JP4431564B2 - カーボンナノチューブ配線板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この方法を利用してカーボンナノチューブからなる所定のパターンを有する配線板を得るためには、触媒を用いたCVD法の場合、触媒を所定のパターンにて基板上に塗布することにより、パターンに従い形成されたカーボンナノチューブからなる配線パターンを得ることは可能であるが、チューブが曲がりやすく、また、触媒として用いた金属成分がチューブ内部に残るため、配線板の品質及び特性が劣ることがある。
[1]基板と、該基板に配設され且つカーボンナノチューブからなる配線パターンと、を備えるカーボンナノチューブ配線板において、上記基板が、アモルファスカーボン基板であることを特徴とするカーボンナノチューブ配線板。
[2]炭化珪素によって形成された所定のパターンを有するアモルファスカーボン基板を、微量酸素を含有する雰囲気において、該炭化珪素が分解して該炭化珪素の表面から珪素原子が失われる温度に加熱することにより、生成したカーボンナノチューブからなる配線パターンが形成された配線板を製造することを特徴とするカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[3]アモルファスカーボン基板に積層された炭化珪素層の表面にカーボンナノチューブの生成を抑制する抑制膜を形成する工程と、該抑制膜を所定のパターンにエッチングする工程と、エッチング後の上記アモルファスカーボン基板を微量酸素の含有する雰囲気において、炭化珪素が分解して該炭化珪素の表面から完全に珪素原子が失われる温度に加熱する工程と、を順次備え、上記アモルファスカーボン基板上に上記パターンに従ってカーボンナノチューブからなる配線パターンが形成された配線板を製造することを特徴とするカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[4]上記抑制膜はSi−O、Si−Si及びSi−Nから選ばれる少なくとも1種の結合状態にある上記[3]に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[5]上記抑制膜はSi−Siの結合状態にある上記[4]に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[6]上記抑制膜の厚さが、3〜500nmである上記[2]乃至[5]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[7]上記エッチングは、ガラスの腐食に用いられる処理剤により行う上記[2]乃至[6]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[8]上記処理剤は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム及び水酸化カリウムから選ばれる少なくとも1種を含有する上記[7]に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[9]上記加熱温度は、1200〜2000℃である上記[2]乃至[8]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[10]上記炭化珪素がα−SiCである場合、カーボンナノチューブが(0001)面に対して垂直に配向している上記[2]乃至[9]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
[11]上記炭化珪素がβ−SiCである場合、カーボンナノチューブが(111)面に対して垂直に配向している上記[2]乃至[9]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
本発明のカーボンナノチューブ配線板の製造方法によれば、上記配線板を容易に製造することができる。また、炭化珪素の表面にカーボンナノチューブの生成を抑制する抑制膜を形成させ、これを所定のパターンにエッチングすることによって、加熱前の炭化珪素の表面を清浄なものとすることができ、より高配向のカーボンナノチューブを形成することができる。更に、清浄な表面であれば、炭化珪素の表面がC面であっても、Si面であっても、カーボンナノチューブを形成することができる。
抑制膜がSi−O、Si−Si及びSi−Nから選ばれる少なくとも1種の結合状態にある場合には、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム、水酸化カリウム等を含む処理液を用いたエッチングによって、効率よく炭化珪素の表面に生成した酸化膜等を除去し、炭化珪素の表面をより清浄なものとすることができる。
本発明のカーボンナノチューブ配線板は、基板と、該基板に配設され且つカーボンナノチューブからなる配線パターンと、を備えるカーボンナノチューブ配線板において、上記基板が、アモルファスカーボン基板であることを特徴とする。このような構成を有する配線板としては、図1〜図3で示されるような形態が挙げられる。図1は、アモルファスカーボン基板1の表面にカーボンナノチューブが単独(1本)で又は2本以上の集合体(カーボンナノチューブ膜)となって配線パターン2を形成している例である。図2は、カーボンナノチューブからなる配線パターン2がアモルファスカーボン基板1の内部に配設された例である。図3は、カーボンナノチューブがアモルファスカーボン基板1の断面の中に嵌挿されたような例である。尚、図2及び図3において、カーボンナノチューブがアモルファスカーボン基板1の表面(及び裏面)よりも突出したものであってもよい。
基板の形状も特に限定されず、例えば、板状(多角形、円形、長尺形、L形等)、筒状、線状(直線、曲線、波線等)、塊状(立方体、直方体、円錐、角錘、球形、略球形等)等が挙げられる。また、各面は平滑であってもよいし、凹凸であってもよいし、網状であってもよい。
更に、基板の厚さも限定されない。
また、アモルファスカーボン基板に貫通孔等がある場合には、貫通孔の内壁に配線パターンを有するものであってもよい。
カーボンナノチューブの長さは、好ましくは1nm〜2μm、より好ましくは3nm〜1μmである。この範囲の長さとすることによって、カーボンナノチューブの特性を十分に発揮する製品を提供することができる。
尚、上記加熱温度に達するまでの昇温速度は特に限定されないが、通常、平均速度は5〜30℃/分、好ましくは5〜20℃/分である。多段階で加熱してもよい。また、上記加熱温度における保持時間も特に限定されず、通常30〜360分、好ましくは30〜240分である。上記加熱が終了した後、室温まで降温されるが、その速度も特に限定されない。多段階で降温してもよい。
不活性ガス雰囲気において炭化珪素を加熱する場合、炭化珪素の分解により珪素原子を除去可能な限りにおいて、雰囲気の圧力及び加熱温度は特に限定されない。好ましい加熱条件は真空中におけるものと同様とすることができる。
尚、上記アモルファスカーボン基板の形状、厚さ等は上記と同様とすることができる。
SiO2の形成方法としては特に限定されない。例えば、飽和水蒸気を含有する酸素あるいは空気を雰囲気として、通常、900〜1300℃、好ましくは1000〜1200℃で加熱することによって、均一な膜厚を有する抑制膜とすることができる。
尚、上記結合状態は、XPS(光電子分光法)による表面分析により容易に調べることができる。
上記エッチングによって、炭化珪素の表面に存在するSiO2膜等の抑制膜は0.2nm以下、好ましくは0〜0.1nmとわずかな厚さとなるに留まる。
エッチングによって、所定のパターンに相当する部分の抑制膜が効率的に除去される。その後、必要に応じて、残りのマスキング材を除去し、上記のようにして加熱される。
参考例1
基板として六方晶炭化珪素(縦3mm、横3mm、厚さ0.3mm)を用い、(000−1)C面の所定の位置にカーボンナノチューブを形成させるために以下の処理を行った。
まず、炭化珪素の表面の酸化膜を除去するため、10%フッ化水素酸水溶液に室温下、30分間浸した後、超純水にて水洗した。次いで、飽和水蒸気雰囲気中、酸素ガスを流速100ml/分で導入しながら、室温から1150℃まで昇温速度20℃/分で加熱した後、1時間保持して熱処理を行い、炭化珪素の表面に厚さ約3nmのSiO2膜、即ち抑制膜を形成させた。その後、炭化珪素を超純水にて洗浄し、不活性ガス中で十分乾燥させた後、所定のパターン以外の部分をマスキングするため、その部分にレジストを塗布した。そして、レジストの溶剤を蒸発させ、硬化させるため、80℃で30分間乾燥させレジスト被膜を形成させた。その後、フォトマスクを被せて、水銀ランプで露光した。現像した後、不要なレジストを硫酸水溶液にて除去し、リンス液にて洗浄した。次いで、レジスト被膜を加熱し炭化珪素との密着性を向上させた。その後、レジスト被膜が形成されていない部分のSiO2膜を、10%フッ化水素酸溶液にて除去した後、基板を純水で洗浄した。炭化珪素表面に残ったレジストは硫酸水溶液にて除去し、純水にて洗浄した。
次に、得られた炭化珪素基板を、真空中(1×10−4Torr)、室温から1700℃まで加熱し保持時間2時間として炭化珪素を表面分解させた。その後、上記で形成したSiO2膜を除去し、カーボンナノチューブ配線板を得た。以上の工程の概略説明図を図4に示す。
また、炭化珪素の表面を抑制膜の形成前後においてXPSを用いてSi2pスペクトルを測定したところ、図7に示すように、抑制膜の形成前(点線)は、100.4eVあたりにピークを有するSi−Cを示唆しているのに対し、抑制膜の形成後(実線)は、102.8eVあたりにピークを有するSi−O(SiO2)を示唆し、炭化珪素は表出せずSiO2膜で被覆されていた。尚、表面電荷の若干の違いから発生するチャージアップは無視するものとする。
基板として六方晶炭化珪素(縦3mm、横3mm、厚さ0.3mm)を用い、(0001)Si面の所定の位置にカーボンナノチューブを形成させるために参考例1と同様の処理を行い、カーボンナノチューブ配線板を得た。
配線パターンに相当する部分を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、基板に対して垂直にカーボンナノチューブが生成していることが分かった。カーボンナノチューブの長さは260nmであった。一方、SiO2膜にて覆われていた炭化珪素表面にはカーボンナノチューブは生成していなかった。
基板としてアモルファスカーボン基板(縦10mm、横10mm、厚さ3mm)を用い、所定の位置にカーボンナノチューブを形成させるために以下の処理を行った。
まず、基板をエタノール、続いてアセトンにて超音波洗浄を行って脱脂した。次いで、熱CVD法により(111)配向した炭化珪素多結晶を堆積させるために、基板を反応管の中に入れて、水素雰囲気下、800℃で20分間加熱した。基板温度が安定した後、原料ガスを導入し、成膜を開始した。Cの原料ガスとしてCH3Clを、Siの原料ガスとしてSiH4を使用した。原料ガスは水素で10%に希釈・充填したボンベから供給され、反応室へ入る前にキャリアガスの水素と混合した。各ガス流量はH2が340sccm、SiH2Cl2が14sccm、CH3Clが9.4sccmであった。炭化珪素膜を約0.4μm堆積させた後、基板を取り出した。
配線パターンに相当する部分を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、基板に対して垂直にカーボンナノチューブが生成していることが分かった。カーボンナノチューブの長さは380nmであった。一方、Si膜にて覆われていた炭化珪素膜の表面にはカーボンナノチューブは生成していなかった。
上記実施例で示したように、所定のパターンに高配向のカーボンナノチューブを形成させるために、前処理として、炭化珪素の表面にカーボンナノチューブの成長を抑制する抑制膜を形成し、エッチングを行い、清浄表面を有する状態で炭化珪素を表面分解することにより、高配向のカーボンナノチューブからなる配線パターンを有するカーボンナノチューブ配線板を容易に製造することができた。
Claims (11)
- 基板と、該基板に配設され且つカーボンナノチューブからなる配線パターンと、を備えるカーボンナノチューブ配線板において、
上記基板が、アモルファスカーボン基板であることを特徴とするカーボンナノチューブ配線板。 - 炭化珪素によって形成された所定のパターンを有するアモルファスカーボン基板を、微量酸素を含有する雰囲気において、該炭化珪素が分解して該炭化珪素の表面から珪素原子が失われる温度に加熱することにより、生成したカーボンナノチューブからなる配線パターンが形成された配線板を製造することを特徴とするカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- アモルファスカーボン基板に積層された炭化珪素層の表面にカーボンナノチューブの生成を抑制する抑制膜を形成する工程と、該抑制膜を所定のパターンにエッチングする工程と、エッチング後の上記アモルファスカーボン基板を微量酸素の含有する雰囲気において、炭化珪素が分解して該炭化珪素の表面から完全に珪素原子が失われる温度に加熱する工程と、を順次備え、上記アモルファスカーボン基板上に上記パターンに従ってカーボンナノチューブからなる配線パターンが形成された配線板を製造することを特徴とするカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記抑制膜はSi−O、Si−Si及びSi−Nから選ばれる少なくとも1種の結合状態にある請求項3に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記抑制膜はSi−Siの結合状態にある請求項4に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記抑制膜の厚さが、3〜500nmである請求項3乃至5のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記エッチングは、ガラスの腐食に用いられる処理剤により行う請求項3乃至6のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記処理剤は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム及び水酸化カリウムから選ばれる少なくとも1種を含有する請求項7に記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記加熱温度は、1200〜2000℃である請求項2乃至8のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記炭化珪素がα−SiCである場合、カーボンナノチューブが(0001)面に対して垂直に配向している請求項2乃至9のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
- 上記炭化珪素がβ−SiCである場合、カーボンナノチューブが(111)面に対して垂直に配向している請求項2乃至9のいずれかに記載のカーボンナノチューブ配線板の製造方法。
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