JP2024032646A - Bolometer using carbon nano-tube - Google Patents

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substrate
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carbon nanotubes
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眞由美 小坂
Mayumi Kosaka
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-resistant bolometer and a method for manufacturing the bolometer.
SOLUTION: The present invention relates to a bolometer including two electrodes on a substrate and a bolometer film including a carbon nano-tube. The bolometer film is provided to connect regions of upper surfaces of the two electrodes, regions in contact with electrode walls of the two electrodes, and a region between the two electrodes on the substrate. Area density of the regions in contact with the electrode walls of the bolometer film is equal to area density of the region between the electrodes on the substrate at the most, or a film thickness of the regions in contact with the electrode walls of the bolometer film is equal to a film thickness of the region between the electrodes on the substrate at the most.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボンナノチューブを使用したボロメータおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a bolometer using carbon nanotubes and a method for manufacturing the same.

赤外線センサは、セキュリティ用の監視カメラだけでなく、人体のサーモグラフィー、車載用カメラ、及び構造物、食品等の検査など非常に広い範囲の応用性があることから、近年、産業応用が活発になっている。特に、IoT(Internet of Things)との連携による生体情報の取得可能な安価で且つ、高性能な非冷却型赤外線センサの開発が期待されている。従来の非冷却型の赤外線センサは、主にボロメータ部分にVO(酸化バナジウム)が使用されているが、真空下での熱処理が必要であるため、プロセスが高コストになる点と抵抗温度係数(TCR:Temperature Coefficient Resistance)が小さい点(約-2.0%/K)が課題である。 Infrared sensors have a wide range of applications, including not only security surveillance cameras, but also human body thermography, vehicle-mounted cameras, and inspections of structures, food, etc., and their industrial applications have become active in recent years. ing. In particular, the development of inexpensive and high-performance uncooled infrared sensors that can acquire biological information through cooperation with IoT (Internet of Things) is expected. Conventional uncooled infrared sensors mainly use VO x (vanadium oxide) in the bolometer part, but this requires heat treatment under vacuum, which increases the process cost and reduces the temperature coefficient of resistance. (TCR: Temperature Coefficient Resistance) is small (approximately -2.0%/K).

TCR向上には、温度変化に対して抵抗変化が大きく、且つ、導電性が大きい材料が必要であるため、大きなバンドギャップとキャリア移動度を持つ半導体性単層カーボンナノチューブをボロメータ部分に適用することが期待されている。また、カーボンナノチューブは、化学的に安定なため印刷技術など安価なデバイス作製プロセスが適用でき、低コスト・高性能な赤外線センサが実現できる可能性がある。 To improve TCR, it is necessary to use a material that has a large resistance change with temperature changes and high conductivity, so semiconducting single-walled carbon nanotubes with a large band gap and carrier mobility are used in the bolometer part. is expected. Additionally, because carbon nanotubes are chemically stable, inexpensive device fabrication processes such as printing technology can be applied to them, making it possible to create low-cost, high-performance infrared sensors.

例えば、特許文献1では、通常の単層カーボンナノチューブをボロメータ部分に適用し、且つ、単層カーボンナノチューブの化学的安定性を利用して、有機溶媒に混ぜた分散液を作製し、電極上に塗布する安価な薄膜プロセスでのボロメータの作製が提案されている。その際、単層カーボンナノチューブを空気中でアニール処理をすることで、TCRを約-1.8%/Kまで向上させることに成功している。 For example, in Patent Document 1, ordinary single-walled carbon nanotubes are applied to the bolometer part, and the chemical stability of the single-walled carbon nanotubes is utilized to prepare a dispersion liquid mixed in an organic solvent, which is then placed on the electrode. It has been proposed to fabricate a bolometer using an inexpensive thin film coating process. At that time, by annealing the single-walled carbon nanotubes in air, they succeeded in improving the TCR to approximately -1.8%/K.

単層カーボンナノチューブには通常、半導体型の性質のカーボンナノチューブと金属型の性質のカーボンナノチューブが2:1で含まれるため、分離が必要であるという課題がある。そこで、特許文献2では、単層カーボンナノチューブには、金属的・半導体的成分が混在しているため、イオン性の界面活性剤によりカイラリティの揃った半導体型単層カーボンナノチューブを抽出し、ボロメータ部分に適用することで、-2.6%/KのTCRの実現に成功している。 Single-walled carbon nanotubes usually contain semiconductor-type carbon nanotubes and metallic-type carbon nanotubes in a ratio of 2:1, so there is a problem in that they must be separated. Therefore, in Patent Document 2, since single-walled carbon nanotubes contain a mixture of metallic and semiconducting components, semiconducting single-walled carbon nanotubes with uniform chirality are extracted using an ionic surfactant, and the bolometer portion is By applying this method to , we succeeded in realizing a TCR of -2.6%/K.

WO2012/049801号WO2012/049801 特開2015-49207号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-49207

しかし、カーボンナノチューブを用いた赤外線センサ(CNT非冷却型赤外線センサ)の実用化には、TCR向上以外に低抵抗化等の特性向上も必要である。
例えば、CNT非冷却型赤外線センサのボロメータ部は、電極間がカーボンナノチューブを含むボロメータ膜で接続されている構造であるため、カーボンナノチューブが電極とどのように接合するかが抵抗に影響を与える。しかし、従来のボロメータにおけるボロメータ膜の形成方法では、低抵抗化が困難な場合があった。
したがって、本発明は、低抵抗化が可能なボロメータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
However, in order to put an infrared sensor using carbon nanotubes (CNT uncooled infrared sensor) into practical use, it is necessary to improve characteristics such as lower resistance in addition to improving TCR.
For example, the bolometer part of a CNT uncooled infrared sensor has a structure in which the electrodes are connected by a bolometer film containing carbon nanotubes, so how the carbon nanotubes are bonded to the electrodes affects the resistance. However, with the conventional method of forming a bolometer film in a bolometer, it is sometimes difficult to reduce the resistance.
Therefore, an object of the present invention is to provide a bolometer that can reduce resistance and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様は、
基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータであって、
ボロメータ膜は、2つの電極の上面の領域、2つの電極の電極壁に接する領域、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられ、
ボロメータ膜の電極壁に接する領域の面積密度が基板上の電極間の領域の面積密度以下、あるいは、ボロメータ膜の電極壁に接する領域の膜厚が基板上の電極間の領域の膜厚以下である、ボロメータ
に関する。
One aspect of the present invention is
A bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes,
The bolometer film is provided to connect the upper surface area of the two electrodes, the area in contact with the electrode wall of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate,
The area density of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the area density of the region between the electrodes on the substrate, or the film thickness of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the film thickness of the region between the electrodes on the substrate. Something about bolometers.

また、本発明の別の一態様は、
基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータの製造方法であって、
表面に電極を形成した基板を、移動速度/移動回数が5μm/秒以下となる移動速度で、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させ、それにより、ボロメータ膜を、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成する工程を含む、製造方法
に関する。
Further, another aspect of the present invention is
A method for manufacturing a bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes, the method comprising:
The substrate with electrodes formed on its surface is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion liquid at a movement speed/number of movements of 5 μm/sec or less. The present invention relates to a manufacturing method including a step of forming an electrode wall of two electrodes and a region between two electrodes on a substrate so as to connect them.

本発明によれば、低抵抗化が可能なボロメータ、及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a bolometer that can reduce resistance and a method for manufacturing the same.

本発明の一実施形態のボロメータの構造を表す模式図(断面図)である。FIG. 1 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the structure of a bolometer according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態のボロメータの構造を表す模式図(斜視図)である。FIG. 1 is a schematic diagram (perspective view) showing the structure of a bolometer according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態のボロメータの構造を表す模式図(断面図)である。FIG. 1 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the structure of a bolometer according to an embodiment of the present invention. 本発明におけるカーボンナノチューブの配向方向を示す図(上面図)である。FIG. 3 is a diagram (top view) showing the orientation direction of carbon nanotubes in the present invention. 本発明の一実施形態のボロメータアレイの例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a bolometer array according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態のボロメータの製造方法における一工程を表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing one step in a method for manufacturing a bolometer according to an embodiment of the present invention. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of the bolometer film in an example. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of the bolometer film in an example. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像を二次元高速フーリエ変換処理して得られた画像である。This is an image obtained by subjecting a SEM image of a bolometer film in an example to two-dimensional fast Fourier transform processing. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of the bolometer film in an example. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of the bolometer film in an example. 実施例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of the bolometer film in an example. 一従来例におけるボロメータの構造を表す模式図(断面図)である。FIG. 2 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the structure of a bolometer in a conventional example. 一従来例におけるボロメータ膜のSEM画像である。It is a SEM image of a bolometer film in a conventional example.

図1は、本実施形態のボロメータの一例の断面図である。本実施形態のボロメータは、基板1上に、第1電極2及び第2電極4、第1電極2と第2電極4を接続するカーボンナノチューブを含むボロメータ膜(以下、「カーボンナノチューブ膜」または「CNT膜」とも記載する)3を有する。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of the bolometer of this embodiment. The bolometer of this embodiment has a bolometer film (hereinafter referred to as "carbon nanotube film" or "carbon nanotube film" or " (also referred to as "CNT film") 3.

ボロメータ膜に用いるカーボンナノチューブとしては、目的に応じて様々な長さのカーボンナノチューブを用いることができるが、短いカーボンナノチューブを用いた場合、ボロメータ膜は、図13に示すように2つの電極上面および2つの電極間の領域に形成され、電極上面のカーボンナノチューブと電極間のボロメータ膜が繋がっていない。このため、電極上面のカーボンナノチューブは、ボロメータ膜の成分として寄与しないという問題があることが分かった。また、2つの電極にまたがるようにボロメータ膜を作製しようとすると、図14に示すようにカーボンナノチューブの凝集した塊が不規則に部分的に電極上に形成されるという問題があることが分かった。これらのようなボロメータは高抵抗になり易いという課題がある。 Carbon nanotubes of various lengths can be used as carbon nanotubes for the bolometer film depending on the purpose, but when short carbon nanotubes are used, the bolometer film is formed between the top surface of the two electrodes and the top surface of the two electrodes as shown in FIG. Formed in the area between two electrodes, the carbon nanotubes on the top surface of the electrodes are not connected to the bolometer film between the electrodes. Therefore, it has been found that there is a problem in that the carbon nanotubes on the upper surface of the electrode do not contribute as a component of the bolometer film. In addition, when attempting to fabricate a bolometer film spanning two electrodes, it was found that there was a problem in that agglomerated masses of carbon nanotubes were formed irregularly and partially on the electrodes, as shown in Figure 14. . Bolometers such as these have a problem in that they tend to have high resistance.

これに対して、本実施形態のボロメータでは、図1、図2に示すとおり、ボロメータ膜3が、2つの電極2、4の上面の領域(「領域A」とも記載する)、2つの電極の電極壁に接する領域(「領域B」とも記載する)、および基板上の2つの電極に挟まれた領域(「領域C」とも記載する)を繋ぐように形成されている。
さらに、本実施形態のボロメータは、領域Bの面積密度が領域Cの面積密度以下、あるいは、領域Bの膜厚が領域Cの膜厚以下である、という特徴を有している。
このような構成とすることで、ボロメータの低抵抗化を図ることができる。
On the other hand, in the bolometer of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the bolometer film 3 has a region on the upper surface of the two electrodes 2 and 4 (also referred to as "region A"), a region on the upper surface of the two electrodes 2 and 4, It is formed to connect a region in contact with the electrode wall (also referred to as "region B") and a region sandwiched between two electrodes on the substrate (also referred to as "region C").
Further, the bolometer of this embodiment has a feature that the areal density of region B is less than or equal to the areal density of region C, or that the film thickness of region B is less than or equal to the film thickness of region C.
With such a configuration, the resistance of the bolometer can be reduced.

〔ボロメータの構造〕
本実施形態のボロメータの各構成要素について詳細に説明する。
[Structure of bolometer]
Each component of the bolometer of this embodiment will be explained in detail.

1.基板
基板としては、ボロメータに使用されるものを特に制限なく使用することができる。
基板は、フレキシブル基板及びリジッド基板のいずれであっても良く、適宜選択できるが、少なくとも素子形成表面が絶縁性のもの、半導体性のものが好ましい。例えば、Si、SiOを被膜したSi、SiO、SiN、ガラス等の無機材料、及び、ポリマー、樹脂、プラスチック等の有機材料、例えばパリレン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルスチレン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、フッ素樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート等が使用できるが、これらに限定されない。
1. Substrate As the substrate, those used for bolometers can be used without particular limitation.
The substrate may be either a flexible substrate or a rigid substrate, and can be selected as appropriate, but it is preferable that at least the surface on which the elements are formed is insulating or semiconducting. For example, inorganic materials such as Si, SiO 2 coated Si, SiO 2 , SiN, and glass, and organic materials such as polymers, resins, and plastics, such as parylene, polyimide, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, and polyethylene. Terephthalate, acrylonitrile styrene resin, acrylonitrile butadiene styrene resin, fluororesin, methacrylic resin, polycarbonate, etc. can be used, but are not limited to these.

基板表面のカーボンナノチューブを接着させる部位には、基板とカーボンナノチューブとの接着性を高める中間層を設けてもよい。中間層は、基板とカーボンナノチューブとの結合性を高める材料からなる層であれば特に限定されない。
中間層の材料は、基板表面に結合又は付着する部分構造と、カーボンナノチューブに結合又は付着する部分構造との両方を有する化合物であることが好ましい。これにより、中間層は、基板とカーボンナノチューブを結合させる仲介役として機能する。ここで、基板と中間層との間の結合、及び中間層とカーボンナノチューブとの間の結合は、化学結合だけでなく、静電相互作用、表面吸着、疎水性相互作用、ファンデルワールス力、水素結合など、各種分子間相互作用を利用することができる。中間層の材料は、基板表面の親液性を増大させる化合物であることも好ましい。
An intermediate layer that enhances the adhesiveness between the substrate and the carbon nanotubes may be provided at a portion of the substrate surface where the carbon nanotubes are bonded. The intermediate layer is not particularly limited as long as it is a layer made of a material that enhances the bond between the substrate and carbon nanotubes.
The material of the intermediate layer is preferably a compound having both a partial structure that is bonded to or attached to the substrate surface and a partial structure that is bonded to or attached to the carbon nanotubes. Thereby, the intermediate layer functions as an intermediary for bonding the substrate and carbon nanotubes. Here, the bond between the substrate and the intermediate layer and the bond between the intermediate layer and the carbon nanotubes are not only chemical bonds, but also electrostatic interactions, surface adsorption, hydrophobic interactions, van der Waals forces, Various intermolecular interactions such as hydrogen bonds can be used. It is also preferred that the material of the intermediate layer is a compound that increases the lyophilicity of the substrate surface.

中間層の材料における基板表面に結合又は付着する部分構造としては、アルコキシシリル基(SiOR)、SiOH、疎水性部分又は疎水性基等が挙げられる。疎水性部分又は疎水性基としては、炭素数が1以上、好ましくは2以上、また好ましくは20以下、より好ましくは10以下のメチレン基(メチレン鎖)、アルキル基等が挙げられる。
中間層の材料におけるカーボンナノチューブに結合又は付着する部分構造としては、例えば、第一級アミノ基(-NH)、第二級アミノ基(-NHR)、第三級アミノ基(-NR)等のアミノ基、アンモニウム基(-NH)、イミノ基(=NH)、イミド基(-C(=O)-NH-C(=O)-)、アミド基(-C(=O)NH-)、エポキシ基、イソシアヌレート基、イソシアネート基、ウレイド基、スルフィド基、メルカプト基等が挙げられる。
Examples of the partial structure in the intermediate layer material that is bonded or attached to the substrate surface include an alkoxysilyl group (SiOR), SiOH, a hydrophobic portion, or a hydrophobic group. Examples of the hydrophobic moiety or hydrophobic group include a methylene group (methylene chain) and an alkyl group having 1 or more carbon atoms, preferably 2 or more carbon atoms, and preferably 20 or less carbon atoms, more preferably 10 or less carbon atoms.
Examples of partial structures bonded to or attached to carbon nanotubes in the intermediate layer material include primary amino groups (-NH 2 ), secondary amino groups (-NHR 1 ), and tertiary amino groups (-NR 1 ) . R 2 ), ammonium group (-NH 4 ), imino group (=NH), imido group (-C(=O)-NH-C(=O)-), amide group (-C(= O)NH-), epoxy group, isocyanurate group, isocyanate group, ureido group, sulfide group, mercapto group and the like.

このような中間層の材料としては特に限定されるものではないが、例えば、シランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤は、無機材料に結合又は相互作用する反応基と有機材料に結合又は相互作用する反応基の両方を分子内に有し、有機材料と無機材料とを結合する働きを有する。本実施形態においては、例えば、Si基板等の基板に結合する反応基と、カーボンナノチューブに結合する反応基とを併せ持つシランカップリング剤を用いて、基板上にカーボンナノチューブと結合する反応基を提示する単層の多分子膜を形成することにより、カーボンナノチューブを基板上に固定することができる。 The material for such an intermediate layer is not particularly limited, but includes, for example, a silane coupling agent. The silane coupling agent has in its molecule both a reactive group that binds to or interacts with an inorganic material and a reactive group that binds to or interacts with an organic material, and has the function of binding the organic material and the inorganic material. In this embodiment, for example, a silane coupling agent having both a reactive group that binds to a substrate such as a Si substrate and a reactive group that binds to carbon nanotubes is used to present a reactive group that binds to carbon nanotubes on the substrate. By forming a single-layer multilayer film, carbon nanotubes can be fixed on a substrate.

シランカップリング剤の例としては、
3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノ基とアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤(アミノシラン化合物);
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルジエトキシシラン、トリエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)シラン等のエポキシ基とアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤;
トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等のイソシアヌレート系シランカップリング剤;
3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン等のウレイド系シランカップリング剤;
3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤;
ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤;及び
3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シランカップリング剤;
などが挙げられる。
Examples of silane coupling agents include:
3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropylmethyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), 3-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane , N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyl A silane coupling agent (aminosilane compound) having an amino group and an alkoxysilyl group such as dimethoxysilane;
3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl) ) A silane coupling agent having an epoxy group and an alkoxysilyl group such as ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyldiethoxysilane, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane;
Isocyanurate-based silane coupling agents such as tris-(trimethoxysilylpropyl) isocyanurate;
A ureido-based silane coupling agent such as 3-ureidopropyltrialkoxysilane;
Mercapto-based silane coupling agents such as 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane;
Sulfide-based silane coupling agents such as bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide; and isocyanate-based silane coupling agents such as 3-isocyanatepropyltriethoxysilane;
Examples include.

特には、カーボンナノチューブとの結合性が良いことから、アミノ基を有するシランカップリング剤(アミノシラン化合物)が好ましい。 In particular, a silane coupling agent having an amino group (aminosilane compound) is preferred because it has good bonding properties with carbon nanotubes.

なお、本明細書において、用語「基板」は、その上に本実施形態のボロメータ膜および電極が形成され、ボロメータ膜及び電極を支持する任意の基材を意味する。「基板」は例えばガラス板又はシリコンウェハーのような平板状の基材に限られず、構造物を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。したがって、本実施形態のボロメータは、図1、図2のような形態に限られず、ダイヤフラム構造を有するボロメータや、ボロメータ膜の下層に断熱層等の任意の層を有するボロメータにも適用される。例えば、ダイヤフラム構造を有するボロメータの場合、断熱構造としての間隙を有するダイヤフラムが設けられ、その上に、本実施形態のボロメータ膜及び電極が設けられることとなるが、この場合はダイヤフラムを含めた基材全体を「基板」とみなすことができる。また、ボロメータ膜の下層に断熱層を有するボロメータの場合、断熱層、およびその上に必要により形成されてよい他の層を含めて「基板」とみなすことができ、その上に本実施形態のボロメータ膜及び電極が設けられることとなる。 Note that in this specification, the term "substrate" refers to any base material on which the bolometer film and electrodes of this embodiment are formed and supports the bolometer film and electrodes. The "substrate" is not limited to a flat base material such as a glass plate or a silicon wafer, and may have a structure or a multilayer structure. Therefore, the bolometer of this embodiment is not limited to the forms shown in FIGS. 1 and 2, but can also be applied to a bolometer having a diaphragm structure or a bolometer having an arbitrary layer such as a heat insulating layer below the bolometer film. For example, in the case of a bolometer having a diaphragm structure, a diaphragm having a gap as a heat insulating structure is provided, and the bolometer film and electrode of this embodiment are provided on top of the diaphragm. The entire material can be considered a "substrate." In addition, in the case of a bolometer having a heat insulating layer below the bolometer film, the heat insulating layer and other layers that may be formed thereon as necessary can be considered as a "substrate", and the present embodiment A bolometer membrane and electrodes will be provided.

2.電極
電極は、ボロメータに使用されるものを特に制限なく使用することができる。
電極の材料は導電性のものであれば特に限定されないが、金、白金、チタン、銅、コバルト、ニッケル、カーボン、パラジウム、鉄、アルミニウム、銀、タングステン、亜鉛、クロム、スズ、鉛、マグネシウム、マンガン、イットリウム、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、インジウム、ランタン、タンタル、ハフニウム、ビスマス、ルテニウム、ロジウム等の単体及びそれらを含む合金を、単独で又は複数組み合わせて使用することができる。
電極の厚みは適宜調整できるが、10nm~1mmが好ましく、50nm~1μmがより好ましい。
2つの電極間の距離は、1μm~500μmが好ましく、小型化のためには、5~200μmがより好ましい。5μm以上であると、例えば金属型カーボンナノチューブを僅かに含む場合でも、TCRの特性の低下を抑制することができる。また、500μm以下であると、二次元アレイ化による画像センサの適用に有利である。
2. Electrode Any electrode used in a bolometer can be used without particular limitation.
The material of the electrode is not particularly limited as long as it is conductive, but gold, platinum, titanium, copper, cobalt, nickel, carbon, palladium, iron, aluminum, silver, tungsten, zinc, chromium, tin, lead, magnesium, Single substances such as manganese, yttrium, niobium, vanadium, zirconium, molybdenum, indium, lanthanum, tantalum, hafnium, bismuth, ruthenium, and rhodium, and alloys containing them can be used alone or in combination.
The thickness of the electrode can be adjusted as appropriate, but is preferably 10 nm to 1 mm, more preferably 50 nm to 1 μm.
The distance between the two electrodes is preferably 1 μm to 500 μm, and more preferably 5 to 200 μm for miniaturization. If the thickness is 5 μm or more, for example, even if a small amount of metallic carbon nanotubes is included, deterioration in TCR characteristics can be suppressed. Further, if the thickness is 500 μm or less, it is advantageous for application to an image sensor formed into a two-dimensional array.

3.ボロメータ膜
上に説明したとおり、本実施形態のボロメータのボロメータ膜(カーボンナノチューブ膜)は、2つの電極2、4の上面の領域(領域A)、2つの電極の電極壁に接する領域(領域B)、および基板上の2つの電極に挟まれた領域(領域C)を繋ぐように形成されている。このように、領域Aのカーボンナノチューブと、領域Cのカーボンナノチューブとが、領域Bのカーボンナノチューブを介して接続されていることで、領域Aと領域Bのカーボンナノチューブをボロメータ膜の成分として利用できるようになる。これにより、電極とカーボンナノチューブとの接触面積が増え、ボロメータを低抵抗化することができる。
なお、ボロメータ膜は、1層のカーボンナノチューブ層であってもよいし、2層以上のカーボンナノチューブ層を含むものであってもよい。ボロメータ膜が2層以上のカーボンナノチューブ層を含む場合は、少なくとも1層が領域A、B、Cを繋ぐように形成されていれば、低抵抗化の効果を得ることができる。
3. Bolometer Film As explained above, the bolometer film (carbon nanotube film) of the bolometer of this embodiment has a region on the upper surface of the two electrodes 2 and 4 (region A), a region in contact with the electrode walls of the two electrodes (region B ), and a region (region C) sandwiched between the two electrodes on the substrate. In this way, the carbon nanotubes in region A and the carbon nanotubes in region C are connected via the carbon nanotubes in region B, so that the carbon nanotubes in regions A and B can be used as components of the bolometer film. It becomes like this. This increases the contact area between the electrode and the carbon nanotube, making it possible to lower the resistance of the bolometer.
Note that the bolometer film may be one carbon nanotube layer, or may include two or more carbon nanotube layers. When the bolometer film includes two or more carbon nanotube layers, if at least one layer is formed so as to connect regions A, B, and C, the effect of lowering the resistance can be obtained.

さらに、本実施形態のボロメータでは、領域Bのボロメータ膜の面積密度が領域Cのボロメータ膜の面積密度以下、あるいは、領域Bのボロメータ膜の膜厚が領域Cのボロメータ膜の膜厚以下であるという特徴を有している。
本実施形態では、領域Bのボロメータ膜の面積密度が領域Cのボロメータ膜の面積密度以下であるか、もしくは、領域Bのボロメータ膜の膜厚が領域Cのボロメータ膜の膜厚以下であるか、のどちらか一方でもよいし、あるいは、領域Bのボロメータ膜の面積密度および膜厚の両方が、それぞれ、領域Cのボロメータ膜の面積密度および膜厚以下であってもよい。本明細書ではこれらをまとめて「領域Bのボロメータ膜の面積密度および/または膜厚が領域Cのボロメータ膜の面積密度および/または膜厚以下である」などと記載することもある。
このような構成とすることで、さらなる低抵抗化を実現できる。この理由は明らかではないが、ボロメータの抵抗は、ボロメータ膜と電極の接触状態に大きく影響されるが、本実施形態のボロメータ膜では、電極に直接接触する領域である領域Bの厚み・密度の増大を抑えることで、ボロメータ膜中に残留する不純物の影響、例えば後述する界面活性剤の残存を低減することができ、これにより、電極とボロメータ膜との接触状態を改善できるためと考えられる。
領域Bのボロメータ膜の膜厚および/または面積密度は、それぞれ独立して、領域Cのボロメータ膜の膜厚および/または面積密度の95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましい。下限は特に限定されないが、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。
また、ボロメータ膜が後述の配向層を含む場合のように2層以上の層からなる場合は、主に上側の層が領域Aと領域Bと領域Cを繋ぐように形成される場合がある。下側の層は上記のように領域Aと領域Bと領域Cを繋ぐように形成される場合もあるが、必ずしも繋がっておらず、領域Aと領域C、もしくは主に領域Cに形成された下側の層を、領域Aや領域Bの電極に接続した上側の層が領域Cの下側の層に接続することにより低抵抗化を実現できる。この場合には、上側の層が領域Aと領域Bと領域Cに同じように形成されたとしても、領域Bには上側の層のみが存在し下側の層はほとんどないか、もしくは領域Bには領域Cよりも膜厚や面積密度が小さい下側の層が存在することにより、領域Bのボロメータ膜全体の膜厚および/または面積密度が、領域Cのボロメータ膜全体の膜厚および/または面積密度以下であるという特徴を有することとなる。特に、下側の層が主に領域Cのみに形成されて領域Bにほとんど存在しない場合には、領域Bのボロメータの膜厚および/または面積密度は領域Cのボロメータ膜の膜厚および/または面積密度よりも非常に小さくなることもある(図11)。この場合の領域Cに対する領域Bの膜厚および面積密度の比率の下限は特に限定されないが、低抵抗化の観点からは、それぞれ独立して、2%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましい。
Furthermore, in the bolometer of this embodiment, the areal density of the bolometer film in region B is less than or equal to the areal density of the bolometer film in region C, or the film thickness of the bolometer film in region B is less than or equal to the film thickness of the bolometer film in region C. It has the following characteristics.
In this embodiment, whether the areal density of the bolometer film in region B is less than or equal to the areal density of the bolometer film in region C, or whether the film thickness of the bolometer film in region B is less than or equal to the film thickness of the bolometer film in region C. , or both the areal density and film thickness of the bolometer film in region B may be less than or equal to the areal density and film thickness of the bolometer film in region C, respectively. In this specification, these may be collectively described as "the areal density and/or film thickness of the bolometer film in region B is equal to or less than the areal density and/or film thickness of the bolometer film in region C."
With such a configuration, further reduction in resistance can be achieved. The reason for this is not clear, but the resistance of a bolometer is greatly influenced by the contact state between the bolometer film and the electrode. This is thought to be because by suppressing the increase, the influence of impurities remaining in the bolometer film, for example, the residual surfactant described below, can be reduced, and thereby the contact state between the electrode and the bolometer film can be improved.
The film thickness and/or areal density of the bolometer film in region B is preferably 95% or less, and preferably 90% or less, of the film thickness and/or areal density of the bolometer film in region C, each independently. More preferred. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 30% or more, more preferably 50% or more.
Furthermore, when the bolometer film is composed of two or more layers, such as when it includes an alignment layer to be described later, the upper layer may be mainly formed to connect region A, region B, and region C. The lower layer may be formed to connect Area A, Area B, and Area C as described above, but it is not necessarily connected and may be formed in Area A and Area C, or mainly in Area C. By connecting the lower layer to the electrodes in areas A and B, and connecting the upper layer to the lower layer in area C, it is possible to achieve low resistance. In this case, even if the upper layer is formed in the same way in area A, area B, and area C, only the upper layer exists in area B and there is almost no lower layer, or in area B Since there is a lower layer in which the film thickness and areal density are smaller than those in region C, the film thickness and/or areal density of the entire bolometer film in region B are different from the film thickness and/or areal density of the entire bolometer film in region C. Or, it has the characteristic of being less than or equal to the areal density. In particular, when the lower layer is mainly formed only in region C and is almost absent in region B, the film thickness and/or areal density of the bolometer in region B may be different from the film thickness and/or area density of the bolometer in region C. It can be much smaller than the areal density (Figure 11). In this case, the lower limit of the ratio of the film thickness and areal density of region B to region C is not particularly limited, but from the viewpoint of lowering the resistance, it is preferably 2% or more, and 5% or more. It is more preferable that there be.

本明細書において、ボロメータ膜の各領域の膜厚および面積密度の値としては、各領域の中心領域で測定される値を用いることができる。
領域Bの膜厚および面積密度を測定する領域bは、領域Bの中心の60%の領域とすることができる。例えば、図3において、電極の高さをhとしたとき、高さhの中心線を中心として0.6hの範囲、具体的には、電極の下端を0h、上端を1hとしたときに、0.2h~0.8hの範囲の領域とする。領域bの面積密度および膜厚は、後述するように、当該領域内に含まれるランダムな10点で測定した測定値の平均値とすることができる。
同様に、領域C膜厚および面積密度を測定する領域cは、領域Cの中心の60%の領域とすることができる。例えば、図3において、電極間の距離をwとしたとき、距離wの中心線を中心として0.6wの範囲、具体的には、電極間の領域の左端を0w、右端を1wとしたときに、0.2w~0.8wの範囲の領域とする。領域cの面積密度および膜厚は、後述するように、当該領域内に含まれるランダムな10点で測定した測定値の平均値とすることができる。
In this specification, values measured in the central region of each region can be used as the film thickness and area density values of each region of the bolometer film.
Region b, where the film thickness and areal density of region B are measured, can be a 60% region at the center of region B. For example, in FIG. 3, when the height of the electrode is h, a range of 0.6h is centered around the center line of the height h, specifically, when the lower end of the electrode is 0h and the upper end is 1h, The range is from 0.2h to 0.8h. As described later, the areal density and film thickness of region b can be the average value of measured values measured at 10 random points included in the region.
Similarly, region c, in which the film thickness and areal density of region C are measured, can be set at 60% of the center of region C. For example, in FIG. 3, when the distance between the electrodes is w, the range of 0.6w is centered around the center line of the distance w, specifically, when the left end of the area between the electrodes is 0w and the right end is 1w. The range is 0.2w to 0.8w. The areal density and film thickness of region c can be the average value of measured values measured at 10 random points included in the region, as described later.

・面積密度
面積密度は、上に規定した領域b、領域cのカーボンナノチューブの占有率として測定することができる。カーボンナノチューブ占有率は、各測定点において、カーボンナノチューブに占有されている面積と、隙間(カーボンナノチューブに占有されていない面積)の面積とを、画像ソフトを用いて算出し、カーボンナノチューブ占有率=カーボンナノチューブに占有されている面積/(カーボンナノチューブに占有されている面積+隙間の面積)として求めることができる。画像ソフトとしては、特に限定されないが、WinROOFなどを用いることができる。面積密度は、例えば、領域b、領域cそれぞれのSEM画像において、ランダムな10点の測定点(各測定点の面積は100nm×1μmとする)のカーボンナノチューブ占有率を算出し、その平均値として求めることができる。
なお、ボロメータ膜がカーボンナノチューブ以外の材料を含む場合は、当該他の材料に占有される面積は、カーボンナノチューブに占有されている面積に含めるものとする。
- Areal Density The areal density can be measured as the occupancy rate of carbon nanotubes in the regions b and c defined above. The carbon nanotube occupancy rate is determined by calculating the area occupied by carbon nanotubes and the area of the gap (area not occupied by carbon nanotubes) using image software at each measurement point, and calculating the carbon nanotube occupancy rate = It can be determined as: area occupied by carbon nanotubes/(area occupied by carbon nanotubes + area of gap). The image software is not particularly limited, but WinROOF or the like can be used. For example, the areal density is determined by calculating the carbon nanotube occupancy rate at 10 random measurement points (the area of each measurement point is 100 nm x 1 μm) in the SEM images of regions b and c, and then calculating the average value. You can ask for it.
Note that when the bolometer film contains a material other than carbon nanotubes, the area occupied by the other material is included in the area occupied by carbon nanotubes.

また、ボロメータ膜が後述の配向層を含む場合のように2層以上の層からなる場合も、面積密度は、2層以上のボロメータ膜全体の面積密度を指す。2層以上のボロメータ膜の場合で、領域A、領域B、および領域Cを繋ぐように設けられている層が上側の層のみである場合には、上側の層が下側の層よりも面積密度が小さいため、領域Bの面積密度が領域Cの面積密度よりも明らかに小さい。このような2層以上の層からなる場合、上側の層は配向していても配向していなくてもよい。 Furthermore, even when the bolometer film is composed of two or more layers, such as when it includes an alignment layer described below, the areal density refers to the areal density of the entire bolometer film having two or more layers. In the case of a bolometer film with two or more layers, if the upper layer is the only layer that connects region A, region B, and region C, the upper layer has a larger area than the lower layer. Since the density is small, the areal density of region B is clearly smaller than that of region C. In the case of two or more layers, the upper layer may or may not be oriented.

・膜厚
膜厚は、上に規定した領域b、領域cの各領域において、ランダムな10点の測定点における膜厚を測定し、その平均値とすることができる。膜厚は、SEM画像、断面TEM、レーザー顕微鏡などで測定することができる。
なお、ボロメータ膜が2層以上の層から構成されている場合、膜厚は、全ての層の合計厚みを意味する。
- Film Thickness The film thickness can be determined by measuring the film thickness at 10 random measurement points in each of the regions b and c defined above, and taking the average value thereof. The film thickness can be measured using a SEM image, a cross-sectional TEM, a laser microscope, or the like.
Note that when the bolometer film is composed of two or more layers, the film thickness means the total thickness of all the layers.

また、一実施形態では、ボロメータ膜の領域A~領域Cの全域において、膜厚および/または面積密度が、それぞれ独立して、領域cの膜厚および/または面積密度の1.2倍以下、例えば領域cの膜厚および/または面積密度以下である。ボロメータ膜の製造方法によっては、電極と基板が接する角の部位(領域Cの両端の部位)にカーボンナノチューブ分散液の液だまりが生じ、ボロメータ膜が厚くなる場合がある。これに対して、後述する本実施形態の製造方法では、そのような液だまりが生じにくいため、ボロメータ膜に厚い部分が生じにくく、均一かつ低抵抗なボロメータ膜を作製することができる。 In one embodiment, the film thickness and/or areal density in the entire area A to C of the bolometer film are independently 1.2 times or less of the film thickness and/or areal density in area c, For example, the film thickness and/or areal density of region c or less. Depending on the method of manufacturing the bolometer film, pools of carbon nanotube dispersion may occur at the corners where the electrode and the substrate are in contact (at both ends of region C), and the bolometer film may become thick. On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, which will be described later, such liquid pools are less likely to occur, so thick portions are less likely to occur in the bolometer film, and a uniform and low-resistance bolometer film can be manufactured.

ボロメータ膜の厚み(本明細書では、領域C(領域c)の厚みとする)は特に限定されないが、例えば1nm以上、例えば数nm~100μm、好ましくは5nm~10μm、より好ましくは10nm~1μm、さらに好ましくは15nm~500nm、特に好ましくは15nm~200nmの範囲である。
ボロメータ膜の厚みが1nm以上であると、良好な光吸収率を得ることができる。
また、ボロメータ膜の厚みが10nm以上、好ましくは15nm以上であると、光反射層や光吸収材層を設けなくても十分な光吸収率が得られるため、素子構造を簡略にすることができる。
また、ボロメータ膜の厚みが1μm以下、好ましくは500nm以下であると、製造方法の簡便化の観点で好ましい。
なお、光反射層や光吸収材層を設ける場合は、ボロメータ膜の厚みを上記範囲よりも薄くして、製造プロセスの更なる簡便化及び抵抗値の改善を図ってもよい。
ボロメータ膜が後述の配向層を含む場合のように2層以上の層からなる場合は、全ての層の膜厚の合計が上記範囲内であることが好ましい。
The thickness of the bolometer film (herein referred to as the thickness of region C (region c)) is not particularly limited, but is, for example, 1 nm or more, for example, several nm to 100 μm, preferably 5 nm to 10 μm, more preferably 10 nm to 1 μm, More preferably, the range is from 15 nm to 500 nm, particularly preferably from 15 nm to 200 nm.
When the thickness of the bolometer film is 1 nm or more, good light absorption can be obtained.
Furthermore, if the thickness of the bolometer film is 10 nm or more, preferably 15 nm or more, sufficient light absorption can be obtained without providing a light reflection layer or a light absorption layer, so the device structure can be simplified. .
Further, it is preferable that the thickness of the bolometer film is 1 μm or less, preferably 500 nm or less, from the viewpoint of simplifying the manufacturing method.
In addition, when providing a light reflective layer or a light absorbing material layer, the thickness of the bolometer film may be made thinner than the above range to further simplify the manufacturing process and improve the resistance value.
When the bolometer film is composed of two or more layers, such as when it includes an alignment layer described below, it is preferable that the total thickness of all the layers is within the above range.

また、ボロメータ膜の密度(本明細書では、領域C(領域c)の密度とする)は、例えば0.03g/cm以上、好ましくは0.1g/cm以上、より好ましくは0.3g/cm以上である。上限は特に限定されないが、用いたカーボンナノチューブの真密度の上限値(例えば約1.4g/cm)とすることができる。
ボロメータ膜の密度が0.03g/cm以上であると、良好な光吸収率を得ることができる。
また、ボロメータ膜の密度が0.1g/cm以上であると、光反射層や光吸収材層を設けなくても十分な光吸収率が得られ、素子構造を簡略にすることができると言う点で好ましい。
なお、光反射層や光吸収材層を設ける場合は、ボロメータ膜の密度として、上記より低い密度を適宜選択してもよい。
ボロメータ膜が後述の配向層を含む場合のように2層以上の層からなる場合は、全ての層の密度の平均が上記範囲内であることが好ましい。
Further, the density of the bolometer film (in this specification, the density of region C (region c)) is, for example, 0.03 g/cm 3 or more, preferably 0.1 g/cm 3 or more, and more preferably 0.3 g/cm 3 or more. / cm3 or more. Although the upper limit is not particularly limited, it can be set to the upper limit of the true density of the carbon nanotubes used (for example, about 1.4 g/cm 3 ).
When the density of the bolometer film is 0.03 g/cm 3 or more, good light absorption can be obtained.
Furthermore, if the density of the bolometer film is 0.1 g/cm 3 or more, sufficient light absorption can be obtained without providing a light reflective layer or a light absorbing material layer, and the device structure can be simplified. It is preferable in that sense.
Note that when a light reflecting layer or a light absorbing material layer is provided, a lower density than the above may be appropriately selected as the density of the bolometer film.
When the bolometer film is composed of two or more layers, such as when it includes an alignment layer to be described later, it is preferable that the average density of all the layers is within the above range.

ボロメータ膜の密度は、ボロメータ膜の重量、面積、及び上で求めた厚みから算出することができる。 The density of the bolometer film can be calculated from the weight, area, and thickness of the bolometer film determined above.

本実施形態のボロメータ膜は、上述のとおり、1層のカーボンナノチューブ層でもよいし、2層以上のカーボンナノチューブ層を含むものであってもよい。 As described above, the bolometer film of this embodiment may have one carbon nanotube layer, or may include two or more carbon nanotube layers.

ボロメータ膜が1層のカーボンナノチューブ層から構成されている場合、該カーボンナノチューブ層は、非配向層でもよいし、配向層でもよい。 When the bolometer film is composed of one carbon nanotube layer, the carbon nanotube layer may be a non-oriented layer or an oriented layer.

ボロメータ膜が2層以上のカーボンナノチューブ層を含む場合、全ての層が非配向層でもよいし、全ての層が配向層でもよいし、非配向層と配向層の組み合わせであってもよい。
2層以上のカーボンナノチューブ層を含むボロメータ膜の好ましい一例としては、一層は配向層であり、もう一層は、例えばカーボンナノチューブが様々な方向を向いて密度の高いネットワーク状構造を形成しているような、非配向層であるボロメータ膜が挙げられる。非配向層に配向層が重なることで、配向層のカーボンナノチューブ同士の接触面積が多くなるだけでなく、密度の高い非配向層のカーボンナノチューブに配向層のカーボンナノチューブが重なることにより、更に導電パスが増え、抵抗が低くなる。これにより、低抵抗化と温度変化に対して大きな抵抗変化(高TCR)を実現できる。
また、別の例では、ボロメータ膜は、2層以上の非配向層からなるものであってもよい。例えば、密度の高い非配向層のカーボンナノチューブ層に、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられた非配向層のカーボンナノチューブ層が重なることでも、低抵抗化の効果を得ることができる。
なお、本明細書において、「配向層」は少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した層を指す。配向層の配向度については後述する。「非配向層」(非配向のカーボンナノチューブ層)は、カーボンナノチューブが異なる方向を向いている層、好ましくは、カーボンナノチューブが様々な方向を向いてネットワーク状構造を形成しているような層を指し、例えば、後述する配向度fx/fyが1.5未満である層を指す。
When the bolometer film includes two or more carbon nanotube layers, all the layers may be non-oriented layers, all the layers may be oriented layers, or a combination of non-oriented layers and oriented layers.
A preferred example of a bolometer film containing two or more carbon nanotube layers is one in which one layer is an orientation layer and the other layer is a layer in which, for example, carbon nanotubes are oriented in various directions to form a dense network-like structure. Another example is a bolometer film which is a non-oriented layer. By overlapping the oriented layer with the non-oriented layer, not only the contact area between the carbon nanotubes in the oriented layer increases, but also the carbon nanotubes in the oriented layer overlap with the dense carbon nanotubes in the non-oriented layer, which further increases the conductive path. increases and resistance decreases. This makes it possible to achieve low resistance and a large resistance change (high TCR) against temperature changes.
In another example, the bolometer film may be composed of two or more non-oriented layers. For example, carbon nanotubes in a non-oriented layer are provided to connect the upper surfaces of two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate in a dense carbon nanotube layer in the non-oriented layer. The effect of lowering resistance can also be obtained by overlapping layers.
Note that in this specification, the "alignment layer" refers to a layer in which at least some carbon nanotubes are oriented. The degree of orientation of the orientation layer will be described later. A "non-oriented layer" (non-oriented carbon nanotube layer) is a layer in which carbon nanotubes are oriented in different directions, preferably a layer in which carbon nanotubes are oriented in various directions to form a network-like structure. For example, it refers to a layer having an orientation degree fx/fy of less than 1.5, which will be described later.

なお、ボロメータ膜が2層以上のカーボンナノチューブ層を含む場合、「ボロメータ膜が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている」とは、ボロメータ膜が、全体として、上記の領域を繋ぐように形成されていればよい。例えば、ボロメータ膜を構成する全ての層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられていてもよいし、その中の一部の層のみが2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成されていることで、ボロメータ膜が、全体として、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋いでいてもよい。ボロメータ膜が配向層を含む場合、低抵抗化の観点では、少なくとも配向層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられていることが好ましい。 In addition, when the bolometer film includes two or more carbon nanotube layers, "the bolometer film is provided so as to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate." The term ``contains'' only needs to mean that the bolometer film is formed so as to connect the above-mentioned regions as a whole. For example, all the layers constituting the bolometer film may be provided to connect the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate, or Only some of the layers are formed to connect the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate, so that the bolometer film as a whole is formed between the two electrodes. The upper surface of the electrode, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate may be connected. When the bolometer film includes an alignment layer, from the viewpoint of reducing resistance, at least the alignment layer is provided so as to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate. It is preferable that

カーボンナノチューブの配向度は、カーボンナノチューブ膜のSEM画像を二次元高速フーリエ変換処理して各方向の凹凸の分布を周波数分布で表した平面FFT画像において、中心から一方向(中心を通る一方向)に周波数-1μm-1から+1μm-1までの振幅(強度)の積算値fを算出し、前記積算値fが最大となる方向xに関する積算値をfx、方向xに対して垂直である方向yに関する積算値をfyとしたときのfx/fyの値により規定することができる。本実施形態の配向層では、fx/fy≧1.5が好ましく、fx/fy≧1.8がより好ましい。なお、上記FFT画像の元になるSEM画像は、フーリエ変換による算出のために凹凸が見える必要があり、カーボンナノチューブを観察する観点から、視野範囲は、縦および横それぞれ0.05~50μm程度であるのが好ましい。
少なくとも領域C(領域c)における配向度が上記範囲内であることが好ましい。
The degree of orientation of carbon nanotubes is measured in one direction from the center (one direction passing through the center) in a planar FFT image obtained by processing a SEM image of a carbon nanotube film by two-dimensional fast Fourier transform and expressing the distribution of unevenness in each direction as a frequency distribution. The integrated value f of the amplitude (intensity) from frequency -1 μm -1 to +1 μm -1 is calculated, the integrated value in the direction x where the integrated value f is maximum is fx, and the direction y perpendicular to the direction x is calculated. It can be defined by the value of fx/fy, where fy is the integrated value of fy. In the alignment layer of this embodiment, fx/fy≧1.5 is preferable, and fx/fy≧1.8 is more preferable. Note that the SEM image that is the source of the above FFT image needs to show irregularities in order to be calculated by Fourier transform, and from the perspective of observing carbon nanotubes, the viewing range is approximately 0.05 to 50 μm in both the vertical and horizontal directions. It is preferable to have one.
It is preferable that the degree of orientation in at least region C (region c) is within the above range.

なお、カーボンナノチューブの配向方向は、電極に対して平行(電流が流れる向きに垂直(図4、左))でも、電極に対して垂直(電流が流れる向きに平行(図4、右))でもよいが、電極に対して垂直(電流が流れる向きに平行)であると、カーボンナノチューブを配向させない場合、電極に対して平行に配向させる場合に比べて、さらに高い低抵抗化効果を得ることができる。 The orientation direction of carbon nanotubes can be either parallel to the electrode (perpendicular to the direction of current flow (Figure 4, left)) or perpendicular to the electrode (parallel to the direction of current flow (Figure 4, right)). However, if the carbon nanotubes are not oriented perpendicular to the electrode (parallel to the direction in which the current flows), a higher resistance reduction effect can be obtained than when the carbon nanotubes are oriented parallel to the electrode. can.

ボロメータ膜に用いるカーボンナノチューブについて説明する。
ボロメータ膜としてのカーボンナノチューブ膜(CNT膜)は、2つの電極を電気的に接続する導電パスを形成する複数のカーボンナノチューブから主に構成される薄膜である。カーボンナノチューブは、例えば、ネットワーク状の構造であることが好ましく、凝集し難く、均一な導電パスが得られる三次元的ネットワーク状の構造を形成していることが好ましい。また、カーボンナノチューブのネットワーク状構造の上もしくは下にカーボンナノチューブが配向する構造の層を形成していることは、更に好ましい。
The carbon nanotubes used in the bolometer film will be explained.
A carbon nanotube film (CNT film) as a bolometer film is a thin film mainly composed of a plurality of carbon nanotubes that form a conductive path that electrically connects two electrodes. For example, carbon nanotubes preferably have a network-like structure, and preferably form a three-dimensional network-like structure that is difficult to aggregate and provides a uniform conductive path. Further, it is more preferable that a layer having a structure in which carbon nanotubes are oriented is formed above or below the network structure of carbon nanotubes.

カーボンナノチューブは、単層、二層、多層カーボンナノチューブを使用することができるが、半導体型を分離する場合は、単層又は数層(例えば、2層又は3層)のカーボンナノチューブが好ましく、単層カーボンナノチューブがより好ましい。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブを80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上(100質量%を含む)含むことがより好ましい。 Single-walled, double-walled, and multi-walled carbon nanotubes can be used, but when separating semiconductor types, single-walled or several-walled (for example, two-walled or three-walled) carbon nanotubes are preferred; More preferred are layered carbon nanotubes. The carbon nanotubes preferably contain 80% by mass or more of single-walled carbon nanotubes, more preferably 90% by mass or more (including 100% by mass).

ボロメータ膜には、大きなバンドギャップとキャリア移動度を持ち、半導体型カーボンナノチューブを用いる。半導体型カーボンナノチューブ、好ましくは半導体型カーボンナノチューブの含有率は、カーボンナノチューブの総量の一般に67質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上である。特に、半導体型カーボンナノチューブをカーボンナノチューブの総量の90質量%以上の比率で含むことが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上(100質量%を含む)がさらに好ましい。 The bolometer film uses semiconducting carbon nanotubes, which have a large band gap and carrier mobility. The content of semiconducting carbon nanotubes, preferably semiconducting carbon nanotubes, is generally 67% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more of the total amount of carbon nanotubes. In particular, it is preferable that semiconducting carbon nanotubes be contained in a proportion of 90% by mass or more of the total amount of carbon nanotubes, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 99% by mass or more (including 100% by mass).

カーボンナノチューブの直径は、バンドギャップを大きくしてTCRを向上する観点で、0.6~1.5nmの間が好ましく、0.6nm~1.4nmがより好ましく、0.7~1.2nmがさらに好ましい。また、一実施形態では、特に1nm以下が好ましい場合もある。0.6nm以上であれば、カーボンナノチューブの製造がより容易である。1.5nm以下であれば、バンドギャップを適切な範囲に維持し易く、高いTCRを得ることができる。 The diameter of the carbon nanotube is preferably between 0.6 and 1.5 nm, more preferably between 0.6 and 1.4 nm, and preferably between 0.7 and 1.2 nm, from the viewpoint of increasing the band gap and improving TCR. More preferred. Further, in one embodiment, a thickness of 1 nm or less may be particularly preferable. If the diameter is 0.6 nm or more, it is easier to manufacture carbon nanotubes. If it is 1.5 nm or less, it is easy to maintain the band gap within an appropriate range, and a high TCR can be obtained.

本明細書において、カーボンナノチューブの直径は、カーボンナノチューブ膜を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope(AFM))を用いて観察して100箇所程度の直径を計測し、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が0.6~1.5nmの範囲内にあることを意味する。好ましくは、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が0.6~1.4nmの範囲内、さらに好ましくは0.7~1.2nmの範囲内にある。また、一実施形態では、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が0.6~1nmの範囲内にある。 In this specification, the diameter of the carbon nanotube is determined by observing a carbon nanotube film using an atomic force microscope (AFM) and measuring the diameter at about 100 locations, and determining the diameter of the carbon nanotube by 60% or more, preferably 70% of the diameter. % or more, optionally preferably 80% or more, more preferably 100%, is within the range of 0.6 to 1.5 nm. Preferably, 60% or more, preferably 70% or more, optionally preferably 80% or more, more preferably 100% within the range of 0.6 to 1.4 nm, even more preferably 0.7 to 1.2 nm. within range. In one embodiment, 60% or more, preferably 70% or more, optionally preferably 80% or more, and more preferably 100% is within the range of 0.6 to 1 nm.

また、カーボンナノチューブの長さは、100nm~5μmの間が、分散しやすく、塗布性も優れているためより好ましい。またカーボンナノチューブの導電性の観点でも、長さが100nm以上であることが好ましい。また、5μm以下であれば成膜時の凝集を抑制し易い。カーボンナノチューブの長さは、より好ましくは300nm~4μm、さらに好ましくは500nm~3μmである。
ボロメータ膜が2層以上のカーボンナノチューブ層から構成される場合は、少なくとも一層のカーボンナノチューブ層に上記範囲の長さを有するカーボンナノチューブを用いる。
Further, the length of the carbon nanotubes is more preferably between 100 nm and 5 μm because they are easily dispersed and have excellent coating properties. Also, from the viewpoint of the conductivity of the carbon nanotube, it is preferable that the length is 100 nm or more. Further, if the thickness is 5 μm or less, aggregation during film formation can be easily suppressed. The length of the carbon nanotube is more preferably 300 nm to 4 μm, even more preferably 500 nm to 3 μm.
When the bolometer film is composed of two or more carbon nanotube layers, carbon nanotubes having a length within the above range are used for at least one carbon nanotube layer.

本明細書において、カーボンナノチューブの長さは、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope(AFM))を用いて少なくとも100本を観察し、数え上げることでカーボンナノチューブの長さの分布を測定し、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が100nm~5μmの範囲内にあることを意味する。好ましくは、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が300nm~4μmの範囲内にある。より好ましくは、その60%以上、好ましくは70%以上、場合により好ましくは80%以上、より好ましくは100%が500nm~3μmの範囲内にある。 In this specification, the length of carbon nanotubes is determined by observing at least 100 carbon nanotubes using an atomic force microscope (AFM) and measuring the length distribution of carbon nanotubes by counting them. % or more, preferably 70% or more, optionally preferably 80% or more, and more preferably 100% is within the range of 100 nm to 5 μm. Preferably, 60% or more, preferably 70% or more, optionally preferably 80% or more, and more preferably 100% is within the range of 300 nm to 4 μm. More preferably, 60% or more, preferably 70% or more, optionally preferably 80% or more, and more preferably 100% is within the range of 500 nm to 3 μm.

カーボンナノチューブの直径及び長さが上記範囲内であると、半導体性の影響が大きくなり、且つ、大きな電流値を得られるため、ボロメータ膜として用いた場合に高いTCR値が得られやすい。 When the diameter and length of the carbon nanotube are within the above range, the influence of semiconductor properties becomes large and a large current value can be obtained, so that a high TCR value is easily obtained when used as a bolometer film.

また、ボロメータ膜において、上述の成分以外に、例えば、イオン導電剤(界面活性剤、アンモニウム塩、無機塩)、酸化物、樹脂、有機結着剤等を適宜用いてもよい。 Further, in the bolometer film, in addition to the above-mentioned components, for example, ion conductive agents (surfactants, ammonium salts, inorganic salts), oxides, resins, organic binders, etc. may be used as appropriate.

ボロメータ膜中のカーボンナノチューブの含有量は適宜選択できるが、好ましくは、ボロメータ膜の総質量を基準として0.1質量%以上が効果的で、より好ましくは、1質量%以上が効果的であり、例えば30質量%、さらには50質量%以上とすることが好ましく、場合により60質量%以上が好ましい場合もある。 The content of carbon nanotubes in the bolometer film can be selected as appropriate, but preferably 0.1% by mass or more is effective, more preferably 1% by mass or more based on the total mass of the bolometer film. For example, it is preferably 30% by mass, more preferably 50% by mass or more, and in some cases, 60% by mass or more is preferable.

5.その他の構成要素
本実施形態のボロメータは、上記の他、ボロメータに用いられる任意の構成要素を備えていてもよい。
例えば、ボロメータ膜の表面に、必要により保護膜を設けることができる。保護膜は、検知したい光波長域において透明性の高い材料が好ましい。保護膜の材料としては、例えば、PMMA、PMMAアニソール等のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、テフロン(登録商標)、窒化シリコン、酸化シリコン(SiO)等が挙げられる。
また、ボロメータ膜の上側(光が入射する側)に、必要により光吸収層などの光吸収構造を設けてもよい。上記の保護層の上に設ける光吸収層としては、例えば窒化チタンの薄膜等が、ボロメータ膜上に設ける光吸収層としては、例えばポリイミドの塗布膜等が例示されるがこれらに限定されない。
5. Other Components The bolometer of this embodiment may include any component used in a bolometer in addition to the above.
For example, a protective film can be provided on the surface of the bolometer film if necessary. The protective film is preferably made of a material that is highly transparent in the light wavelength range that is desired to be detected. Examples of the material for the protective film include acrylic resins such as PMMA and PMMA anisole, epoxy resins, Teflon (registered trademark), silicon nitride, and silicon oxide (SiO 2 ).
Furthermore, a light absorption structure such as a light absorption layer may be provided on the upper side of the bolometer film (on the side where light enters), if necessary. Examples of the light absorption layer provided on the protective layer include, for example, a thin film of titanium nitride, and examples of the light absorption layer provided on the bolometer film include, but are not limited to, a coating film of polyimide.

本実施形態のボロメータは、光照射による電気抵抗の温度依存性を利用して温度を検出する。本実施形態のボロメータは好ましくは赤外線センサである。また、赤外線以外の周波数領域においても、光照射により温度が変化すれば同様に使用できる。カーボンナノチューブを含むボロメータ膜を用いた本実施形態のボロメータは、0.7μm~1mmの波長を有する電磁波の検知に特に好適に用いることができる。当該波長範囲に含まれる電磁波としては、赤外線の他、テラヘルツ波が挙げられる。
また、温度変化による電気抵抗の変化の検出は、図1の構造だけでなく、ゲート電極を備えることで電界効果トランジスタにすることで抵抗値変化を増幅することによって行うこともできる。
また、本実施形態のボロメータは、図1に示した構造だけでなく、ダイヤフラム構造を有する素子、ダイヤフラム構造に代えて、断熱性樹脂からなる断熱層等の所望の断熱構造を有する素子など、通常ボロメータに用いられる素子構造に特に制限なく適用することができる。
The bolometer of this embodiment detects temperature using the temperature dependence of electrical resistance due to light irradiation. The bolometer of this embodiment is preferably an infrared sensor. Furthermore, it can be used in a similar manner in frequency ranges other than infrared rays as long as the temperature changes due to light irradiation. The bolometer of this embodiment using a bolometer film containing carbon nanotubes can be particularly suitably used for detecting electromagnetic waves having a wavelength of 0.7 μm to 1 mm. Electromagnetic waves included in the wavelength range include infrared rays and terahertz waves.
Further, detection of changes in electrical resistance due to temperature changes can be performed not only by using the structure shown in FIG. 1, but also by amplifying changes in resistance by providing a field effect transistor with a gate electrode.
In addition, the bolometer of this embodiment has not only the structure shown in FIG. 1, but also an element having a diaphragm structure, an element having a desired heat insulating structure such as a heat insulating layer made of a heat insulating resin instead of the diaphragm structure, etc. The present invention can be applied to any element structure used in a bolometer without particular limitation.

以上、本実施形態のボロメータの基本的な構成を示したが、本実施形態のボロメータには、ボロメータに用いることができる素子構造及びアレイ構造を特に制限なく適用することができる。例えば、本実施形態のボロメータは、単素子であってもよく、イメージセンサに用いられるような複数の素子を二次元に配列したアレイでもよい。 Although the basic configuration of the bolometer of this embodiment has been shown above, any element structure and array structure that can be used for a bolometer can be applied to the bolometer of this embodiment without particular limitation. For example, the bolometer of this embodiment may be a single element, or may be an array of two-dimensional arrays of a plurality of elements, such as those used in image sensors.

〔ボロメータの製造方法〕
本発明の一態様は、ボロメータの製造方法に関する。
本実施形態の製造方法によれば、図1、図2に示すように、ボロメータ膜の電極上面の領域Aと、基板上の電極間の領域Cが、電極壁に接する領域Bを介して接続されたボロメータを製造することができる。
また、一実施形態では、本実施形態の製造方法によれば、領域Bのボロメータ膜の面積密度が領域Cのボロメータ膜の面積密度以下、あるいは、領域Bのボロメータ膜の膜厚が領域Cのボロメータ膜の膜厚以下であるボロメータを製造することができる。
[Manufacturing method of bolometer]
One aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a bolometer.
According to the manufacturing method of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, region A on the upper surface of the electrode of the bolometer film and region C between the electrodes on the substrate are connected via region B in contact with the electrode wall. bolometers can be manufactured.
In one embodiment, according to the manufacturing method of the present embodiment, the areal density of the bolometer film in region B is equal to or lower than the areal density of the bolometer film in region C, or the film thickness of the bolometer film in region B is less than or equal to the areal density of the bolometer film in region C. A bolometer whose film thickness is equal to or less than that of the bolometer film can be manufactured.

1.基板上に2つの電極を形成する工程
基板上に互いに間隔をあけて2つの電極を形成する。
電極の作製方法は特に限定されないが、蒸着、スパッタリング、印刷法、プレス法等で形成することができる。また、フォトマスク、メタルマスク等を用いて所望の形状に形成してもよい。また、予め形成した金属薄膜等を用いてもよい。
1. Step of forming two electrodes on a substrate Two electrodes are formed on a substrate at a distance from each other.
Although the method for producing the electrode is not particularly limited, it can be formed by vapor deposition, sputtering, printing, pressing, or the like. Alternatively, it may be formed into a desired shape using a photomask, a metal mask, or the like. Alternatively, a pre-formed metal thin film or the like may be used.

また、図5に示すように、基板上に縦横方向に複数の電極対を並べて形成し、アレイ状としてもよい。 Alternatively, as shown in FIG. 5, a plurality of electrode pairs may be formed side by side in the vertical and horizontal directions on the substrate to form an array.

一実施形態では、基板上に中間層を形成してもよい。中間層がAPTES層である場合を例に説明するが、中間層はAPTES層に限られない。
中間層は、APTES水溶液を、基板上に塗布し、必要により、水洗、乾燥することにより形成することができる。
APTES溶液の塗布は、APTES水溶液中に基板を浸漬することで行ってもよいし、基板上にAPTES水溶液を噴霧してもよい。APTES水溶液を塗布する前に、中間層を形成しようとする領域以外の領域を各種マスク材料で保護してもよい。
APTES水溶液の濃度は、0.001体積%以上30体積%以下が好ましく、0.01体積%以上10体積%以下がより好ましく、0.05体積%以上5体積%以下がさらに好ましい。当然ながら、中間層としてAPTES以外の化合物を用いる場合は、用いる化合物に応じて濃度や溶媒を適宜変更してもよい。
In one embodiment, an intermediate layer may be formed on the substrate. Although a case where the intermediate layer is an APTES layer will be explained as an example, the intermediate layer is not limited to the APTES layer.
The intermediate layer can be formed by applying an APTES aqueous solution onto the substrate, washing with water, and drying if necessary.
The APTES solution may be applied by immersing the substrate in the APTES aqueous solution, or by spraying the APTES aqueous solution onto the substrate. Before applying the APTES aqueous solution, regions other than the region where the intermediate layer is to be formed may be protected with various mask materials.
The concentration of the APTES aqueous solution is preferably 0.001 volume% or more and 30 volume% or less, more preferably 0.01 volume% or more and 10 volume% or less, and even more preferably 0.05 volume% or more and 5 volume% or less. Naturally, when using a compound other than APTES as the intermediate layer, the concentration and solvent may be changed as appropriate depending on the compound used.

2.カーボンナノチューブ分散液を調製する工程
本実施形態の製造方法では、ボロメータ膜の作製にカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ分散液を用いることが好ましい。
2. Step of Preparing Carbon Nanotube Dispersion In the manufacturing method of the present embodiment, it is preferable to use a carbon nanotube dispersion containing carbon nanotubes for producing the bolometer film.

カーボンナノチューブ分散液に用いるカーボンナノチューブは、不活性雰囲気下、真空中において熱処理を行うことで、表面官能基やアモルファスカーボン等の不純物、触媒等を除去したものを用いてもよい。熱処理温度は、適宜選択できるが、800-2000℃が好ましく、800-1200℃がより好ましい。 The carbon nanotubes used in the carbon nanotube dispersion may be heat-treated in vacuum under an inert atmosphere to remove surface functional groups, impurities such as amorphous carbon, catalysts, and the like. The heat treatment temperature can be selected as appropriate, but is preferably 800-2000°C, more preferably 800-1200°C.

カーボンナノチューブ分散液には、界面活性剤を添加することが好ましい。
界面活性剤は、容易に除去できるという観点から、非イオン性界面活性剤であることが好ましい。非イオン性界面活性剤は、適宜選択できるが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤や、アルキルグルコシド系非イオン性界面活性剤など、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖など疎水性部位で構成されている非イオン性界面活性剤を1種類若しくは複数組み合わせて用いることが好ましい。このような非イオン性界面活性剤としては、式(1)で表されるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。また、アルキル部が1又は複数の不飽和結合を含んでもよい。
It is preferable to add a surfactant to the carbon nanotube dispersion.
The surfactant is preferably a nonionic surfactant because it can be easily removed. Nonionic surfactants can be selected as appropriate, but hydrophilic surfactants that do not ionize, such as nonionic surfactants with a polyethylene glycol structure such as polyoxyethylene alkyl ethers, and alkyl glucoside nonionic surfactants. It is preferable to use one or a combination of nonionic surfactants composed of a hydrophobic moiety and a hydrophobic moiety such as an alkyl chain. As such a nonionic surfactant, polyoxyethylene alkyl ether represented by formula (1) is preferably used. Further, the alkyl portion may contain one or more unsaturated bonds.

2n+1(OCHCHOH (1)
(式中、n=好ましくは12~18、m=10~100、好ましくは20~100である)
C n H 2n+1 (OCH 2 CH 2 ) m OH (1)
(In the formula, n = preferably 12 to 18, m = 10 to 100, preferably 20 to 100)

特に、ポリオキシエチレン(23)ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン(20)セチルエーテル、ポリオキシエチレン(20)ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン(10)オレイルエーテル、ポリオキシエチレン(10)セチルエーテル、ポリオキシエチレン(10)ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン(20)オレイルエーテル、ポリオキシエチレン(100)ステアリルエーテルなどポリオキシエチレン(n)アルキルエーテル(nが20以上100以下、アルキル鎖長がC12以上C18以下)で規定される非イオン性界面活性剤がより好ましい。また、N,N-ビス[3-(D-グルコンアミド)プロピル]デオキシコールアミド、n-ドデシルβ-D-マルトシド、オクチルβ-D-グルコピラノシド、ジギトニンも使用することができる。 In particular, polyoxyethylene (23) lauryl ether, polyoxyethylene (20) cetyl ether, polyoxyethylene (20) stearyl ether, polyoxyethylene (10) oleyl ether, polyoxyethylene (10) cetyl ether, polyoxyethylene (10) Polyoxyethylene (n) alkyl ether (n is 20 to 100, alkyl chain length is C12 to C18) such as stearyl ether, polyoxyethylene (20) oleyl ether, and polyoxyethylene (100) stearyl ether. More preferred are defined nonionic surfactants. Also, N,N-bis[3-(D-gluconamido)propyl]deoxycholamide, n-dodecyl β-D-maltoside, octyl β-D-glucopyranoside, and digitonin can be used.

非イオン性界面活性剤として、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート(分子式:C6412626、商品名:Tween 60、シグマアルドリッチ社製等)、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート(分子式:C2444、商品名:Tween 85、シグマアルドリッチ社製等)、オクチルフェノールエトキシレート(分子式:C1422O(CO)、n=1~10、商品名:Triton X-100、シグマアルドリッチ社製等)、ポリオキシエチレン(40)イソオクチルフェニルエーテル(分子式:C1740(CHCH2040H、商品名:Triton X-405、シグマアルドリッチ社製等)、ポロキサマー(分子式:C10、商品名:Pluronic、シグマアルドリッチ社製等)、ポリビニルピロリドン(分子式:(CNO)、n=5~100、シグマアルドリッチ社製等)等を用いることもできる。 Nonionic surfactants include polyoxyethylene sorbitan monostearate (molecular formula: C 64 H 126 O 26 , trade name: Tween 60, manufactured by Sigma-Aldrich, etc.), polyoxyethylene sorbitan trioleate (molecular formula: C 24 H 44 O 6 , product name: Tween 85, manufactured by Sigma-Aldrich, etc.), octylphenol ethoxylate (molecular formula: C 14 H 22 O (C 2 H 4 O) n , n = 1 to 10, product name: Triton X-100 , manufactured by Sigma-Aldrich, etc.), polyoxyethylene (40) isooctyl phenyl ether (molecular formula: C 8 H 17 C 6 H 40 (CH 2 CH 20 ) 40 H, product name: Triton X-405, manufactured by Sigma-Aldrich) ), poloxamer (molecular formula: C 5 H 10 O 2 , product name: Pluronic, manufactured by Sigma-Aldrich, etc.), polyvinylpyrrolidone (molecular formula: (C 6 H 9 NO) n , n=5-100, manufactured by Sigma-Aldrich) etc.) can also be used.

非イオン性界面活性剤を用いることで、カーボンナノチューブの分散性を向上できる。
また、カーボンナノチューブ膜中に界面活性剤のような不純物が多く残留していると、電極とカーボンナノチューブとの間に十分な接合が形成されない場合がある。しかし、非イオン性界面活性剤は、後述する熱処理等により容易に除去することができるため、カーボンナノチューブ膜中の残留量を低減することができ、これにより、電極とカーボンナノチューブ膜との接触を向上できる。一実施形態では、後述するように、ボロメータ膜中の界面活性剤を除去して、界面活性剤の残存量を低減することが好ましく、一実施形態では、ボロメータ膜が界面活性剤を実質的に含まないことが好ましい。ボロメータ膜が界面活性剤を実質的に含まないとは、界面活性剤の残存濃度が、ボロメータ膜の総質量を基準として、好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下(0質量%を含む)であることを意味する。
特に、本実施形態のボロメータでは、電極壁に接する領域Bのボロメータ膜の膜厚および密度の増加を抑えることで、界面活性剤等の不純物の残留を低減することができるという利点がある。
By using a nonionic surfactant, the dispersibility of carbon nanotubes can be improved.
Furthermore, if a large amount of impurities such as surfactants remain in the carbon nanotube film, a sufficient bond may not be formed between the electrode and the carbon nanotubes. However, since the nonionic surfactant can be easily removed by heat treatment, etc., which will be described later, the amount remaining in the carbon nanotube film can be reduced, thereby preventing contact between the electrode and the carbon nanotube film. You can improve. In one embodiment, the surfactant in the bolometer membrane is preferably removed to reduce the residual amount of surfactant, as described below, and in one embodiment, the bolometer membrane substantially removes the surfactant. It is preferable not to include it. The bolometer membrane does not substantially contain a surfactant when the residual concentration of the surfactant is preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.001% by mass or less, based on the total mass of the bolometer membrane. (including 0% by mass).
In particular, the bolometer of this embodiment has the advantage that by suppressing increases in the thickness and density of the bolometer film in region B in contact with the electrode wall, residual impurities such as surfactants can be reduced.

カーボンナノチューブ分散液を得る方法は特に制限されず、従来公知の方法を適用できる。例えば、カーボンナノチューブ混合物、分散媒、及び非イオン性界面活性剤を混合してカーボンナノチューブを含む溶液を調製し、この溶液を超音波処理することでカーボンナノチューブを分散させ、カーボンナノチューブ分散液(ミセル分散溶液)を調製する。分散媒としては、分離工程の間、カーボンナノチューブを分散浮遊できる溶媒であれば特に限定されず、例えば水、重水、有機溶媒、イオン液体、又はこれらの混合物等を用いることができるが、水及び重水が好ましい。前記超音波処理に加えて、又は代えて、機械的な剪断力によるカーボンナノチューブ分散手法を用いてもよい。機械的な剪断は気相中で行ってもよい。カーボンナノチューブと非イオン性界面活性剤によるミセル分散水溶液においてカーボンナノチューブは孤立した状態であることが好ましい。そのため、必要に応じて、超遠心分離処理を用いてバンドル、アモルファスカーボン、不純物触媒等の除去を行ってもよい。分散処理の際、カーボンナノチューブを切断することができ、カーボンナノチューブの粉砕条件、超音波出力、超音波処理時間等を変えることで、長さを制御することができる。例えば、未処理のカーボンナノチューブをピンセット、ボールミル等で粉砕し、凝集体サイズを制御できる。これらの処理後、超音波ホモジナイザーにより、出力40~600W、場合により100~550W、20~100KHz、処理時間1~5時間、好ましくは~3時間にすることで、長さを100nm~5μmに制御することができる。1時間より短いと、条件によってはほとんど分散せず、ほとんど元の長さのままである場合がある。また、分散処理時間の短縮及びコスト減の観点では3時間以下が好ましい。本実施形態は、非イオン性界面活性剤を用いたことにより切断の調整が容易であるという利点も有し得る。また、除去が困難なイオン性界面活性剤を含有しないという利点もある。 The method for obtaining the carbon nanotube dispersion is not particularly limited, and conventionally known methods can be applied. For example, a carbon nanotube mixture, a dispersion medium, and a nonionic surfactant are mixed to prepare a solution containing carbon nanotubes, and this solution is treated with ultrasound to disperse the carbon nanotubes. Dispersion solution) is prepared. The dispersion medium is not particularly limited as long as it is a solvent that can disperse and suspend carbon nanotubes during the separation process. For example, water, heavy water, organic solvents, ionic liquids, or mixtures thereof can be used, but water and Heavy water is preferred. In addition to or in place of the ultrasonic treatment, a carbon nanotube dispersion method using mechanical shearing force may be used. Mechanical shearing may be performed in the gas phase. In a micelle-dispersed aqueous solution of carbon nanotubes and a nonionic surfactant, carbon nanotubes are preferably in an isolated state. Therefore, if necessary, bundles, amorphous carbon, impurity catalysts, etc. may be removed using ultracentrifugation treatment. During the dispersion treatment, the carbon nanotubes can be cut, and the length can be controlled by changing the pulverization conditions, ultrasonic output, ultrasonic treatment time, etc. of the carbon nanotubes. For example, untreated carbon nanotubes can be ground with tweezers, a ball mill, etc. to control the aggregate size. After these treatments, the length is controlled to 100 nm to 5 μm using an ultrasonic homogenizer with an output of 40 to 600 W, optionally 100 to 550 W, 20 to 100 KHz, and a treatment time of 1 to 5 hours, preferably ~3 hours. can do. If it is shorter than 1 hour, depending on the conditions, there may be little dispersion and the length may remain almost at its original length. Further, from the viewpoint of shortening the distributed processing time and reducing costs, the time is preferably 3 hours or less. This embodiment may also have the advantage that cutting can be easily adjusted by using a nonionic surfactant. It also has the advantage of not containing ionic surfactants that are difficult to remove.

カーボンナノチューブの分散及び切断により、表面官能基がカーボンナノチューブの表面あるいは端に生成される。生成される官能基は、カルボキシル基、カルボニル基、水酸基等が生成される。液相での処理であれば、カルボキシル基、水酸基が生成され、気相であれば、カルボニル基が生成される。 By dispersing and cutting the carbon nanotubes, surface functional groups are generated on the surfaces or ends of the carbon nanotubes. The functional groups produced include carboxyl groups, carbonyl groups, and hydroxyl groups. If the treatment is in the liquid phase, carboxyl groups and hydroxyl groups are generated, and if the treatment is in the gas phase, carbonyl groups are generated.

また、前記重水又は水、及び非イオン性界面活性剤を含む液体における界面活性剤の濃度は、臨界ミセル濃度~10質量%が好ましく、臨界ミセル濃度~3質量%がより好ましい。臨界ミセル濃度未満であると分散できないため好ましくない。また、10質量%以下であれば、分離後、界面活性剤の量を低減しながら十分な密度のカーボンナノチューブを塗布することができる。本明細書において、臨界ミセル濃度(critical micelle concentration(CMC))とは、例えば一定温度下、Wilhelmy式表面張力計等の表面張力計を用い、界面活性剤水溶液の濃度を変えて表面張力を測定し、その変極点となる濃度のことを言う。本明細書において「臨界ミセル濃度」は、大気圧下、25℃での値とする。 Further, the concentration of the surfactant in the liquid containing the heavy water or water and the nonionic surfactant is preferably from the critical micelle concentration to 10% by mass, more preferably from the critical micelle concentration to 3% by mass. If it is less than the critical micelle concentration, it is not preferable because it cannot be dispersed. Further, if the amount is 10% by mass or less, carbon nanotubes with sufficient density can be applied after separation while reducing the amount of surfactant. In this specification, critical micelle concentration (CMC) is defined as the measurement of surface tension by changing the concentration of an aqueous surfactant solution using a surface tension meter such as a Wilhelmy surface tension meter at a constant temperature, for example. It refers to the concentration at which the inflection point occurs. In this specification, "critical micelle concentration" is a value at 25° C. under atmospheric pressure.

上記切断及び分散工程におけるカーボンナノチューブの濃度(カーボンナノチューブの重量/(カーボンナノチューブと分散媒と界面活性剤との合計重量)×100)は、特に限定されないが、例えば0.0003~10質量%、好ましくは0.001~3質量%、より好ましくは0.003~0.3質量%とすることができる。 The concentration of carbon nanotubes in the above cutting and dispersion step (weight of carbon nanotubes/(total weight of carbon nanotubes, dispersion medium, and surfactant) x 100) is not particularly limited, but for example, 0.0003 to 10% by mass, The content is preferably 0.001 to 3% by mass, more preferably 0.003 to 0.3% by mass.

上述の切断・分散工程を経て得られた分散液を、後述する分離工程にそのまま用いてもよいし、分離工程の前に、濃縮、希釈等の工程を行ってもよい。 The dispersion liquid obtained through the above-mentioned cutting and dispersion process may be used as it is in the separation process described below, or may be subjected to processes such as concentration and dilution before the separation process.

カーボンナノチューブは、通常、半導体型カーボンナノチューブと金属型カーボンナノチューブの混合物であるため、半導体型カーボンナノチューブを分離又は濃縮して用いることが好ましい。
カーボンナノチューブの分離は、例えば、電界誘起層形成法(ELF法:例えば、K.Ihara et al. J.Phys.Chem.C.2011,115,22827~22832、日本特許第5717233号明細書を参照、これらの文献は参照により本明細書に組み込まれる)により行うことができる。ELF法を用いた分離方法の一例を説明する。カーボンナノチューブ、好ましくは単層カーボンナノチューブを非イオン性界面活性剤により分散し、その分散液を縦型の分離装置に入れ、上下に配置された電極に電圧を印加することで、無担体電気泳動により分離する。分離のメカニズムは例えば以下のように推定できる。カーボンナノチューブを非イオン性界面活性剤により分散した場合、半導体型カーボンナノチューブのミセルは負のゼータ電位を有し、一方金属型カーボンナノチューブのミセルは逆符号(正)のゼータ電位(近年では、僅かに負のゼータ電位を有するかほとんど帯電していないとも考えられている)を持つ。そのため、カーボンナノチューブ分散液に電界を印加すると、ゼータ電位の差などにより、導体型カーボンナノチューブミセルは陽極(+)方向へ、金属型カーボンナノチューブミセルは陰極(-)方向へ電気泳動する。最終的には陽極付近に半導体型カーボンナノチューブが濃縮された層が、陰極付近に金属型カーボンナノチューブが濃縮された層が分離槽内に形成される。分離の電圧は、分散媒の組成及びカーボンナノチューブの電荷量等を考慮して適宜設定できるが、1V以上200V以下が好ましく、10V以上200V以下がより好ましい。分離工程の時間短縮の観点では100V以上が好ましい。また、分離中の泡の発生を抑制して分離効率を維持する観点では200V以下が好ましい。分離は、繰り返すことで純度が向上する。分離後の分散液を初期濃度に再設定して同様の分離操作を行ってもよい。それにより、さらに高純度化することができる。
Since carbon nanotubes are usually a mixture of semiconducting carbon nanotubes and metallic carbon nanotubes, it is preferable to separate or concentrate the semiconducting carbon nanotubes before use.
Carbon nanotubes can be separated by, for example, an electric field induced layer formation method (ELF method: see, for example, K. Ihara et al. J. Phys. Chem. C. 2011, 115, 22827-22832, Japanese Patent No. 5717233). , which documents are incorporated herein by reference). An example of a separation method using the ELF method will be explained. Carbon nanotubes, preferably single-walled carbon nanotubes, are dispersed with a nonionic surfactant, the dispersion is placed in a vertical separation device, and a voltage is applied to electrodes placed above and below to perform carrier-free electrophoresis. Separate by The mechanism of separation can be estimated as follows, for example. When carbon nanotubes are dispersed with a nonionic surfactant, micelles of semiconducting carbon nanotubes have a negative zeta potential, whereas micelles of metallic carbon nanotubes have a zeta potential of the opposite sign (positive) (in recent years, they have a slight zeta potential). It is also thought that it has a negative zeta potential or almost no charge). Therefore, when an electric field is applied to the carbon nanotube dispersion liquid, conductive carbon nanotube micelles electrophores toward the anode (+), and metal carbon nanotube micelles electrophores toward the cathode (-) due to the difference in zeta potential. Eventually, a layer in which semiconducting carbon nanotubes are concentrated near the anode and a layer in which metallic carbon nanotubes are concentrated near the cathode are formed in the separation tank. The separation voltage can be appropriately set in consideration of the composition of the dispersion medium, the charge amount of the carbon nanotubes, etc., but is preferably 1 V or more and 200 V or less, and more preferably 10 V or more and 200 V or less. From the viewpoint of shortening the time of the separation step, the voltage is preferably 100 V or more. Further, from the viewpoint of suppressing the generation of bubbles during separation and maintaining separation efficiency, the voltage is preferably 200 V or less. Purity improves by repeating separation. The dispersion liquid after separation may be reset to the initial concentration and a similar separation operation may be performed. Thereby, even higher purity can be achieved.

上述のカーボンナノチューブの分散・切断工程及び分離工程により、所望の直径・長さを有する半導体型カーボンナノチューブが濃縮された分散液を得ることができる。なお、本明細書において、半導体型カーボンナノチューブが濃縮されているカーボンナノチューブ分散液を「半導体型カーボンナノチューブ分散液」と呼ぶ場合がある。分離工程により得られる半導体型カーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブの総量中、半導体型カーボンナノチューブを、一般に67質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上であり、特に好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上(上限は100質量%であってもよい)含む分散液を意味する。金属型及び半導体型のカーボンナノチューブの分離傾向については、顕微Ramanスペクトル分析法と紫外可視近赤外吸光光度分析法により分析することができる。 Through the carbon nanotube dispersion/cutting process and separation process described above, a dispersion liquid in which semiconducting carbon nanotubes having a desired diameter and length are concentrated can be obtained. Note that in this specification, a carbon nanotube dispersion liquid in which semiconducting carbon nanotubes are concentrated may be referred to as a "semiconducting carbon nanotube dispersion liquid." The semiconducting carbon nanotube dispersion obtained by the separation step generally contains semiconducting carbon nanotubes in an amount of 67% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably means a dispersion containing 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, even more preferably 99% by mass or more (the upper limit may be 100% by mass). The separation tendency of metallic and semiconducting carbon nanotubes can be analyzed by microscopic Raman spectroscopy and ultraviolet-visible near-infrared absorption spectrometry.

上述のカーボンナノチューブの分散・切断工程後、且つ、分離工程前のカーボンナノチューブ分散液のバンドル、アモルファスカーボン、金属不純物等を除去するため遠心分離処理を行ってもよい。遠心加速度は適宜調整できるが、10000×g~500000×gが好ましく、50000×g~300000×gがより好ましく、場合により100000×g~300000×gであってもよい。遠心分離時間は0.5時間~12時間が好ましく、1~3時間がより好ましい。遠心分離温度は、適宜調整できるが、4℃~室温が好ましく、10℃~室温がより好ましい。 After the carbon nanotube dispersion/cutting process described above and before the separation process, a centrifugal separation process may be performed to remove bundles, amorphous carbon, metal impurities, etc. from the carbon nanotube dispersion liquid. The centrifugal acceleration can be adjusted as appropriate, but is preferably 10,000 x g to 500,000 x g, more preferably 50,000 x g to 300,000 x g, and may be 100,000 x g to 300,000 x g depending on the case. The centrifugation time is preferably 0.5 to 12 hours, more preferably 1 to 3 hours. The centrifugation temperature can be adjusted as appropriate, but is preferably 4°C to room temperature, more preferably 10°C to room temperature.

分離後のカーボンナノチューブ分散液の界面活性剤の濃度は適宜制御することができる。カーボンナノチューブ分散液の界面活性剤の濃度は、臨界ミセル濃度~0.5質量%程度が好ましく、より好ましくは、0.001質量%~0.3質量%、塗布後の再凝集等を抑えるために、0.01~0.1質量%が特に好ましい。 The concentration of surfactant in the carbon nanotube dispersion after separation can be controlled as appropriate. The concentration of the surfactant in the carbon nanotube dispersion is preferably from the critical micelle concentration to about 0.5% by mass, more preferably from 0.001% by mass to 0.3% by mass, in order to suppress reagglomeration etc. after coating. 0.01 to 0.1% by mass is particularly preferred.

3.ボロメータ膜を成膜する工程
上記のとおり、表面に電極を形成し、必要により表面処理を行った基板を、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させることにより、ボロメータ膜を成膜する。本発明者らは、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させる際の基板の移動速度を所定の範囲とすることにより、電極上面の領域Aと基板上の電極間の領域Cとが電極壁に接する領域Bを介して接続したボロメータ膜を形成できること、またそれにより、ボロメータを低抵抗化できることを初めて見出した。
3. Step of Forming a Bolometer Film As described above, a bolometer film is formed by passing a substrate on which an electrode has been formed and surface treatment has been performed if necessary, through the surface of the carbon nanotube dispersion. The present inventors set the moving speed of the substrate within a predetermined range when passing the liquid surface of the carbon nanotube dispersion, so that the region A on the upper surface of the electrode and the region C between the electrodes on the substrate become the electrode wall. It was discovered for the first time that it is possible to form a bolometer film connected through the contact region B, and that it is thereby possible to reduce the resistance of the bolometer.

基板をカーボンナノチューブ分散液の液面を通過させる移動速度は、5μm/秒以下であり、3μm/秒以下であることが好ましく、2μm/秒以下であることがより好ましい。
また、カーボンナノチューブの液面を通過させる工程を2回以上行ってもよく、この場合、移動速度/移動回数が5μm/秒以下となる移動速度であればよく、3μm/秒以下であることが好ましく、2μm/秒以下であることがより好ましい。均質な膜を形成する観点では、移動回数は5回以下であることが好ましく、より好ましくは3回以下、さらに好ましくは1回である。
また、移動速度/移動回数の下限は限定されるものではないが、0.01μm/秒以上、好ましくは0.02μm/秒以上である。
The moving speed at which the substrate passes through the surface of the carbon nanotube dispersion liquid is 5 μm/second or less, preferably 3 μm/second or less, and more preferably 2 μm/second or less.
Further, the step of passing the carbon nanotubes through the liquid surface may be performed two or more times. In this case, the movement speed/number of movements may be 5 μm/sec or less, and it is preferably 3 μm/sec or less. The speed is preferably 2 μm/sec or less, and more preferably 2 μm/sec or less. From the viewpoint of forming a homogeneous film, the number of movements is preferably 5 times or less, more preferably 3 times or less, and even more preferably 1 time.
Further, the lower limit of the movement speed/number of movements is not limited, but is 0.01 μm/second or more, preferably 0.02 μm/second or more.

上記の移動速度は、電極の厚みによっても適宜調整することができる。
一例をあげると、電極の高さが50nm~150nm、例えば100nm前後である場合、移動速度(移動速度/移動回数)は5μm/秒以下が好ましく、2μm/秒以下が好ましく、電極の高さが150nm超~300nm、例えば250nm前後である場合、移動速度(移動速度/移動回数)は2μm/秒以下が好ましく、1μm/秒以下がより好ましい。
The above-mentioned moving speed can also be adjusted as appropriate depending on the thickness of the electrode.
For example, when the height of the electrode is 50 nm to 150 nm, for example around 100 nm, the moving speed (moving speed/number of movements) is preferably 5 μm/sec or less, preferably 2 μm/sec or less, and the electrode height is In the case of more than 150 nm to 300 nm, for example around 250 nm, the moving speed (moving speed/number of movements) is preferably 2 μm/sec or less, more preferably 1 μm/sec or less.

なお、上記の移動速度は、湿度・温度等によっても適宜調整することができる。上記の移動速度を適用し得る湿度・温度としては、10~90%RH、好ましくは30~80%RH、5~40℃、好ましくは15~30℃である。 Note that the above-mentioned moving speed can be adjusted as appropriate depending on humidity, temperature, etc. The humidity and temperature to which the above moving speed can be applied are 10 to 90% RH, preferably 30 to 80% RH, 5 to 40°C, preferably 15 to 30°C.

また、上記の移動速度は、使用するカーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブ濃度、作製しようとする膜厚等によっても適宜調整することができる。 Further, the above-mentioned moving speed can be adjusted as appropriate depending on the concentration of carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion liquid used, the thickness of the film to be produced, and the like.

さらに、本発明者らは、移動速度をさらに調整することで、所望の形態のボロメータ膜を形成することができることを見出した。 Furthermore, the present inventors have discovered that a bolometer film of a desired shape can be formed by further adjusting the moving speed.

例えば、移動速度/移動回数を0.8μm/秒以下、好ましくは0.5μm/秒以下などに低速にすることで、2層以上のカーボンナノチューブ層からなるボロメータ膜を形成することができる。 For example, a bolometer film consisting of two or more carbon nanotube layers can be formed by reducing the movement speed/number of movements to 0.8 μm/sec or less, preferably 0.5 μm/sec or less.

さらに、本発明者らは、移動速度をさらに低速にすることで、カーボンナノチューブの少なくとも一部を、カーボンナノチューブ分散液の液面に略平行(すなわち、基板の移動方向と略垂直)に配向させながらボロメータ膜を形成することができることを見出した。
カーボンナノチューブを配向させる場合の移動速度としては、移動速度/移動回数が0.3μm/秒以下であることが好ましく、0.2μm/秒以下がより好ましく、例えば0.1μm/秒以下である。この移動速度は、分散液の自然蒸発によって液界面が基板上を移動する速度(例えば、湿度10~70RH、室温(23℃)において、約0.1~0.01μm/秒)にも依存するので、環境湿度等の条件との関係によって、移動速度を調整してもよい。本実施形態では、配向性の観点から、移動速度が0.3μm/秒以下である(移動回数が1回である)ことがより好ましい。
移動速度が低速である場合、カーボンナノチューブは、分散液液面でのコーヒーステイン現象によって基板上に堆積しながら接着するものと考えられる。ボロメータ膜(カーボンナノチューブ層)は、移動速度等の諸条件によって、基板上に1層の配向層として形成される場合もあるし、基板上に形成される非配向層(ネットワーク構造または配向度が低い層)と、その上に形成される配向層の2以上の層からなるボロメータ膜を形成することもできる。
Furthermore, the present inventors have made it possible to orient at least some of the carbon nanotubes approximately parallel to the liquid surface of the carbon nanotube dispersion (that is, approximately perpendicular to the direction of movement of the substrate) by further reducing the movement speed. We have found that it is possible to form a bolometer film while using this method.
As for the moving speed when aligning carbon nanotubes, the moving speed/number of movements is preferably 0.3 μm/sec or less, more preferably 0.2 μm/sec or less, for example, 0.1 μm/sec or less. This movement speed also depends on the speed at which the liquid interface moves on the substrate due to natural evaporation of the dispersion (e.g., approximately 0.1 to 0.01 μm/sec at humidity of 10 to 70 RH and room temperature (23°C)). Therefore, the moving speed may be adjusted depending on the relationship with conditions such as environmental humidity. In this embodiment, from the viewpoint of orientation, it is more preferable that the movement speed is 0.3 μm/sec or less (the number of times of movement is one).
When the moving speed is low, it is thought that the carbon nanotubes adhere to the substrate while being deposited on the substrate due to the coffee stain phenomenon at the liquid surface of the dispersion liquid. Depending on various conditions such as movement speed, the bolometer film (carbon nanotube layer) may be formed as a single oriented layer on the substrate, or it may be formed as a non-oriented layer (network structure or orientation layer) on the substrate. It is also possible to form a bolometer film consisting of two or more layers: a lower layer) and an alignment layer formed thereon.

基板を、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させる場合、例えば、カーボンナノチューブ分散液の液槽に基板を浸漬後、液槽中から基板を引き上げてもよい。あるいは、カーボンナノチューブ分散液の液槽の中に向けて、基板を押し下げてもよい。
基板を移動させる移動方法は、特に限定されず、手動で行ってもよいし、引いたり押したり等の移動ができる治具に設置し、基板がカーボンナノチューブ分散液の液面を通過するように一方向に移動させてもよい。移動させるための治具としては、ディップコーター(図6)、定速移動機等が挙げられるがこれに限定されない。
When the substrate is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion, for example, the substrate may be immersed in a liquid bath of the carbon nanotube dispersion and then pulled up from the liquid bath. Alternatively, the substrate may be pushed down into a bath of carbon nanotube dispersion.
The method of moving the substrate is not particularly limited, and it may be done manually, or it may be placed on a jig that can be moved by pulling or pushing, so that the substrate passes through the surface of the carbon nanotube dispersion liquid. It may be moved in one direction. Examples of the jig for moving include, but are not limited to, a dip coater (FIG. 6), a constant speed moving machine, and the like.

移動方法は、定速引き上げ方法が好ましい。定速で移動させることにより、均一な膜厚のボロメータ膜を形成することができる。また、電極壁に接する部分(領域B)は、膜形成面に対する移動速度が相対的に速くなるため、相対的に膜厚又は密度の低いボロメータ膜を形成することができる。また、本実施形態の方法では、電極と基板の接続部に分散液の液だまりができにくいため、ボロメータ膜が部分的に厚くなることを抑制できるという利点もある。
カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させる際の液面と基板の角度は特に限定されないが、液面に対して略垂直であることが好ましく、例えば完全な垂直から30°以下、好ましくは20°以下、例えば10°以下の範囲でずれた範囲が好ましく、垂直がさらに好ましい。
As for the moving method, a constant speed pulling method is preferable. By moving at a constant speed, a bolometer film with a uniform thickness can be formed. Furthermore, since the portion (region B) in contact with the electrode wall moves at a relatively high speed with respect to the film formation surface, a bolometer film with a relatively low thickness or density can be formed. Furthermore, the method of this embodiment has the advantage that it is possible to prevent the bolometer film from becoming thicker in some areas, since a pool of the dispersion liquid is less likely to form at the connection between the electrode and the substrate.
The angle between the liquid surface and the substrate when passing the carbon nanotube dispersion liquid is not particularly limited, but it is preferably approximately perpendicular to the liquid surface, for example, 30 degrees or less from perfect verticality, preferably 20 degrees. Hereinafter, it is preferable that the deviation be within a range of, for example, 10° or less, and it is more preferable that the deviation be perpendicular.

基板上に形成した電極と、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させる向きは、電極間を流れる電流と基板の移動方向が垂直になるように移動させてもよいし、電流が流れる向きと基板の移動方向が平行になるように移動させてもよい。いずれの場合でも、電極上面の領域Aと電極間の領域Cが、電極壁に接する領域Bで繋がれたボロメータ膜を形成することができる。また、配向膜を形成する場合は、カーボンナノチューブを電流が流れる向きと平行に配向させる、すなわち、電極間を流れる電流の向きと基板の移動方向が垂直になるように移動させることで、より高い低抵抗化効果を得ることができる。
なお、本明細書において、向きを表す用語「平行」および「垂直」には、「略平行」および「略垂直」がそれぞれ包含されうる。「略平行」および「略垂直」には、完全な「平行」および「垂直」から、30°以下、好ましくは20°以下、より好ましくは10°以下の範囲でずれた態様が含まれ得る。
The electrodes formed on the substrate and the liquid surface of the carbon nanotube dispersion may be moved in such a way that the current flowing between the electrodes is perpendicular to the direction of movement of the substrate, or the direction in which the current flows and the substrate The moving directions may be parallel to each other. In either case, a bolometer film can be formed in which region A on the upper surface of the electrode and region C between the electrodes are connected at region B in contact with the electrode wall. In addition, when forming an alignment film, it is possible to increase the height of A low resistance effect can be obtained.
Note that in this specification, the terms "parallel" and "perpendicular" expressing directions may include "substantially parallel" and "substantially perpendicular", respectively. "Substantially parallel" and "substantially perpendicular" may include aspects that are deviated from completely "parallel" and "perpendicular" by 30 degrees or less, preferably 20 degrees or less, more preferably 10 degrees or less.

上記のとおり、基板を、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させることにより分散液中のカーボンナノチューブを基板および電極上に付着させた後、必要により、水、エタノール、イソプロピルアルコールなどによる洗浄処理や熱処理により分散液中の界面活性剤や溶媒を除去することができる。熱処理の温度は界面活性剤の分解温度以上で適宜設定できるが、150~500℃が好ましく、160~500℃、例えば180~400℃がより好ましい。180℃以上であれば界面活性剤の分解物の残留を抑制し易いためより好ましい。また、500℃以下、例えば400℃以下であれば、基板や他の構成要素の変質を抑制することができるため好ましい。また、カーボンナノチューブの分解やサイズ変化、官能基の離脱等を抑制することができる。 As described above, after the carbon nanotubes in the dispersion are allowed to adhere to the substrate and electrodes by passing the substrate through the surface of the carbon nanotube dispersion, cleaning treatment with water, ethanol, isopropyl alcohol, etc. The surfactant and solvent in the dispersion can be removed by heat treatment. The temperature of the heat treatment can be set appropriately above the decomposition temperature of the surfactant, but is preferably 150 to 500°C, more preferably 160 to 500°C, for example 180 to 400°C. A temperature of 180° C. or higher is more preferable because it is easier to suppress the residual decomposition products of the surfactant. Further, if the temperature is 500° C. or lower, for example 400° C. or lower, deterioration of the substrate and other components can be suppressed, which is preferable. Further, it is possible to suppress decomposition and size change of carbon nanotubes, separation of functional groups, etc.

4.追加の工程
上記のように、表面に電極を形成した基板上にボロメータ膜を形成した後、所望により、保護膜や赤外線吸収構造を形成してもよい。これらの工程は、ボロメータの製造工程に用いられる工程を適宜制限なく適用することができる。
4. Additional Steps As described above, after forming the bolometer film on the substrate with electrodes formed on its surface, a protective film or an infrared absorbing structure may be formed, if desired. For these steps, the steps used in the manufacturing process of a bolometer can be applied without restriction as appropriate.

〔付記〕
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、本出願の開示事項は以下の付記に限定されない。
[Additional notes]
Although some or all of the above embodiments may be described as in the following additional notes, the disclosure of the present application is not limited to the following additional notes.

(付記1)
基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータであって、
ボロメータ膜は、2つの電極の上面の領域、2つの電極の電極壁に接する領域、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられ、
ボロメータ膜の電極壁に接する領域の面積密度が基板上の電極間の領域の面積密度以下、あるいは、ボロメータ膜の電極壁に接する領域の膜厚が基板上の電極間の領域の膜厚以下である、ボロメータ。
(付記2)
ボロメータ膜が、1層または2層以上の非配向のカーボンナノチューブ層からなる、付記1に記載のボロメータ。
(付記3)
ボロメータ膜が、2層以上の非配向のカーボンナノチューブ層からなり、その少なくとも1層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている、付記2に記載のボロメータ。
(付記4)
ボロメータ膜が、少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層を含む、付記1に記載のボロメータ。
(付記5)
配向層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている、付記4に記載のボロメータ。
(付記6)
ボロメータ膜が、
少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層と、
カーボンナノチューブが異なる方向を向いている非配向層、
の2層を含み、
少なくとも配向層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている、付記4に記載のボロメータ。
(付記7)
ボロメータ膜の電極壁に接する領域の面積密度が基板上の電極間の領域の面積密度の90%以下、あるいは、ボロメータ膜の電極壁に接する領域の膜厚が基板上の電極間の領域の膜厚の90%以下である、付記1~6のいずれかに記載のボロメータ。
(付記8)
電極の厚みが50nm以上である、付記1~7のいずれかに記載のボロメータ。
(付記9)
ボロメータ膜が、半導体型カーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの総量の90質量%以上含む、付記1~8のいずれかに記載のボロメータ。
(付記10)
基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータの製造方法であって、
表面に電極を形成した基板を、移動速度/移動回数が5μm/秒以下となる移動速度で、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させ、それにより、ボロメータ膜を、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成する工程を含む、製造方法。
(付記11)
移動速度が5μm/秒以下である、付記10に記載の製造方法。
(付記12)
1層または2層以上の非配向のカーボンナノチューブ層からなるボロメータ膜が形成される、付記10に記載の製造方法。
(付記13)
2層以上の非配向のカーボンナノチューブ層からなるボロメータ膜が形成され、その少なくとも1層が2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成される、付記12に記載の製造方法。
(付記14)
表面に電極を形成した基板を、移動速度/回数が0.3μm/秒以下となる移動速度で、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させ、それにより、少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層を含むボロメータ膜を、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成する工程を含む、付記10に記載の製造方法。
(付記15)
表面に電極を形成した基板を、定速引き上げ方法を用いて移動させる、付記10~14のいずれかに記載の製造方法。
(付記16)
カーボンナノチューブ分散液を調製する工程を含み、
カーボンナノチューブ分散液を調製する工程が、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの混合物の分散液を無担体電気泳動に供して、半導体型カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ分散液を調製する工程を含む、付記10~15のいずれかに記載の製造方法。
(付記17)
カーボンナノチューブ分散液が、半導体型カーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの総量の90質量%以上含む、付記10~16のいずれかに記載の製造方法。
(Additional note 1)
A bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes,
The bolometer film is provided to connect the upper surface area of the two electrodes, the area in contact with the electrode wall of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate,
The area density of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the area density of the region between the electrodes on the substrate, or the film thickness of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the film thickness of the region between the electrodes on the substrate. Yes, a bolometer.
(Additional note 2)
The bolometer according to supplementary note 1, wherein the bolometer film consists of one or more non-oriented carbon nanotube layers.
(Appendix 3)
The bolometer film is composed of two or more non-oriented carbon nanotube layers, and at least one layer connects the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate. The bolometer according to appendix 2, which is provided.
(Additional note 4)
The bolometer according to supplementary note 1, wherein the bolometer film includes an alignment layer in which at least some of the carbon nanotubes are aligned.
(Appendix 5)
The bolometer according to appendix 4, wherein the alignment layer is provided so as to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate.
(Appendix 6)
The bolometer membrane is
an orientation layer in which at least some of the carbon nanotubes are oriented;
a non-oriented layer in which the carbon nanotubes are oriented in different directions;
including two layers of
The bolometer according to appendix 4, wherein at least the alignment layer is provided to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate.
(Appendix 7)
The area density of the area of the bolometer film in contact with the electrode wall is 90% or less of the area density of the area between the electrodes on the substrate, or the film thickness of the area of the bolometer film in contact with the electrode wall is the film in the area between the electrodes on the substrate. The bolometer according to any one of appendices 1 to 6, which has a thickness of 90% or less.
(Appendix 8)
The bolometer according to any one of appendices 1 to 7, wherein the electrode has a thickness of 50 nm or more.
(Appendix 9)
The bolometer according to any one of appendices 1 to 8, wherein the bolometer film contains semiconducting carbon nanotubes in an amount of 90% by mass or more based on the total amount of carbon nanotubes.
(Appendix 10)
A method for manufacturing a bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes, the method comprising:
The substrate with electrodes formed on its surface is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion liquid at a movement speed/number of movements of 5 μm/sec or less. A manufacturing method comprising the step of forming an electrode wall of two electrodes and a region between two electrodes on a substrate so as to connect them.
(Appendix 11)
The manufacturing method according to appendix 10, wherein the moving speed is 5 μm/sec or less.
(Appendix 12)
The manufacturing method according to appendix 10, wherein a bolometer film consisting of one or more non-oriented carbon nanotube layers is formed.
(Appendix 13)
A bolometer film consisting of two or more non-oriented carbon nanotube layers is formed, with at least one layer connecting the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate. The manufacturing method according to appendix 12, wherein the manufacturing method is formed.
(Appendix 14)
A substrate with electrodes formed on its surface is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion at a movement speed/number of times of movement of 0.3 μm/sec or less, whereby at least some of the carbon nanotubes are oriented. The manufacturing method according to appendix 10, comprising the step of forming a bolometer film including a layer so as to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate.
(Additional note 15)
15. The manufacturing method according to any one of appendices 10 to 14, wherein the substrate having an electrode formed on its surface is moved using a constant speed pulling method.
(Appendix 16)
comprising a step of preparing a carbon nanotube dispersion,
The step of preparing a carbon nanotube dispersion includes the step of subjecting a dispersion of a mixture of metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes to carrier-free electrophoresis to prepare a carbon nanotube dispersion containing semiconducting carbon nanotubes. The manufacturing method according to any one of Supplementary Notes 10 to 15.
(Appendix 17)
17. The manufacturing method according to any one of appendices 10 to 16, wherein the carbon nanotube dispersion liquid contains semiconducting carbon nanotubes in an amount of 90% by mass or more based on the total amount of carbon nanotubes.

以下、実施例によりさらに詳しく本発明について例示説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be illustrated in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
工程1:カーボンナノチューブ分散液の調製
単層カーボンナノチューブ((株)名城ナノカーボン、EC1.0(直径:1.1~1.5nm程度、平均直径1.2nm)100mgを石英ボートに入れ、真空雰囲気下で電気炉を使った熱処理を行った。熱処理は、温度は900℃で、時間は2時間で行った。熱処理後の重さは、80mgに減少し、表面官能基や不純物が除去されていることが分かった。得られた単層カーボンナノチューブをピンセットで破砕後、12mgを1wt%の界面活性剤(ポリオキシエチレン(100)ステアリルエーテル)水溶液40mlに浸漬させ、十分に沈めた後、超音波分散処理(BRANSON ADVANCED-DIGITAL SONIFIER装置、出力50W)を3時間行った。これにより、溶液内にカーボンナノチューブの凝集物がなくなった。この操作により、バンドルや残留触媒等を除去し、カーボンナノチューブ分散液を得た。カーボンナノチューブの長さ及び直径を観察するために、この分散液をSiO基板上に塗布し、100℃で乾燥後、原子間力顕微鏡(AFM)観察を行った。その結果、単層カーボンナノチューブは、その70%が長さ500nm~3μmの範囲にあり、その平均の長さがおよそ800nmであることが分かった。
上記により得られたカーボンナノチューブ分散液を、二重管構造の分離装置に導入した。二重管の外側管に水約15ml、カーボンナノチューブ分散液約70ml、2wt%界面活性剤水溶液約10mlを入れ、内側管にも2wt%界面活性剤水溶液約20mlを入れた。その後、内側管の下側のふたを開けることで界面活性剤の濃度が異なる3層構造ができた。内側管の下側を陽極、外側管の上側を陰極として、200Vの電圧をかけることで、半導体型カーボンナノチューブが陽極側に移動した。一方、金属型カーボンナノチューブは陰極側に移動した。半導体型および金属型カーボンナノチューブの分離は、分離開始から約80時間後にきれいに分離した。分離工程は室温(約25℃)で実施した。陽極側に移動した半導体型カーボンナノチューブ分散液を回収し、光吸収スペクトルで分析したところ、金属型カーボンナノチューブの成分が除去されていることが分かった。また、ラマンスペクトルから、陽極側に移動したカーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブの99wt%が半導体カーボンナノチューブであった。単層カーボンナノチューブの直径は、約1.2nmが最も多く(70%以上)、平均直径は1.2nmであった。
上記半導体型カーボンナノチューブを99wt%含むカーボンナノチューブ分散液(陽極側に移動したカーボンナノチューブ分散液)から界面活性剤を一部除去し、界面活性剤の濃度を0.05wt%にした。その後、分散液中のカーボンナノチューブの濃度が0.01wt%になるようにカーボンナノチューブ分散液A(分散液Aと記載)を調整した。この分散液Aをカーボンナノチューブ層の形成に用いた。
(Example 1)
Step 1: Preparation of carbon nanotube dispersion 100 mg of single-walled carbon nanotubes (Meijo Nano Carbon Co., Ltd., EC1.0 (diameter: about 1.1 to 1.5 nm, average diameter 1.2 nm) were placed in a quartz boat, and vacuum Heat treatment was performed using an electric furnace in an atmosphere.The heat treatment was performed at a temperature of 900°C for 2 hours.The weight after heat treatment was reduced to 80 mg, and surface functional groups and impurities were removed. After crushing the obtained single-walled carbon nanotubes with tweezers, 12 mg was immersed in 40 ml of a 1 wt% surfactant (polyoxyethylene (100) stearyl ether) aqueous solution, and after being sufficiently submerged, Ultrasonic dispersion treatment (BRANSON ADVANCED-DIGITAL SONIFIER device, output 50 W) was performed for 3 hours. As a result, there were no aggregates of carbon nanotubes in the solution. Through this operation, bundles, residual catalyst, etc. were removed, and carbon A nanotube dispersion was obtained. In order to observe the length and diameter of the carbon nanotubes, this dispersion was applied onto a SiO 2 substrate, dried at 100° C., and then observed using an atomic force microscope (AFM). As a result, it was found that 70% of the single-walled carbon nanotubes had a length in the range of 500 nm to 3 μm, and the average length was approximately 800 nm.
The carbon nanotube dispersion obtained above was introduced into a separation device having a double tube structure. About 15 ml of water, about 70 ml of carbon nanotube dispersion, and about 10 ml of a 2 wt % aqueous surfactant solution were put into the outer tube of the double tube, and about 20 ml of a 2 wt % aqueous surfactant solution was also put into the inner tube. Then, by opening the lower lid of the inner tube, a three-layer structure with different surfactant concentrations was created. By applying a voltage of 200 V using the lower side of the inner tube as an anode and the upper side of the outer tube as a cathode, the semiconducting carbon nanotubes moved to the anode side. On the other hand, the metallic carbon nanotubes moved toward the cathode. Semiconductor-type and metallic-type carbon nanotubes were clearly separated about 80 hours after the start of separation. The separation step was performed at room temperature (approximately 25°C). When the semiconducting carbon nanotube dispersion liquid that had moved to the anode side was recovered and analyzed by optical absorption spectroscopy, it was found that the metallic carbon nanotube component had been removed. Moreover, from the Raman spectrum, 99 wt % of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion liquid that moved to the anode side were semiconductor carbon nanotubes. The diameter of the single-walled carbon nanotubes was approximately 1.2 nm in most cases (more than 70%), and the average diameter was 1.2 nm.
A portion of the surfactant was removed from the carbon nanotube dispersion containing 99 wt % of the semiconducting carbon nanotubes (the carbon nanotube dispersion that had moved to the anode side), so that the concentration of the surfactant was 0.05 wt %. Thereafter, carbon nanotube dispersion A (referred to as dispersion A) was adjusted so that the concentration of carbon nanotubes in the dispersion was 0.01 wt%. This dispersion liquid A was used to form a carbon nanotube layer.

工程2:電極の形成
表面にSiOが形成されたSi基板を酸素プラズマ処理してから、フォトレジストを塗布し、電極間が100μmになるように電極のパターニングを行った。電極はE-gun蒸着により、第1電極及び第2電極共にTiを5nm厚、Auを100nm厚で蒸着形成し、レジストのリフトオフを行った。
この電極付き基板をアセトン、イソプロピルアルコール、水により順に洗浄し、酸素プラズマ処理で表面の有機物を除去した。基板を、0.1体積%のAPTES水溶液中に基板を30分浸漬し、水洗後、乾燥した。
Step 2: Formation of Electrodes The Si substrate on which SiO 2 was formed was subjected to oxygen plasma treatment, then a photoresist was applied, and the electrodes were patterned so that the distance between the electrodes was 100 μm. For the electrodes, Ti was deposited to a thickness of 5 nm and Au to a thickness of 100 nm for both the first and second electrodes by E-gun deposition, and the resist was lifted off.
This substrate with electrodes was sequentially washed with acetone, isopropyl alcohol, and water, and organic matter on the surface was removed by oxygen plasma treatment. The substrate was immersed in a 0.1% by volume APTES aqueous solution for 30 minutes, washed with water, and then dried.

工程3:ボロメータ膜の形成
工程2で作製した表面に電極が形成された基板を、移動方向が電極対に電流が流れる方向に垂直になるようにディップコーターに固定し、電極部分を工程1で調製したカーボンナノチューブ分散液Aの液槽に浸漬後、4μm/秒の速度で垂直に引き上げる操作を1回行った。水とイソプロピルアルコールで洗浄後、乾燥し、大気中において200℃で加熱し、非イオン性界面活性剤等を除去した。
Step 3: Formation of bolometer film The substrate with electrodes formed on the surface prepared in Step 2 is fixed to a dip coater so that the direction of movement is perpendicular to the direction in which current flows through the electrode pair, and the electrode portion is formed in Step 1. After being immersed in a liquid bath of the prepared carbon nanotube dispersion A, an operation of vertically pulling it up at a speed of 4 μm/sec was performed once. After washing with water and isopropyl alcohol, it was dried and heated in the atmosphere at 200°C to remove nonionic surfactants and the like.

(実施例2~4)
カーボンナノチューブ分散液Aから、基板を引き上げる操作を、表1に記載の移動速度および移動回数で行った以外は、実施例1と同様にして、ボロメータ膜を形成した。実施例4は、基板を液槽に浸漬し10μm/秒の速度で引き上げる操作を5回繰り返した。
結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4)
A bolometer film was formed in the same manner as in Example 1, except that the operation of pulling up the substrate from the carbon nanotube dispersion liquid A was carried out at the movement speed and number of movements listed in Table 1. In Example 4, the operation of immersing the substrate in a liquid bath and pulling it up at a speed of 10 μm/sec was repeated five times.
The results are shown in Table 1.

(実施例5)
工程3において、基板を、移動方向が電極対に電流が流れる方向に平行になるようにディップコーターに固定し、基板を引き上げる操作を、0.1μm/秒で1回行った以外は、実施例1と同様にして、ボロメータ膜を形成した。
(Example 5)
In step 3, the substrate was fixed to a dip coater so that the direction of movement was parallel to the direction in which current flows through the electrode pair, and the operation of pulling the substrate up was performed once at 0.1 μm/sec. A bolometer film was formed in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
工程3において、基板を、移動方向が電極対に電流が流れる方向に垂直になるようにディップコーターに固定し、基板を引き上げる操作を、0.1μm/秒で1回行った以外は、実施例1と同様にして、ボロメータ膜を形成した。
(Example 6)
In step 3, the substrate was fixed to a dip coater so that the direction of movement was perpendicular to the direction in which current flows through the electrode pair, and the operation of lifting the substrate was performed once at 0.1 μm/sec. A bolometer film was formed in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
工程3において、基板を、移動方向が電極対に電流が流れる方向に垂直になるようにディップコーターに固定し、基板を引き上げる操作を、0.4μm/秒で1回行った以外は、実施例1と同様にして、ボロメータ膜を形成した。
(Example 7)
In step 3, the substrate was fixed to a dip coater so that the direction of movement was perpendicular to the direction in which current flows through the electrode pair, and the operation of pulling up the substrate was performed once at 0.4 μm/sec. A bolometer film was formed in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
工程1、2は実施例1と同様の操作を行った。工程3において、APTES付着基板上に、CNT分散液A約100μLを基板に滴下し、基板全面に分散液を広げ、30分静置した。水とイソプロピルアルコールで洗浄後、乾燥し、大気中において200℃で加熱し、非イオン性界面活性剤等を除去した。
基板上をSEM観察すると、カーボンナノチューブがランダムなネットワーク状に付着していた。カーボンナノチューブ層の厚みは、SEM観察から見積もった結果、平均約10nmであった。
(Comparative example 1)
Steps 1 and 2 were performed in the same manner as in Example 1. In step 3, about 100 μL of CNT dispersion liquid A was dropped onto the APTES-attached substrate, the dispersion liquid was spread over the entire surface of the substrate, and the mixture was left standing for 30 minutes. After washing with water and isopropyl alcohol, it was dried and heated in the atmosphere at 200°C to remove nonionic surfactants and the like.
SEM observation of the substrate revealed that carbon nanotubes were attached in a random network. The thickness of the carbon nanotube layer was estimated from SEM observation to be about 10 nm on average.

(比較例2)
工程3において、APTES付着基板上に、CNT分散液A約100μLを基板に滴下し、基板全面に分散液を広げ、30分静置し、液を捨てて乾燥し、その上に、再度CNT分散液A約100μLを基板に滴下し、基板全面に分散液を広げ、30分静置してから水とイソプロピルアルコールで洗浄したこと以外は、比較例1と同様に、ボロメータ膜を形成した。
基板上をSEM観察すると、カーボンナノチューブがランダムなネットワーク状に付着していた。カーボンナノチューブ層の厚みは、SEM観察から見積もった結果、平均約30nmであった。
(Comparative example 2)
In step 3, approximately 100 μL of CNT dispersion liquid A is dropped onto the APTES-attached substrate, the dispersion liquid is spread over the entire surface of the substrate, it is left standing for 30 minutes, the liquid is discarded and dried, and the CNT dispersion liquid is again dispersed on top of the substrate. A bolometer film was formed in the same manner as in Comparative Example 1, except that about 100 μL of Solution A was dropped onto the substrate, the dispersion was spread over the entire surface of the substrate, and the dispersion was allowed to stand for 30 minutes, followed by washing with water and isopropyl alcohol.
SEM observation of the substrate revealed that carbon nanotubes were attached in a random network. The thickness of the carbon nanotube layer was estimated from SEM observation to be about 30 nm on average.

(比較例3~5)
カーボンナノチューブ分散液Aから、基板を引き上げる操作を、表1に記載の移動速度および移動回数で行った以外は、実施例1と同様にして、ボロメータ膜を形成した。
(Comparative Examples 3 to 5)
A bolometer film was formed in the same manner as in Example 1, except that the operation of pulling up the substrate from the carbon nanotube dispersion liquid A was carried out at the movement speed and number of movements listed in Table 1.

結果
作製したボロメータについて、カーボンナノチューブ層の繋がり、カーボンナノチューブ層(電極間)の膜厚、カーボンナノチューブ層の面積密度比、3Vにおける抵抗の結果を表1に示す。
Results Table 1 shows the results of the connection of carbon nanotube layers, the thickness of the carbon nanotube layer (between electrodes), the area density ratio of the carbon nanotube layer, and the resistance at 3V for the produced bolometer.

カーボンナノチューブ層の面積密度比は下記の方法で算出した。
(1)カーボンナノチューブ占有率の算出
形成されたカーボンナノチューブ層の基板上(電極間)の領域と電極壁に接する領域のそれぞれについて、ランダムな10点(視野100nm×1μm)のSEM画像において、画像解析ソフト「WinROOF」を用いて、カーボンナノチューブが存在する部分と、カーボンナノチューブが存在しない隙間の部分を切り出し、カーボンナノチューブ占有率を、
[カーボンナノチューブ占有率=カーボンナノチューブが存在する部分の面積/(カーボンナノチューブが存在する部分の面積+カーボンナノチューブが存在しない隙間の部分の面積)]
として算出した。
(2)面積密度比の算出
面積密度比を、
[電極壁に接する領域のカーボンナノチューブ占有率/基板上(電極間)の領域のカーボンナノチューブ占有率]
として算出した。
The area density ratio of the carbon nanotube layer was calculated by the following method.
(1) Calculation of carbon nanotube occupancy rate In the SEM images of 10 random points (field of view 100 nm x 1 μm) for each of the region of the formed carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and the region in contact with the electrode wall, Using the analysis software "WinROOF", we cut out the part where carbon nanotubes exist and the gap part where there are no carbon nanotubes, and calculated the carbon nanotube occupancy rate.
[Carbon nanotube occupancy rate = Area of the part where carbon nanotubes exist/(Area of the part where carbon nanotubes exist + Area of the gap where carbon nanotubes do not exist)]
It was calculated as
(2) Calculation of area density ratio The area density ratio is
[Carbon nanotube occupancy rate in the area in contact with the electrode wall/carbon nanotube occupancy rate in the area on the substrate (between the electrodes)]
It was calculated as

(実施例1~4および比較例1~2の評価)
表1に示すとおり、実施例1~4のボロメータでは、比較例1~2のボロメータと比較して、顕著な低抵抗化効果が観察された。
実施例1~4のボロメータ膜は、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が、電極壁に接するカーボンナノチューブ層で接続されていることが確認された(図7)。また、面積密度比はいずれも100%未満であり、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層に対して、電極壁のカーボンナノチューブ層の密度が小さいことが確認された。
一方、比較例1~2のボロメータ膜は、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が接続していなかった。
また、比較例1と比較例2を比較すると、比較例2の方が、カーボンナノチューブ層が厚く電極との接触面積も大きいが、高抵抗となった。これは、比較例1のようにカーボンナノチューブ層の厚みが適度に薄い方が界面活性剤の除去を完全に行うことができるため低抵抗となることを示唆する結果である。
これらの結果から、実施例1~4では、基板上と電極上面のカーボンナノチューブが接続しており、かつ、ボロメータ膜に厚い部分がないことで、比較例1~2に比較して、優れた低抵抗化効果が得られたものと考えられる。
(Evaluation of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2)
As shown in Table 1, in the bolometers of Examples 1 to 4, a remarkable effect of lowering the resistance was observed compared to the bolometers of Comparative Examples 1 and 2.
In the bolometer films of Examples 1 to 4, it was confirmed that the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and the carbon nanotube layer on the top surface of the electrode were connected by the carbon nanotube layer in contact with the electrode wall (Figure 7). . Further, the area density ratios were all less than 100%, and it was confirmed that the density of the carbon nanotube layer on the electrode wall was lower than that of the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes).
On the other hand, in the bolometer films of Comparative Examples 1 and 2, the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and the carbon nanotube layer on the top surface of the electrodes were not connected.
Further, when Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were compared, Comparative Example 2 had a thicker carbon nanotube layer and a larger contact area with the electrode, but had higher resistance. This result suggests that when the thickness of the carbon nanotube layer is appropriately thin as in Comparative Example 1, the surfactant can be completely removed, resulting in lower resistance.
From these results, Examples 1 to 4 are superior to Comparative Examples 1 to 2 because the carbon nanotubes on the substrate and the top surface of the electrode are connected and there is no thick part in the bolometer film. It is thought that the effect of lowering resistance was obtained.

(実施例1~4および比較例3~5の評価)
比較例3~5のボロメータは、実施例1~4と同様の引き上げ方でボロメータ膜を形成したが、移動速度が速かったために、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が接続しなかった。このため、実施例1~4と比較して、高抵抗となった。
(Evaluation of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 3 to 5)
In the bolometers of Comparative Examples 3 to 5, bolometer films were formed using the same pulling method as in Examples 1 to 4, but because the moving speed was fast, the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and the carbon nanotubes on the top surface of the electrodes were separated. Layers did not connect. Therefore, the resistance was higher than that in Examples 1 to 4.

(実施例5~7の評価)
実施例5~6では、基板の移動速度を低速にすることで、カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ分散液の液面に平行な方向に配向したボロメータ膜を作製することができた(図8)。SEM画像を二次元フーリエ変換処理し(図9)、中心から一方向に周波数-1μm-1から+1μm-1までの振幅の積算値fを算出し、前記積算値fが最大となる方向xに関する積算値をfx、方向xに対して垂直である方向yに関する積算値をfyとしたとき、fx/fyを算出すると、実施例5は1.8、実施例6は2.0であった。
カーボンナノチューブを電極と平行(電流が流れる向きと垂直)に配向させた実施例6では、実施例1~4のボロメータと同等の低抵抗化効果が得られた。また、カーボンナノチューブを電極と垂直(電流が流れる向きと平行)に配向させた実施例6では、実施例5に比べてさらなる低抵抗化効果を実現できた。
また、実施例5~6で得られたカーボンナノチューブ配向膜はいずれも、図10に示すように上部層が配向層、基板に近い下部層はネットワーク状の非配向層の2層構造であり、基板上(電極間)のカーボンナノチューブと電極上面のカーボンナノチューブが、電極壁に接するカーボンナノチューブが上部層で接続されていることが分かった(図8、図9および図10は実施例6の結果である)。
実施例7では、基板の移動速度を実施例5~6より僅かに高速にすることで、2層構造であるがどちらの層も非配向であるカーボンナノチューブ膜を作製することができた。この2層構造の非配向膜は、上部層が、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が、電極壁に接するカーボンナノチューブ層で接続されていることが確認された(図11)。実施例7の非配向膜も実施例1~4のボロメータと同等の低抵抗化効果が得られた。
(Evaluation of Examples 5 to 7)
In Examples 5 and 6, by reducing the moving speed of the substrate, it was possible to create a bolometer film in which carbon nanotubes were oriented in a direction parallel to the liquid surface of the carbon nanotube dispersion (FIG. 8). The SEM image is subjected to two-dimensional Fourier transform processing (Fig. 9), and the integrated value f of the amplitude from frequency -1 μm -1 to +1 μm -1 in one direction from the center is calculated, and the integrated value f is calculated in relation to the direction x where the integrated value f is maximum. When the integrated value is fx and the integrated value in the direction y perpendicular to the direction x is fy, fx/fy was calculated to be 1.8 in Example 5 and 2.0 in Example 6.
In Example 6, in which the carbon nanotubes were oriented parallel to the electrodes (perpendicular to the direction of current flow), a resistance reduction effect equivalent to that of the bolometers of Examples 1 to 4 was obtained. Further, in Example 6, in which the carbon nanotubes were oriented perpendicular to the electrodes (parallel to the direction in which the current flows), a further lower resistance effect than in Example 5 was achieved.
In addition, all of the carbon nanotube alignment films obtained in Examples 5 and 6 had a two-layer structure, as shown in FIG. 10, with the upper layer being an alignment layer and the lower layer close to the substrate being a network-like non-alignment layer. It was found that the carbon nanotubes on the substrate (between the electrodes) and the carbon nanotubes on the top surface of the electrode were connected in the upper layer with the carbon nanotubes in contact with the electrode wall (Figures 8, 9, and 10 show the results of Example 6). ).
In Example 7, by making the moving speed of the substrate slightly higher than in Examples 5 and 6, it was possible to produce a carbon nanotube film having a two-layer structure, but in which both layers were non-oriented. It was confirmed that the upper layer of this two-layer non-oriented film has a carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and a carbon nanotube layer on the top surface of the electrode, which are connected by a carbon nanotube layer in contact with the electrode wall. (Figure 11). The non-oriented film of Example 7 also had the same resistance reduction effect as the bolometers of Examples 1 to 4.

Figure 2024032646000002
Figure 2024032646000002

(実施例8)
工程1:カーボンナノチューブ分散液の調製
実施例1と同様にして、分散液中のカーボンナノチューブの濃度が0.01wt%になるようにカーボンナノチューブ分散液A(分散液Aと記載)を調整した。この分散液Aをカーボンナノチューブ層の形成に用いた。
(Example 8)
Step 1: Preparation of carbon nanotube dispersion In the same manner as in Example 1, carbon nanotube dispersion A (described as dispersion A) was prepared so that the concentration of carbon nanotubes in the dispersion was 0.01 wt%. This dispersion liquid A was used to form a carbon nanotube layer.

工程2:電極の形成
表面にSiOが形成されたSi基板を酸素プラズマ処理してから、フォトレジストを塗布し、電極間が100μmになるように電極のパターニングを行った。電極はE-gun蒸着により、第1電極及び第2電極共にTiを5nm厚、Auを100nm厚で蒸着形成し、レジストのリフトオフを行った。
この電極付き基板をアセトン、イソプロピルアルコール、水により順に洗浄し、酸素プラズマ処理で表面の有機物を除去した。
Step 2: Formation of Electrodes The Si substrate on which SiO 2 was formed was subjected to oxygen plasma treatment, then a photoresist was applied, and the electrodes were patterned so that the distance between the electrodes was 100 μm. For the electrodes, Ti was deposited to a thickness of 5 nm and Au to a thickness of 100 nm for both the first and second electrodes by E-gun deposition, and the resist was lifted off.
This substrate with electrodes was sequentially washed with acetone, isopropyl alcohol, and water, and organic matter on the surface was removed by oxygen plasma treatment.

工程3:ボロメータ膜の形成
工程2で作製した表面に電極が形成された基板を、移動方向が電極対に電流が流れる方向に垂直になるようにディップコーターに固定し、電極部分を工程1で調製したカーボンナノチューブ分散液Aの液槽に浸漬後、0.1μm/秒の速度で垂直に引き上げる操作を1回行った。水とイソプロピルアルコールで洗浄後、乾燥し、大気中において200℃で加熱し、非イオン性界面活性剤等を除去した。
Step 3: Formation of bolometer film The substrate with electrodes formed on the surface prepared in Step 2 is fixed to a dip coater so that the direction of movement is perpendicular to the direction in which current flows through the electrode pair, and the electrode portion is formed in Step 1. After being immersed in a liquid bath of the prepared carbon nanotube dispersion A, an operation of vertically pulling it up at a speed of 0.1 μm/sec was performed once. After washing with water and isopropyl alcohol, it was dried and heated in the atmosphere at 200°C to remove nonionic surfactants and the like.

(比較例6)
工程1、2は実施例8と同様の操作を行った。工程3において、基板上に、カーボンナノチューブ分散液A約100μLを基板に滴下し、基板全面に分散液を広げ、30分静置した。水とイソプロピルアルコールで洗浄後、乾燥し、大気中において200℃で加熱し、非イオン性界面活性剤等を除去した。
(Comparative example 6)
Steps 1 and 2 were performed in the same manner as in Example 8. In step 3, approximately 100 μL of carbon nanotube dispersion A was dropped onto the substrate, the dispersion was spread over the entire surface of the substrate, and the dispersion was left standing for 30 minutes. After washing with water and isopropyl alcohol, it was dried and heated in the atmosphere at 200°C to remove nonionic surfactants and the like.

結果
作製したボロメータについて、カーボンナノチューブ層の繋がり、カーボンナノチューブ層(電極間)の膜厚、カーボンナノチューブ層の面積密度比、3Vにおける抵抗の結果を表2に示す。
Results Table 2 shows the results of the connection of the carbon nanotube layers, the thickness of the carbon nanotube layer (between the electrodes), the area density ratio of the carbon nanotube layers, and the resistance at 3V for the produced bolometer.

Figure 2024032646000003
Figure 2024032646000003

(実施例8および比較例6の評価)
表2に示すとおり、実施例8のボロメータでは、比較例6のボロメータと比較して、顕著な低抵抗化効果が観察された。
実施例8のボロメータ膜は、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が、電極壁に接するカーボンナノチューブ層で接続されていることが確認された。実施例8では、APTES層等の中間層を作製せず、且つ、基板の移動速度を低速にすることで、基板に近い下部層及び上部層の両方において、カーボンナノチューブが電流の向きに平行に配向していた(図12)。
一方、比較例6のボロメータ膜では、ランダムなネットワーク状のカーボンナノチューブが基板上にわずかにしか付着しておらず、基板上(電極間)のカーボンナノチューブ層と電極上面のカーボンナノチューブ層が接続していなかった。
これらの結果から、実施例8では、カーボンナノチューブ層が配向層であり、且つ、基板上と電極上面のカーボンナノチューブが接続しているため、比較例6と比較して優れた低抵抗化効果が得られたものと考えられる。
(Evaluation of Example 8 and Comparative Example 6)
As shown in Table 2, a significant resistance reduction effect was observed in the bolometer of Example 8 compared to the bolometer of Comparative Example 6.
In the bolometer film of Example 8, it was confirmed that the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) and the carbon nanotube layer on the upper surface of the electrode were connected by the carbon nanotube layer in contact with the electrode wall. In Example 8, by not creating an intermediate layer such as an APTES layer and by slowing down the moving speed of the substrate, carbon nanotubes were arranged parallel to the direction of the current in both the lower layer and the upper layer near the substrate. It was oriented (Fig. 12).
On the other hand, in the bolometer film of Comparative Example 6, carbon nanotubes in a random network form were only slightly attached to the substrate, and the carbon nanotube layer on the substrate (between the electrodes) was connected to the carbon nanotube layer on the top surface of the electrodes. It wasn't.
From these results, in Example 8, the carbon nanotube layer is an alignment layer, and the carbon nanotubes on the substrate and the top surface of the electrode are connected, so it has a superior resistance reduction effect compared to Comparative Example 6. This is considered to have been obtained.

1 基板
2 第1電極
3 ボロメータ膜
4 第2電極
5 電極上CNT膜
6 電極間CNT膜
7 電極
1 Substrate 2 First electrode 3 Bolometer film 4 Second electrode 5 CNT film on electrode 6 CNT film between electrodes 7 Electrode

Claims (10)

基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータであって、
ボロメータ膜は、2つの電極の上面の領域、2つの電極の電極壁に接する領域、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられ、
ボロメータ膜の電極壁に接する領域の面積密度が基板上の電極間の領域の面積密度以下、あるいは、ボロメータ膜の電極壁に接する領域の膜厚が基板上の電極間の領域の膜厚以下である、ボロメータ。
A bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes,
The bolometer film is provided to connect the upper surface area of the two electrodes, the area in contact with the electrode wall of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate,
The area density of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the area density of the region between the electrodes on the substrate, or the film thickness of the region of the bolometer film in contact with the electrode wall is less than or equal to the film thickness of the region between the electrodes on the substrate. Yes, a bolometer.
ボロメータ膜が、1層または2層以上の非配向のカーボンナノチューブ層からなる、請求項1に記載のボロメータ。 The bolometer according to claim 1, wherein the bolometer film consists of one or more non-oriented carbon nanotube layers. ボロメータ膜が、少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層を含む、請求項1に記載のボロメータ。 The bolometer according to claim 1, wherein the bolometer film includes an orientation layer in which at least some of the carbon nanotubes are oriented. 配向層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている、請求項3に記載のボロメータ。 4. The bolometer according to claim 3, wherein the alignment layer is provided to connect the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the area between the two electrodes on the substrate. ボロメータ膜が、
少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層と、
カーボンナノチューブが異なる方向を向いている非配向層、
の2層を含み、
少なくとも配向層が、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように設けられている、請求項3に記載のボロメータ。
The bolometer membrane is
an orientation layer in which at least some of the carbon nanotubes are oriented;
a non-oriented layer in which the carbon nanotubes are oriented in different directions;
including two layers of
The bolometer according to claim 3, wherein at least the alignment layer is provided to connect the top surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate.
ボロメータ膜の電極壁に接する領域の面積密度が基板上の電極間の領域の面積密度の90%以下、あるいは、ボロメータ膜の電極壁に接する領域の膜厚が基板上の電極間の領域の膜厚の90%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のボロメータ。 The area density of the area of the bolometer film in contact with the electrode wall is 90% or less of the area density of the area between the electrodes on the substrate, or the film thickness of the area of the bolometer film in contact with the electrode wall is the film in the area between the electrodes on the substrate. The bolometer according to any one of claims 1 to 3, having a thickness of 90% or less. 基板上に設けられた2つの電極と、カーボンナノチューブを含むボロメータ膜とを備えるボロメータの製造方法であって、
表面に電極を形成した基板を、移動速度/移動回数が5μm/秒以下となる移動速度で、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させ、それにより、ボロメータ膜を、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成する工程を含む、製造方法。
A method for manufacturing a bolometer comprising two electrodes provided on a substrate and a bolometer film containing carbon nanotubes, the method comprising:
The substrate with electrodes formed on its surface is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion liquid at a movement speed/number of movements of 5 μm/sec or less. A manufacturing method comprising the step of forming an electrode wall of two electrodes and a region between two electrodes on a substrate so as to connect them.
表面に電極を形成した基板を、移動速度/回数が0.3μm/秒以下となる移動速度で、カーボンナノチューブ分散液の液面を通過させ、それにより、少なくとも一部のカーボンナノチューブが配向した配向層を含むボロメータ膜を、2つの電極の上面、2つの電極の電極壁、および基板上の2つの電極間の領域を繋ぐように形成する工程を含む、請求項7に記載の製造方法。 A substrate having an electrode formed on its surface is passed through the liquid surface of the carbon nanotube dispersion at a movement speed/number of times of movement of 0.3 μm/sec or less, whereby at least some of the carbon nanotubes are oriented. 8. The manufacturing method according to claim 7, comprising forming a bolometer film including a layer to connect the upper surfaces of the two electrodes, the electrode walls of the two electrodes, and the region between the two electrodes on the substrate. 表面に電極を形成した基板を、定速引き上げ方法を用いて移動させる、請求項7または8に記載の製造方法。 9. The manufacturing method according to claim 7, wherein the substrate having electrodes formed on its surface is moved using a constant speed pulling method. カーボンナノチューブ分散液を調製する工程を含み、
カーボンナノチューブ分散液を調製する工程が、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの混合物の分散液を無担体電気泳動に供して、半導体型カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ分散液を調製する工程を含む、請求項7または8に記載の製造方法。
comprising a step of preparing a carbon nanotube dispersion,
The step of preparing a carbon nanotube dispersion includes the step of subjecting a dispersion of a mixture of metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes to carrier-free electrophoresis to prepare a carbon nanotube dispersion containing semiconducting carbon nanotubes. The manufacturing method according to claim 7 or 8.
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