JP2008037690A - カーボンナノチューブ形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温でカーボンナノチューブを形成できる技術を提供する。
【解決手段】第一の真空チャンバ10と第二の真空チャンバ20を、ダクト11、21によって接続し、第一、第二の真空チャンバ10、20とダクト11、21を真空排気しておき、第一の真空チャンバ10内で基板表面に形成した触媒薄膜をダクト11、21を通過させて第二の真空チャンバ20内に搬入し、触媒薄膜表面にカーボンナノチューブを成長させる。触媒薄膜は大気に曝されないので失活せず、低温でもカーボンナノチューブが成長する。
【選択図】 図1
Description
カーボンナノチューブを成長させるためには、先ず、基板表面に触媒薄膜を形成する必要がある。
触媒薄膜が形成された基板103は真空槽110の外部に搬出し、図6に示した成膜装置104の真空槽120内に搬入し、基板ステージ125上に配置する。
プラズマ中に含まれる水素ラジカルや炭素ラジカルが触媒薄膜表面に到達すると、触媒薄膜表面にカーボンナノチューブが成長する。
先行技術には例えば下記特許文献がある。
また、本発明は、前記触媒金属に鉄を用いるカーボンナノチューブ形成装置である。
また、本発明は、前記プラズマ生成装置は、マイクロ波発生装置とマイクロ波照射装置とを有し、前記原料ガスに前記マイクロ波照射装置から放射されるマイクロ波が照射され、前記プラズマが生成されるカーボンナノチューブ形成装置である。
すなわち、触媒薄膜を大気に曝さないために、大気中の酸素で触媒薄膜の表面が酸化されないので、活性度が低下しない状態で成長できる。
図1の符号1は、本発明のカーボンナノチューブ形成装置を示している。
このカーボンナノチューブ形成装置1は、第一、第二の真空チャンバ10、20と、搬送チャンバ30を有している。
搬送チャンバ30には、第一、第二の搬送ロッド46、47が気密に挿通されている。
各蒸着源16a、16bは、筒状のアノード電極61を有しており、該アノード電極61の内部には、筒状の支持部62が配置されている。
ここでは、触媒金属には鉄が採用されており、少なくとも一台の蒸着源16aのカソード電極63は鉄で構成されている。
アノード電極61とトリガ電極64は、アーク電源66の正極とトリガ電源67の正極にそれぞれ接続されている。
カソード電極63を構成する金属はアーク電流によって蒸発し、カソード電極63の側面から金属の蒸気が放出される。
該基板ホルダ15に基板を配置し、真空雰囲気中で金属の蒸気を放出させ、基板の表面に到達させると、基板表面に金属薄膜を形成することができる。
原料ガス導入系24は、水素ガスボンベと炭化水素ガスボンベを有しており、原料ガス導入系24から第二の真空チャンバ20内に水素ガスと炭化水素ガスを流量制御しながら導入できるように構成されている。ここでは、炭化水素ガスにはメタンガスが用いられている。
先ず、第一、第二の搬送ロッド46、47の先端を第一、第二の真空チャンバ10、20の内部から退避させ、第一、第二のバルブ12、22を閉じておく。
その状態で、真空排気系41、42を動作させ、第一、第二の真空チャンバ10、20を真空排気しておく。
他方、搬送チャンバ30は、その壁面に設けられた扉を開け、基板を搬送チャンバ30内に搬入し、第一の搬送ロッド46の先端上に配置する。
第一の搬送ロッド46の先端を第一の真空チャンバ10内に挿入し、先端上の基板を基板ホルダ15に保持させる。
図2の符号3は、その状態の基板を示している。
図3の符号4は、基板ステージ25上に配置された基板を示している。
ヒータ29は予め通電されており、基板ステージ25は所定温度に昇温されている。
基板4がヒータ29によって350℃に加熱されたところで、原料ガス導入系24から所定比率の水素ガスとメタンガスから成る原料ガスを第二の真空チャンバ20内に導入する。真空排気系41〜43は動作を維持しておく。
350℃の温度でもカーボンナノチューブが成長しているのは、触媒薄膜が形成されてから、原料ガスプラズマ中で生成されたラジカルが触媒薄膜表面に到達するまでの間、触媒薄膜は大気と接触せず、水分の吸着や酸化反応が生じず、活性状態を維持しているからである。
この場合も、ダクト11、21と搬送チャンバ30の内部を真空雰囲気に置き、触媒薄膜を形成した後、触媒薄膜を大気に曝さずにカーボンナノチューブの形成を開始すると、低温で形成することができる。
10……第一の真空チャンバ
20……第二の真空チャンバ
23……マイクロ波発生装置
24……原料ガス導入系
26……マイクロ波照射装置
61……アノード電極
63……カソード電極
64……トリガ電極
Claims (3)
- 第一、第二の真空槽がダクトを介して接続され、前記第一の真空槽内に配置された成膜対象物が、真空雰囲気にされた前記ダクト内を移動し、前記第二の真空槽内に搬入されるように構成されたカーボンナノチューブ形成装置であって、
前記第一の真空槽内には、筒状のアノード電極内に触媒金属からなるカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁されたトリガ電極が配置され、前記トリガ電極と前記カソード電極の間に生じるトリガ放電によって前記アノード電極と前記カソード電極の間にアーク放電が誘起され、前記アーク放電により、触媒金属の蒸気が前記アノード電極から前記第一の真空槽内に放出されるように構成され、
前記第二の真空槽には、原料ガス導入系と、前記原料ガス導入系から導入される原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成装置が接続されたカーボンナノチューブ形成装置。 - 前記触媒金属に鉄を用いる請求項1記載のカーボンナノチューブ形成装置。
- 前記プラズマ生成装置は、マイクロ波発生装置とマイクロ波照射装置とを有し、
前記原料ガスに前記マイクロ波照射装置から放射されるマイクロ波が照射され、前記プラズマが生成される請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のカーボンナノチューブ形成装置。
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