜き出すことができる。
Claims (6)
- 基材を準備する段階と、
該基材に触媒を形成する段階と、
反応ガスを導入して、所定の温度で前記基材にカーボンナノチューブアレイを成長させる段階と、
を含むカーボンナノチューブアレイの成長方法において、
前記触媒は0.5nm/sの速度で前記基材に形成することを特徴とするカーボンナノチューブアレイの成長方法。 - 前記基材は、研磨されたシリコンウェハー、研磨された酸化ケイ素ウェハー、研磨された石英ウェハーのいずれか一種からなることを特徴とする、請求項1に記載のカーボンナノチューブアレイの成長方法。
- 前記カーボンナノチューブアレイは大気圧化学気相堆積法により成長される場合、雰囲気の圧力は10〜760Torrに設定されることを特徴とする、請求項1に記載のカーボンナノチューブアレイの成長方法。
- 前記反応ガスはカーボンを含むガス及び保護ガスの混合ガスであり、カーボンを含むガスと保護ガスとのモル比は0.1%〜10%に設定されることを特徴とする、請求項3に記載のカーボンナノチューブアレイの成長方法。
- 前記カーボンナノチューブアレイは低圧化学気相堆積法により成長される場合、雰囲気の圧力は0.1〜10Torrに設定されることを特徴とする、請求項1に記載のカーボンナノチューブアレイの成長方法。
- 前記反応ガスはカーボンを含むガスであることを特徴とする、請求項5に記載のカーボンナノチューブアレイの成長方法。
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