JP2904346B1 - カーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法 - Google Patents
カーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法Info
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- JP2904346B1 JP2904346B1 JP10158765A JP15876598A JP2904346B1 JP 2904346 B1 JP2904346 B1 JP 2904346B1 JP 10158765 A JP10158765 A JP 10158765A JP 15876598 A JP15876598 A JP 15876598A JP 2904346 B1 JP2904346 B1 JP 2904346B1
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Abstract
【要約】
【目的】 電子素子に有用なカーボンナノチューブと炭
化物とのヘテロ接合の形成方法を提供する。 【構成】 金属または半導体からなる反応物質にカーボ
ンナノチューブを接触させ、反応物質を加熱して反応物
質原子をカーボンナノチューブ内に拡散させ、カーボン
ナノチューブを部分的に炭化物に変質させてその反応生
成物とカーボンナノチューブとのヘテロ接合を形成す
る。例えば、シリコン基板１にカーボンナノチューブ２
を接触させ、シリコン基板１を加熱してＳｉの固相−固
相拡散により、ＳｉＣ３を形成して、ヘテロ接合を実現
する。
化物とのヘテロ接合の形成方法を提供する。 【構成】 金属または半導体からなる反応物質にカーボ
ンナノチューブを接触させ、反応物質を加熱して反応物
質原子をカーボンナノチューブ内に拡散させ、カーボン
ナノチューブを部分的に炭化物に変質させてその反応生
成物とカーボンナノチューブとのヘテロ接合を形成す
る。例えば、シリコン基板１にカーボンナノチューブ２
を接触させ、シリコン基板１を加熱してＳｉの固相−固
相拡散により、ＳｉＣ３を形成して、ヘテロ接合を実現
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブのヘテロ接合形成方法に関し、特に炭化物とのヘテ
ロ接合の形成方法に関する。
ーブのヘテロ接合形成方法に関し、特に炭化物とのヘテ
ロ接合の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】互いに異種の材料によって構成される接
合、いわゆるヘテロ接合は電子素子において材料の特異
の性質を利用するための重要な構造である。カーボンナ
ノチューブは、グラファイトシートを構成要素である炭
素の六員環が螺旋状に並ぶように丸めた円筒構造を有
し、その特異な電気的な特性によりＣ 60に代表される球
状フラーレンとともにその電子素子への利用が期待され
ており、カーボンナノチューブと炭化物との接合は特に
注目されている。
合、いわゆるヘテロ接合は電子素子において材料の特異
の性質を利用するための重要な構造である。カーボンナ
ノチューブは、グラファイトシートを構成要素である炭
素の六員環が螺旋状に並ぶように丸めた円筒構造を有
し、その特異な電気的な特性によりＣ 60に代表される球
状フラーレンとともにその電子素子への利用が期待され
ており、カーボンナノチューブと炭化物との接合は特に
注目されている。
【０００３】なぜなら、炭化物はそれ自身非常に興味あ
る電気的性質をもっているからである。すなわち、炭化
物は、ＳｉＣのように半導体的性質をもつもの、ＴｉＣ
のように金属としての性質をもつもの、Ｆｅ3 Ｃなどの
ように強磁性体として振る舞うもの、ＮｂＣのように超
伝導材料として注目されるもの、ＢＣX のように絶縁体
として機能するものなど、多様な電気的性質をもってい
るからである。
る電気的性質をもっているからである。すなわち、炭化
物は、ＳｉＣのように半導体的性質をもつもの、ＴｉＣ
のように金属としての性質をもつもの、Ｆｅ3 Ｃなどの
ように強磁性体として振る舞うもの、ＮｂＣのように超
伝導材料として注目されるもの、ＢＣX のように絶縁体
として機能するものなど、多様な電気的性質をもってい
るからである。
【０００４】それと、直径や螺旋状態（ナノチューブの
軸方向と炭素原子の並び方向のなす角度の状態）によっ
て半導体あるいは金属的になる単層カーボンナノチュー
ブ特有の電気的性質（M.S.Dresselhaus,G.Dresselhaus
and P.Eklund「Science of Fullerenes and Carbon Nan
otubes」(New York, Academic Press, 1996)) が結びつ
いて、多様な機能素子の実現が期待できる。
軸方向と炭素原子の並び方向のなす角度の状態）によっ
て半導体あるいは金属的になる単層カーボンナノチュー
ブ特有の電気的性質（M.S.Dresselhaus,G.Dresselhaus
and P.Eklund「Science of Fullerenes and Carbon Nan
otubes」(New York, Academic Press, 1996)) が結びつ
いて、多様な機能素子の実現が期待できる。
【０００５】しかし、従来そのようなヘテロ接合を形成
する技術はなかった。その一つの理由は、カーボンナノ
チューブは非常にヤング率の高い材料であり、機械的に
加工処理することが困難であったことによる。
する技術はなかった。その一つの理由は、カーボンナノ
チューブは非常にヤング率の高い材料であり、機械的に
加工処理することが困難であったことによる。
【０００６】カーボンナノチューブを出発材料とする炭
化物ナノロッドの従来の生成技術は、多層カーボンナノ
チューブをＳｉＯ、Ｂ2 Ｏ2 などの揮発性酸化物と接触
させることにより、あるいは、ＳｉＩ4 、ＴｉＩ4 、Ｎ
ｂＩ4 、ＦｅＣｌ3 などのハライド種と接触させて、高
温反応を行わせるものであった(H.Dia,E.W.Wong,Y. Z.L
u,S.Fan and C.Lieber「Nature」(Vol.375,p.769,199
5), D.Zhou and S.Seraphin 「 Chem. Phys. Lett.」(V
ol.222, p.233, 1994), W. Han,S.Fan,Q.Li,W.Liang,
B.Gu and D.Yu「Chem. Phys.Lett.」(Vol.265,p.374, 1
997) 。特許文献としては、ＳｉＯ蒸気を用いて炭素繊
維をＳｉＣロッドに変質させるものがある (K.Okada an
d K.Nakajima, Eur. Patent Applic. EP 60388 A2,199
3)。
化物ナノロッドの従来の生成技術は、多層カーボンナノ
チューブをＳｉＯ、Ｂ2 Ｏ2 などの揮発性酸化物と接触
させることにより、あるいは、ＳｉＩ4 、ＴｉＩ4 、Ｎ
ｂＩ4 、ＦｅＣｌ3 などのハライド種と接触させて、高
温反応を行わせるものであった(H.Dia,E.W.Wong,Y. Z.L
u,S.Fan and C.Lieber「Nature」(Vol.375,p.769,199
5), D.Zhou and S.Seraphin 「 Chem. Phys. Lett.」(V
ol.222, p.233, 1994), W. Han,S.Fan,Q.Li,W.Liang,
B.Gu and D.Yu「Chem. Phys.Lett.」(Vol.265,p.374, 1
997) 。特許文献としては、ＳｉＯ蒸気を用いて炭素繊
維をＳｉＣロッドに変質させるものがある (K.Okada an
d K.Nakajima, Eur. Patent Applic. EP 60388 A2,199
3)。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した気相−固相反
応法を用いた炭化物の生成技術は、カーボンナノチュー
ブを反応性蒸気にさらしてその全てを炭化物に変質する
ものであるので、ヘテロ接合形成手段として採用するこ
とはできない。すなわち、ヘテロ接合を実現するために
は、カーボンナノチューブの一部を選択的に炭化物への
反応から守る必要であるところ、従来技術ではこれに対
応することができなかった。従って、本発明の解決すべ
き課題は、電子素子に有用なカーボンナノチューブの炭
化物とのヘテロ接合を製作しうるようにすることであ
る。
応法を用いた炭化物の生成技術は、カーボンナノチュー
ブを反応性蒸気にさらしてその全てを炭化物に変質する
ものであるので、ヘテロ接合形成手段として採用するこ
とはできない。すなわち、ヘテロ接合を実現するために
は、カーボンナノチューブの一部を選択的に炭化物への
反応から守る必要であるところ、従来技術ではこれに対
応することができなかった。従って、本発明の解決すべ
き課題は、電子素子に有用なカーボンナノチューブの炭
化物とのヘテロ接合を製作しうるようにすることであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、カーボンナノチューブの一部分と反応物質を接触さ
せ、カーボンナノチューブと反応物質とを固相−固相拡
散によって反応させることによって解決することができ
る。
は、カーボンナノチューブの一部分と反応物質を接触さ
せ、カーボンナノチューブと反応物質とを固相−固相拡
散によって反応させることによって解決することができ
る。
【０００９】［作用］反応物質の固相−固相拡散によっ
てカーボンナノチューブと反応物質とを反応させる方法
によれば、カーボンナノチューブの反応を反応物質との
接触部とその近傍に限定することができ、大部分の非接
触部のカーボンナノチューブの構造を変化させないよう
にすることができるので、カーボンナノチューブと炭化
物とのヘテロ接合の形成が可能になる。
てカーボンナノチューブと反応物質とを反応させる方法
によれば、カーボンナノチューブの反応を反応物質との
接触部とその近傍に限定することができ、大部分の非接
触部のカーボンナノチューブの構造を変化させないよう
にすることができるので、カーボンナノチューブと炭化
物とのヘテロ接合の形成が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】反応物質としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｂなどの金属またはＳｉなどの半導体
を用いる。反応物質にカーボンナノチューブの一部を接
触させ、望ましくは、反応物質を真空中あるいは不活性
気体中に保持し、少なくとも反応物質を加熱することに
よって、反応物質をカーボンナノチューブ側へ拡散させ
て反応を進行させる。
ｏ、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｂなどの金属またはＳｉなどの半導体
を用いる。反応物質にカーボンナノチューブの一部を接
触させ、望ましくは、反応物質を真空中あるいは不活性
気体中に保持し、少なくとも反応物質を加熱することに
よって、反応物質をカーボンナノチューブ側へ拡散させ
て反応を進行させる。
【００１１】
【実施例】反応物質として単結晶シリコンを用い、単層
カーボンナノチューブとＳｉＣのヘテロ接合を形成し
た。（１１１）面シリコンウェハを基板に垂直に長さ約
７ｍｍ、幅約３ｍｍの大きさにカットした。その後中心
部の厚さが数十ミクロンになるまで機械的に研磨した。
更に数十ナノメーターになるまで化学的エッチングを行
ってシリコン基板１を作製した。エッチャントには、Ｈ
Ｆ：ＨＮＯ3 ＝１：４の混合溶液を用いた。シリコン基
板表面上の酸化膜も化学的エッチング法で除去した。
カーボンナノチューブとＳｉＣのヘテロ接合を形成し
た。（１１１）面シリコンウェハを基板に垂直に長さ約
７ｍｍ、幅約３ｍｍの大きさにカットした。その後中心
部の厚さが数十ミクロンになるまで機械的に研磨した。
更に数十ナノメーターになるまで化学的エッチングを行
ってシリコン基板１を作製した。エッチャントには、Ｈ
Ｆ：ＨＮＯ3 ＝１：４の混合溶液を用いた。シリコン基
板表面上の酸化膜も化学的エッチング法で除去した。
【００１２】レーザーアブレーション法で生成した単層
カーボンナノチューブ２を、まずエタノール中で分散
し、先に用意した、シリコン基板１上に載せた。この場
合、ほとんどのカーボンナノチューブは、伸びている
か、強く曲がっているか、互いに束ねられているので、
シリコン基板上でエタノールが蒸発した後もカーボンナ
ノチューブ２は立体的構造を保ったままシリコン基板上
に配置されていた。その結果、シリコンとカーボンナノ
チューブは部分的に微小領域で接触していた〔図１
（ａ）〕。
カーボンナノチューブ２を、まずエタノール中で分散
し、先に用意した、シリコン基板１上に載せた。この場
合、ほとんどのカーボンナノチューブは、伸びている
か、強く曲がっているか、互いに束ねられているので、
シリコン基板上でエタノールが蒸発した後もカーボンナ
ノチューブ２は立体的構造を保ったままシリコン基板上
に配置されていた。その結果、シリコンとカーボンナノ
チューブは部分的に微小領域で接触していた〔図１
（ａ）〕。
【００１３】次に、このように用意した試料を超高真空
透過型電子顕微鏡(UHV-TEM, JEM-2000FXVII)の加熱ステ
ージ上に取り付け、真空室の真空度を１０-9から１０-8
Torrとした。そして、シリコン基板１に直接電流を流す
ことにより、試料を加熱し、パイロメーターで測定した
ところ、基板の最高温度は約１０００℃であった。約８
００℃からシリコンの表面マイグレーションが観察され
た。
透過型電子顕微鏡(UHV-TEM, JEM-2000FXVII)の加熱ステ
ージ上に取り付け、真空室の真空度を１０-9から１０-8
Torrとした。そして、シリコン基板１に直接電流を流す
ことにより、試料を加熱し、パイロメーターで測定した
ところ、基板の最高温度は約１０００℃であった。約８
００℃からシリコンの表面マイグレーションが観察され
た。
【００１４】透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察により、
数分間の加熱により部分的にシリコンと単層カーボンナ
ノチューブの反応が生じＳｉＣ３が生成されたことが確
認された〔図１（ｂ）〕。加熱時間は自由に制御でき、
数分から１時間程度加熱したが、それによる外観上の差
は見られなかった。以上の実施例により形成された単層
カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接合のＴＥＭ
写真を図２に示す。同図において、（ａ）は複数の束に
なった単層カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接
合を、（ｂ）は一本の単層カーボンナノチューブとＳｉ
Ｃとのヘテロ接合を示す。
数分間の加熱により部分的にシリコンと単層カーボンナ
ノチューブの反応が生じＳｉＣ３が生成されたことが確
認された〔図１（ｂ）〕。加熱時間は自由に制御でき、
数分から１時間程度加熱したが、それによる外観上の差
は見られなかった。以上の実施例により形成された単層
カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接合のＴＥＭ
写真を図２に示す。同図において、（ａ）は複数の束に
なった単層カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接
合を、（ｂ）は一本の単層カーボンナノチューブとＳｉ
Ｃとのヘテロ接合を示す。
【００１５】以上好ましい実施例について説明したが本
発明はこの実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能な
ものである。例えば、カーボンナノチューブは単層のみ
ならず多層のカーボンナノチューブを用いてもよい。ま
た、本実施例では基板に電流を流して加熱していたが、
カーボンナノチューブ−基板間に電流を流して加熱して
もよいしまた赤外線など他の加熱手段を用いることもで
きる。また、真空中に限らず、アルゴン、窒素などの雰
囲気中で加熱を行ってもよい。
発明はこの実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能な
ものである。例えば、カーボンナノチューブは単層のみ
ならず多層のカーボンナノチューブを用いてもよい。ま
た、本実施例では基板に電流を流して加熱していたが、
カーボンナノチューブ−基板間に電流を流して加熱して
もよいしまた赤外線など他の加熱手段を用いることもで
きる。また、真空中に限らず、アルゴン、窒素などの雰
囲気中で加熱を行ってもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のヘテロ接
合形成方法は、反応物質とカーボンナノチューブとを部
分的に接触させ、反応物質の固相−固相拡散によってカ
ーボンと反応物質との反応を行わせるものであるので、
極めて簡便な方法により、カーボンナノチューブの一部
分に炭化物とのヘテロ接合を選択的に形成することがで
きる。従って、本発明により電子素子の形成に有用なカ
ーボンナノチューブヘテロ接合を実現することが出来、
電子産業上の効果は大である。
合形成方法は、反応物質とカーボンナノチューブとを部
分的に接触させ、反応物質の固相−固相拡散によってカ
ーボンと反応物質との反応を行わせるものであるので、
極めて簡便な方法により、カーボンナノチューブの一部
分に炭化物とのヘテロ接合を選択的に形成することがで
きる。従って、本発明により電子素子の形成に有用なカ
ーボンナノチューブヘテロ接合を実現することが出来、
電子産業上の効果は大である。
【図１】本発明の実施例を示す模式図であって、（ａ）
はカーボンナノチューブがシリコン基板上に配置され、
部分的にシリコンと接している状態、（ｂ）は上記接触
部分がＳｉＣに変質した状態を示す。
はカーボンナノチューブがシリコン基板上に配置され、
部分的にシリコンと接している状態、（ｂ）は上記接触
部分がＳｉＣに変質した状態を示す。
【図２】本発明によって得られたカーボンナノチューブ
とＳｉＣとのヘテロ接合の結晶構造を示すＴＥＭ（透過
型電子顕微鏡）写真であって、（ａ）は複数の束になっ
た単層カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接合
を、（ｂ）は一本の単層カーボンナノチューブとＳｉＣ
とのヘテロ接合を示す。
とＳｉＣとのヘテロ接合の結晶構造を示すＴＥＭ（透過
型電子顕微鏡）写真であって、（ａ）は複数の束になっ
た単層カーボンナノチューブとＳｉＣとのヘテロ接合
を、（ｂ）は一本の単層カーボンナノチューブとＳｉＣ
とのヘテロ接合を示す。
１ シリコン基板 ２ カーボンナノチューブ ３ ＳｉＣ
Claims (6)
- 【請求項１】 反応物質にカーボンナノチューブを接触
させ、カーボンナノチューブの一部分と反応物質とを反
応させてその反応生成物とカーボンナノチューブとの接
合を形成することを特徴とするカーボンナノチューブの
ヘテロ接合形成方法。 - 【請求項２】 カーボンナノチューブと反応物質との反
応は、前記反応物質を拡散源とする固相―固相拡散によ
って行われることを特徴とする請求項１記載のカーボン
ナノチューブのヘテロ接合形成方法。 - 【請求項３】 反応物質が、金属または半導体であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載のカーボンナノチ
ューブのヘテロ接合形成方法。 - 【請求項４】 カーボンナノチューブと反応物質との反
応は、真空中または不活性ガス中にて行われることを特
徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブのヘテロ
接合形成方法。 - 【請求項５】 カーボンナノチューブと反応物質との反
応は、少なくとも前記反応物質が加熱された状態で行わ
れることを特徴とする請求項１または４記載のカーボン
ナノチューブのヘテロ接合形成方法。 - 【請求項６】 前記加熱された状態は、反応物質に、若
しくは、カーボンナノチューブと反応物質との間に通電
すること起こされることを特徴とする請求項５記載のカ
ーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10158765A JP2904346B1 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | カーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法 |
| US09/327,510 US6203864B1 (en) | 1998-06-08 | 1999-06-08 | Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube |
| US09/736,220 US20010001681A1 (en) | 1998-06-08 | 2000-12-15 | Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube |
| US10/623,659 US20040124755A1 (en) | 1998-06-08 | 2003-07-22 | Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube |
| US11/671,883 US20070128101A1 (en) | 1998-06-08 | 2007-02-06 | Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10158765A JP2904346B1 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | カーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2904346B1 true JP2904346B1 (ja) | 1999-06-14 |
| JPH11349306A JPH11349306A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=15678858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10158765A Expired - Fee Related JP2904346B1 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | カーボンナノチューブのヘテロ接合形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2904346B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9786848B2 (en) | 2010-10-14 | 2017-10-10 | University Of Utah Research Foundation | Nanofiber-based heterojunction approach for high photoconductivity on organic materials |
| CN110950323A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-03 | 湖南德智新材料有限公司 | 一种碳纳米管-碳化硅纳米线复合材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6423583B1 (en) * | 2001-01-03 | 2002-07-23 | International Business Machines Corporation | Methodology for electrically induced selective breakdown of nanotubes |
-
1998
- 1998-06-08 JP JP10158765A patent/JP2904346B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9786848B2 (en) | 2010-10-14 | 2017-10-10 | University Of Utah Research Foundation | Nanofiber-based heterojunction approach for high photoconductivity on organic materials |
| CN110950323A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-03 | 湖南德智新材料有限公司 | 一种碳纳米管-碳化硅纳米线复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11349306A (ja) | 1999-12-21 |
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Legal Events
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