JP2008528426A - カーボン・ナノチューブを酸化物の表面に選択的に配置する方法 - Google Patents
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Abstract
基板の特定の表面上にカーボン・ナノチューブを選択的に配置し得る方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、パターン化されてない金属酸化物表面またはパターン化された金属酸化物表面上に形成された自己形成の単分子層が、カーボン・ナノチューブを含む拡散液からカーボン・ナノチューブを引き付けるかまたは撥ね付けるために使用される方法を提供する。本発明によれば、カーボン・ナノチューブは、金属酸化物表面に付着するように自己形成の単分子層に引き付けられるか、または自己形成の単分子層がその自己形成の単分子層を含む金属酸化物表面以外の所定表面に結合することによって撥ね付けられる。
【選択図】 図1
Description
MicroelectronicEngineering 誌の 61-62(2002), pp.491-496 おける E. Valentin 氏他による「High-densityselective placement methods for carbon nanotubes」と題した論文。
(1)スタンプの表面上に自己形成の単分子層12を形成する。
(2)基本酸化物、例えば、高い等電点をもつ金属酸化物との結合を形成する。
(3)カーボン・ナノチューブを含む表面へのカーボン・ナノチューブの接着を撥ね付ける。
例示的には、上記基準(1)〜(3)を満たす1つの前駆体材料が、構造式R−PO3H2を有するホスホン酸を含む。なお、Rは、1乃至約22個の炭素原子、望ましくは、1乃至約16個までの炭素原子を含むアルキル基であるか、または、Rは、1乃至12個の環、望ましくは、3乃至6個の環を含む芳香族化合物または複素環式芳香族化合物である。複素環式芳香族化合物は、ヘテロ原子として窒素、硫黄、酸素の1つ、またはそれらの結合体を含むことが可能である。芳香族化合物または複素環式芳香族化合物は、場合によっては、1乃至約22個の炭素原子を含むアルキル(直鎖または分鎖)でもって代用し得る。更に典型的には、自己形成の単分子層12は、例えば、ヘキサデシルホスホン酸のようなアルキルホスホン酸から成る。
シリコン・ウエハが真空蒸着によって100nm のハフニウム酸化物によって覆われた。事前パターン化フィーチャ(くぼみ)を有するポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)スタンプがイソプロピル・アルコールにおけるヘキサデシルホスホン酸の5mM溶液に浸され、窒素流によって乾かれた。次にPDMSスタンプが、ハフニウム酸化物の表面を有する基板に押し当てられて数秒間保持され、しかる後、100℃で1分間加熱された。次に、そのスタンプされた基板がジクロロエチレン内のカーボン・ナノチューブの拡散液でもって覆われ、窒素流の下で乾かされた。次に、基板がジクロロエチレン内に浸され、スタンプされた領域におけるいずれのカーボン・ナノチューブも除去するために静かに攪拌された。このプロセスは、図6に示されたように、スタンプされなかった(ハフニウム酸化物表面を露出した)基板の領域のみにおけるカーボン・ナノチューブの付着を導く。スタンプされた領域におけるナノチューブ形成は観察されなかった。
表面上に100nm のシリコン酸化物を有するシリコン・ウエハがシャドウ・マスクを通した蒸着によって10nmのアルミニウム酸化物でもってパターン化された。次に、基板がエタノールにおけるヘキサデシルホスホン酸の5mM 溶液に浸漬された。2時間後、基板が溶液から取り出され、エタノールでもって洗浄され、100℃で1分間乾かされた。ジクロロエチレン内のカーボン・ナノチューブの拡散液が基板上に付着され、窒素流の下で乾かされた。次に、基板が溶剤でもって洗浄され、室温で乾かされた。この例では、図13に示されるように、露出したシリコン酸化物表面上にカーボン・ナノチューブが付着された。この例では、カーボン・ナノチューブが、清浄されたSiO2表面に接着し、処理されたAl2O3には接着しなかった。
基板上に100nm のシリコン酸化物を有するシリコン・ウエハが標準的なリソグラフィを介して9nmのアルミニウム層でもってパターン化された。そこで、アルミニウム層は酸素プラズマで酸化された。このサンプルが低濃度(4mM のエタノール)の4−アミノブチルホスホン酸(ABPA)溶液内に数日間入れられた。ABPAはAl2O3のみに結合し、SiO2には結合しない。そこで、サンプルが界面活性剤トリトン−Xおよび水の中にカーボン・ナノチューブを入れられた懸濁液に4時間入れられた。基板が溶液から取り出され、余分な溶剤を洗浄された。基板を検査すると、ABPAが結合した領域、即ち、Al2O3のパターン化ライン(図20)においてカーボン・ナノチューブが主として見られた。周囲のSiO2は、非常に低い密度のカーボン・ナノチューブまたはアモルファス・カーボンを示した。
Claims (29)
- 所定の表面上にカーボン・ナノチューブを選択的に配置する方法であって、
基板の金属酸化物の上側表面に自己形成の単分子層を選択的に配置するステップと、
拡散液から、前記自己形成の単分子層上にまたは前記自己形成の単分子層を含まない前記基板の表面上に、カーボン・ナノチューブを付着するステップと、
前記基板から余分なカーボン・ナノチューブを取り除くステップと
を含む、方法。 - 前記基板はパターン化されてない金属酸化物から構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層を選択的に配置するステップは、前記自己形成の単分子層のパターンを含むスタンプを提供するステップおよび前記自己形成の単分子層のパターンを前記金属酸化物に転写するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層は構造式R−PO3H2を有するホスホン酸(該構造式において、Rは1乃至約22個の炭素分子を含むアルキル基であるか、または1乃至12個の環を含む芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物である)、あるいは一般構造式R1−CONHOHのヒドロキサム酸(該構造式において、R1は1乃至22個の炭素分子を含むアルキル基であるか、または1乃至12個の環を含む芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物である)を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記単分子層がホスホン酸を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記ホスホン酸がヘキサデシルホスホン酸である、請求項5に記載の方法。
- 前記単分子層がヒドロキサム酸を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記ヒドロキサム酸がヘキサデシルヒドロキサム酸である、請求項7に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは、前記自己形成の単分子層によってスタンプされない前記金属酸化物の領域上で生じる、請求項3に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは、前記カーボン・ナノチューブを含む拡散液を使用して行われる、請求項9に記載の方法。
- 前記拡散液は有機溶剤または水性溶媒および界面活性剤を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記金属酸化物の上側表面は、前記基板上に設けられたパターン化された金属酸化物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層を選択的に配置するステップは、自己形成の単分子層前駆体を含む溶液を使用して行われる、請求項12に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層前駆体は構造式R−PO3H2を有するホスホン酸(該構造式において、Rは1乃至約22個の炭素分子を含むアルキル基であるか、または1乃至12個の環を含む芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物である)、あるいは一般構造式R1−CONHOHのヒドロキサム酸(該構造式において、R1は1乃至22個の炭素分子を含むアルキル基であるか、または1乃至12個の環を含む芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物である)を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記単分子層前駆体はホスホン酸を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記ホスホン酸はヘキサデシルホスホン酸である、請求項15に記載の方法。
- 前記単分子層前駆体はヒドロキサム酸を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記ヒドロキサム酸はヘキサデシルヒドロキサム酸である、請求項17に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは、前記自己形成の単分子層を含まない前記基板の領域上で生じる、請求項13に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは、前記カーボン・ナノチューブを含む拡散液を使用して行われる、請求項19に記載の方法。
- 前記拡散液は有機溶剤または水性溶媒および界面活性剤を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層前駆体は構造式X−R2−Zの化合物(該構造式において、Xはホスホン酸基またはヒドロキサム酸基であり、Zは−NH2、NHNH2、−ONH2、−ONHOH、または−Ar−N+であり、R2は1乃至22個の−(CH2)n部分を含む直鎖アルキル(nは3乃至21である)、(CH2O)xのようなのアルコキシ基(xは3乃至21である)、1乃至6個のフェニル基、ピリジル基、もしくはチエニル基を含むアリール基、または混合アルキル・アリール基である)を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記化合物はアミノブチルホスホン酸(ABPA)である、請求項22に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは前記自己形成の単分子層の表面において生じる、請求項22に記載の方法。
- 前記カーボン・ナノチューブを付着するステップは、前記カーボン・ナノチューブを含む拡散液を使用して行われる、請求項24に記載の方法。
- 前記拡散液は有機溶剤または水性溶媒および界面活性剤を含む、請求項25に記載の方法。
- 前記自己形成の単分子層がシラン化表面を含む、請求項1に記載の方法。
- 所定の表面上にカーボン・ナノチューブを選択的に配置する方法であって、
マイクロコンタクト・プリンティングを使って、前記自己形成の単分子層を含むパターン化されたスタンプから金属酸化物上に自己形成の単分子層を選択的に配置するステップと、
拡散液から、前記自己形成の単分子層を含まない前記基板上に、カーボン・ナノチューブを付着するステップと、
前記基板から余分なカーボン・ナノチューブを取り除くステップと
を含む、方法。 - 所定の表面上にカーボン・ナノチューブを選択的に配置する方法であって、
基板の表面を露出する少なくとも1つの開口部を含むパターン化された金属酸化物上に自己形成の単分子層を選択的に配置するステップと、
拡散液から、前記自己形成の単分子層上にまたは前記自己形成の単分子層を含まない前記基板の表面上に、カーボン・ナノチューブを付着するステップと、
前記基板から余分なカーボン・ナノチューブを取り除くステップと
を含む、方法。
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