WO2021059570A1 - ナノ構造集合体およびその製造方法 - Google Patents

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WO2021059570A1
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columnar
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清水　康弘
真己 永田
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株式会社村田製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
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    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a nanostructured aggregate and a method for producing the same.
  • Patent Documents that disclose nanostructure aggregates include Patent No. 5511746 (Patent Document 1) and Patent No. 5091242 (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 describes that carbon nanotubes are oriented so as to extend upward and substantially vertically from the catalyst pad. Carbon nanotubes grow on the catalyst pad.
  • Patent Document 2 describes that a 3D MIM capacitor includes a lower plate formed of a layer of a conductive material. A large number of nanofibers grow on the surface of the lower plate. It also describes growing nanofibers starting from catalytic particles.
  • the carbon nanotubes described in Patent Document 1 are bonded on the surface of the catalyst pad.
  • the nanofibers described in Patent Document 2 are substantially bonded to the surface of the lower plate via catalyst particles.
  • a plurality of columnar portions having a nano-sized outer diameter are connected to the support portion via a catalyst on the surface of the support portion. Since the nano-sized columnar portion has a weak adhesive force with the catalyst, it is easily peeled off from the support portion.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a nanostructured aggregate capable of suppressing peeling of a columnar portion having a nano-sized outer diameter from a supporting portion.
  • the nanostructured aggregate based on the present invention includes a support portion and a plurality of columnar portions.
  • Each of the plurality of columnar portions has a nano-sized outer diameter.
  • Each of the plurality of columnar portions is partially located inside the support portion and is supported by the support portion.
  • Each of the plurality of columnar portions extends in one direction away from the support portion.
  • the method for producing a nanostructured aggregate based on the present invention includes a insertion step and a peeling step.
  • the insertion step the ends of each of the plurality of columnar portions having a nano-sized outer diameter extending from the surface of the substrate, which are opposite to the substrate side, are inserted into the inside of the support portion.
  • the peeling step the substrate is peeled from a plurality of columnar portions inserted inside the support portion.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a plurality of columnar portions are grown from a catalyst located on a substrate in the method for producing a nanostructured aggregate according to the first embodiment.
  • FIG. It is a figure which shows the state in which a plurality of columnar portions are inserted into the support portion in the manufacturing method of the nanostructure assembly which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the state which the substrate was peeled off from a plurality of columnar portions in the manufacturing method of the nanostructure assembly which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the nanostructure assembly which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the nanostructure assembly which concerns on Embodiment 3 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the nanostructure assembly which concerns on Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the first embodiment of the present invention.
  • the nanostructure assembly 100 according to the first embodiment of the present invention includes a support portion 110, a plurality of columnar portions 120, a dielectric layer 130, and a first conductor layer 140. There is.
  • the support portion 110 includes a first support layer 111 and a second support layer 112.
  • the first support layer 111 is made of a conductive material.
  • the first support layer 111 is made of, for example, a cured product of a general adhesive, a cured product of a metal paste, or a metal foil. Examples of the material constituting the first support layer 111 include a conductive polymer or a metal such as titanium, gold, aluminum or copper.
  • the structure of the second support layer 112 is not particularly limited as long as the nanostructure aggregate 100 can be manufactured by the manufacturing method described later.
  • the second support layer 112 is made of a conductive material.
  • the second support layer 112 may be used as an electrode.
  • the second support layer 112 is specifically made of metal. This improves the heat resistance of the nanostructured aggregate 100.
  • the first support layer 111 is made of a conductive material and the second support layer 112 is made of a conductive material, parts different from the nanostructure assembly 100 and a plurality of columnar portions When the 120s are electrically connected to each other, the electrical resistance is reduced by interposing the plurality of columnar portions 120 in contact with the first support layer 111 and the second support layer 112 in contact with the first support layer 111. Can be done. As described above, in the present embodiment, the entire support portion 110 is made of the conductive material.
  • the second support layer 112 may have a plate-like or foil-like outer shape.
  • the second support layer 112 may be, for example, a metal foil such as an aluminum foil or a copper foil, or may be made of ceramics.
  • electrodes or wirings for electrically connecting the first support layer 111 or a plurality of columnar portions 120 and parts different from the nanostructure assembly 100 are provided inside the second support layer 112, electrodes or wirings for electrically connecting the first support layer 111 or a plurality of columnar portions 120 and parts different from the nanostructure assembly 100 are provided. You may be.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 has a nano-sized outer diameter.
  • the nanosize means, for example, 0.1 nm or more and 1000 nm or less.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 may be composed of a conductive material, a semiconductor material, or an insulating material. In this embodiment, each of the plurality of columnar portions 120 is made of a conductive material. Further, each of the plurality of columnar portions 120 may have a tubular shape or a bottomed tubular shape.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 is composed of, for example, carbon nanofibers, other nanofibers composed of ZnO or the like, nanorods or nanowires composed of ZnO, GaN or hematite or the like. In the present embodiment, each of the plurality of columnar portions 120 is specifically composed of carbon nanotubes, and more specifically, each of the plurality of columnar portions 120 is composed of, for example, 100 to 200 carbon nanotubes. Consists of.
  • the chirality of carbon nanotubes is not particularly limited.
  • the carbon nanotube may be a semiconductor type or a metal type, and the carbon nanotube may contain both a semiconductor type and a metal type. From the viewpoint of electrical resistance, carbon nanotubes preferably have a higher proportion of metal type than semiconductor type.
  • the number of layers constituting the carbon nanotubes is not particularly limited.
  • the carbon nanotube may be SWCNT (Single Wall Carbon Nanotube) composed of one layer or MWCNT (Multiwall Carbon Nanotube) composed of two or more layers.
  • each of the plurality of columnar portions 120 is located inside the support portion 110 and is supported by the support portion 110.
  • each of the plurality of columnar portions 120 is supported by the support portion 110 with a part of the support portion 110 located inside the first support layer 111. Therefore, in the present embodiment, the first support layer 111 made of a conductive material is directly electrically connected to each of the plurality of columnar portions 120.
  • At least one of the plurality of columnar portions 120 may penetrate the first support layer 111.
  • the columnar portion 120 penetrating the first support layer 111 may be in contact with the surface of the second support layer 112 on the side of the first support layer 111, or a part of the inside of the second support layer 112 may be in contact with the surface. It may be located.
  • the columnar portion 120 can be supported more firmly, and the columnar portion 120 can be supported from the support portion 110. Peeling can be further suppressed.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 extends in one direction away from the support portion 110.
  • the lengths of the plurality of columnar portions 120 are different from each other.
  • the length of each of the plurality of columnar portions 120 is not particularly limited.
  • the length of each of the plurality of columnar portions 120 is, for example, the capacitance density per area in the plane direction orthogonal to the extending direction of the plurality of columnar portions 120 when used as one side of the counter electrode of the capacitor described later. From the viewpoint, it is preferable that it is long.
  • each of the plurality of columnar portions 120 is, for example, several ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or more, 100 ⁇ m or more, 500 ⁇ m or more, 750 ⁇ m or more, 1000 ⁇ m or more, or 2000 ⁇ m or more.
  • the end 121 opposite to the support 110 side of each of the plurality of columnar portions 120 is located on a virtual plane orthogonal to the above one direction. Further, from the viewpoint of the method for manufacturing the nanostructured aggregate 100 described later, the thickness of the first support layer 111 is determined by the length of the longest columnar portion 120 among the plurality of columnar portions 120 and the shortest columnar portion 120. It is preferably larger than the size of the difference from the length.
  • Nano-sized particles 122 are attached to the end 121 of each of the plurality of columnar portions 120 on the side opposite to the support portion 110 side. More specifically, a plurality of nano-sized particles 122 are attached to one end 121.
  • the material constituting the particles 122 include Fe, Ni, Co, Au, Pt, and alloys such as compounds using these.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 is covered with the dielectric layer 130.
  • the dielectric layers 130 covered with each of the plurality of columnar portions 120 are located on the support portion 110 so as to be continuous with each other.
  • the dielectric layer 130 covers the columnar portion 120 on the end portion 121 via the particles 122.
  • the material constituting the dielectric layer 130 is not particularly limited, and examples thereof include silicon dioxide, aluminum oxide, silicon nitride, tantalum oxide, hafnium oxide, barium titanate, lead zirconate titanate, and combinations thereof. ..
  • the first conductor layer 140 is located on the dielectric layer 130 on the side opposite to the columnar portion 120 side of the dielectric layer 130. That is, the first conductor layer 140 is positioned so as to face the columnar portion 120 with the dielectric layer 130 sandwiched between them. The first conductor layer 140 is also positioned so as to face the support portion 110 with the dielectric layer 130 interposed therebetween.
  • the material constituting the first conductor layer 140 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as silver, gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys containing these.
  • the support portion 110 and the plurality of columnar portions 120 are used as one electrode, and the first conductor layer 140 is used as the other electrode, and these pair of electrodes form a dielectric layer 130. Since it is sandwiched, it can be used as a power storage device such as a capacitor. Further, the nanostructure assembly 100 according to the present embodiment can be applied as a device other than a capacitor by changing a part of the configuration.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • the first conductor layer is relative to the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention. It is different in that it does not have 140 and has a coating layer 130A instead of the dielectric layer 130.
  • the nanostructure assembly 100A when the coating layer 130A is made of a piezoelectric material, the nanostructure assembly 100A according to this modification can be used, for example, as a power generation device by mechanical energy conversion or a mechanical sensor.
  • the coating layer 130A made of the piezoelectric material is also bent by the bending of the columnar portion 120, so that electric power is generated.
  • the coating layer 130A is made of a piezoelectric material as described above, a plurality of coating layers 130A are separated from each other as a plurality of coating layers so as to correspond one-to-one with a plurality of columnar portions 120.
  • the columnar portion 120 of the above may be covered.
  • the coating layer 130A is a so-called pn-junctioned semiconductor layer
  • a plurality of columnar portions 120 are composed of a p-doped carbon tube
  • the coating layer 130A is composed of an n-doped semiconductor layer, or a plurality of.
  • the nanostructure assembly 100A according to this modification is, for example, generated by photoenergy conversion. It can be used as a device, an optical sensor, a light receiving element, or a light emitting element. In this case, in the nanostructure aggregate 100A, electric power is generated by irradiating the coating layer 130A with light, or the coating layer 130A emits light by passing electricity through the coating layer 130A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the nanostructured assembly 100B according to the second modification of the first embodiment of the present invention has the dielectric layer 130 and the second modification with respect to the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention. 1 The difference is that the conductor layer 140 is not provided.
  • the nanostructured aggregate 100B according to this modification can be used, for example, for an antenna, an electromagnetic shield, an adhesive tape, a heat radiating member, or the like.
  • the nanostructured aggregate 100B transmits and receives radio waves on the columnar portion 120 side of the nanostructured aggregate 100B.
  • the nanostructured aggregate 100B transmits an electromagnetic wave propagating from the columnar portion 120 side of the nanostructured aggregate 100B toward the support portion 110 side on the columnar portion 120 side. Shield.
  • the columnar portion 120 side of the nanostructured aggregate 100B is the adhesive side, and the adhered member and the plurality of columnar portions 120 fitted in the adhered member are formed. They adhere to each other by intermolecular force.
  • the nanostructured aggregate 100B is used as a heat radiating member, the nanostructured aggregate 100B is transmitted from the heat-generating component by bringing the heat-generating component into contact with the surface of the support portion 110 opposite to the columnar portion 120 side. The heat is released on the columnar portion 120 side.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for producing a nanostructured aggregate according to the first embodiment of the present invention.
  • the method for producing the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention includes a growth step S1, a insertion step S2, a peeling step S3, a dielectric coating step S4, and a first method.
  • the conductor layer coating step S5 is provided in this order.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a plurality of columnar portions are grown from a catalyst located on a substrate in the method for producing a nanostructured aggregate according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, in the growth step S1, the plurality of columnar portions 120 are extended by growing the plurality of columnar portions 120 from the catalyst particles 122a located on the substrate 10.
  • the material constituting the substrate 10 is not particularly limited. Examples of the material constituting the substrate 10 include silicon oxide, silicon, gallium arsenide, aluminum, and SUS.
  • the catalyst particles 122a are arranged in advance on the surface 11 of the substrate 10 before the plurality of columnar portions 120 are grown.
  • a plurality of sets of catalyst particles 122a are set as one set, and a plurality of sets of the plurality of catalyst particles 122a are arranged so that the sets are separated from each other. That is, in FIG. 5, a plurality of catalyst particles 122a are shown one by one, and a plurality of sets composed of a plurality of catalyst particles 122a per set are shown one by one.
  • the catalyst particles 122a are made of, for example, Fe, Ni or Co when the columnar portion 120 is a carbon nanotube, and are made of, for example, Pt or Au when the columnar portion 120 is made of ZnO.
  • Examples of the method for arranging the catalyst particles 122a include a combination of CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering or PVD (Physical Vapor Deposition) and lithography or etching.
  • the growth method of the plurality of columnar portions 120 is not particularly limited.
  • the plurality of columnar portions 120 can be grown by using CVD, a plasma-enhanced CVD method, or the like.
  • the gas used in the CVD or plasma-enhanced CVD method include carbon monoxide, methane, ethylene, acetylene, or a mixture thereof with hydrogen or ammonia.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 grows from the surface of the catalyst particles 122a.
  • the end portion 123 located on the substrate 10 side opposite to the end portion 121 in contact with the catalyst particles 122a grows away from the substrate 10.
  • one columnar portion 120 grows on the plurality of catalyst particles 122a in the above set.
  • each of the plurality of columnar portions 120 is grown by using the above-mentioned CVD or plasma-enhanced CVD method or the like, each of the plurality of columnar portions 120 is within a desired range by appropriately selecting temperature conditions, gas conditions and the like.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 can be grown to have the length and outer diameter of. However, the specific length of each of the plurality of columnar portions 120 differs from each other depending on the gas concentration on the surface 11 of the substrate 10, the gas flow rate, and the variation in temperature.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which a plurality of columnar portions are inserted into support portions in the method for manufacturing a nanostructured aggregate according to the first embodiment.
  • the ends of each of the plurality of columnar portions 120 having a nano-sized outer diameter extending from the surface 11 of the substrate 10 opposite to the substrate 10 side. 123 is inserted into the support portion 110.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 may be chemically inserted or physically inserted into the support portion 110.
  • the specific method for inserting each of the plurality of columnar portions 120 may be appropriately selected in consideration of the dielectric coating step S4 or the first conductor layer coating step S5.
  • a plurality of columnar portions 120 may be inserted into the first support layer 111 made of a cured product of an adhesive or a metal paste.
  • a metal such as titanium or gold provided on the second support layer 112 to high heat acceleration treatment, a plurality of columnar portions 120 are adhered to the first support layer 111 made of metal, and the first support layer 111 A plurality of columnar portions 120 may be inserted inside.
  • each of the plurality of columnar portions 120 may be inserted into the first support layer 111 by press-fitting into the first support layer 111 made of, for example, a metal foil.
  • the first support layer 111 and the relatively thin columnar portion 120 can be firmly adhered to each other by the anchor effect.
  • each of the plurality of columnar portions 120 may be inserted into the first support layer 111, and each of the plurality of columnar portions 120 may be inserted so as to pierce the second support layer 112.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the substrate is peeled off from a plurality of columnar portions in the method for producing a nanostructured aggregate according to the first embodiment. As shown in FIG. 7, in the peeling step S3, the substrate 10 is peeled from the plurality of columnar portions 120 inserted inside the support portion 110.
  • the catalyst particles 122a are the particles 122 in the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the columnar portion 120 having a nano-sized outer diameter is obtained by peeling the substrate 10 from the plurality of columnar portions 120 and leaving the catalyst particles 122a attached to the end portions 121 of the plurality of columnar portions 120. It is not possible to provide the particles 122 on the end 121 of the.
  • the dielectric layer 130 is projected onto the surface of a portion of the plurality of columnar portions 120 protruding from the support portion 110, and the columnar portion 120 of the support portion 110 is projected. Cover with the surface on the side of the surface.
  • the coating method of the dielectric layer 130 is not particularly limited, and is a plating method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) method, a supercritical fluid deposition method, or sputtering. And so on.
  • the first conductor layer 140 is laminated on the dielectric layer 130.
  • the method of laminating the first conductor layer 140 is not particularly limited, and examples thereof include a plating method, an ALD method, a CVD method, a MOCVD method, a supercritical fluid deposition method, and sputtering.
  • the nanostructure assembly 100 according to the first embodiment of the present invention as shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the nanostructured assembly 100 includes a support portion 110 and a plurality of columnar portions 120.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 has a nano-sized outer diameter.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 is supported by the support portion 110 with a part located inside the support portion 110.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 extends along a direction away from the support portion 110.
  • the adhesive force between the support portion 110 and the plurality of columnar portions 120 is increased, and it is possible to prevent the plurality of columnar portions 120 having a nano-sized outer diameter from peeling off from the support portion 110.
  • nano-sized particles 122 are attached to the end 121 of each of the plurality of columnar portions 120 on the side opposite to the support portion 110 side.
  • each of the plurality of columnar portions 120 according to the present embodiment is grown from the particles 122 used as the catalyst particles 122a, and is not grown from the end portion 123 on the support portion 110 side. I understand.
  • the end portion 121 of each of the plurality of columnar portions 120 opposite to the support portion 110 side is located on a virtual plane orthogonal to the above one direction. This makes it easier to control the electrical characteristics of the electronic component when the nanostructure assembly 100 is used as the electronic component. For example, when the nanostructured assembly 100 is used as a capacitor and each of the plurality of columnar portions 120 is used as one of the counter electrodes, the capacitance of the nanostructured assembly 100 can be easily controlled.
  • the support portion 110 includes the first support layer 111.
  • Each of the plurality of columnar portions 120 and one of the first support layers 111 are made of a conductive material.
  • the first support layer 111 is directly connected to each of the plurality of columnar portions 120.
  • each of the plurality of columnar portions 120 is covered with the dielectric layer 130.
  • the first conductor layer 140 is located on the dielectric layer 130 on the side opposite to the columnar portion 120 side of the dielectric layer 130.
  • the support portion 110 is made of a conductive material. Then, in the present embodiment, in addition to the configuration, each of the plurality of columnar portions 120 is supported by the support portion 110 with a part of the columnar portions 120 located inside the support portion 110. As a result, when a component different from the nanostructure assembly 100 and a plurality of columnar portions 120 are electrically connected to each other, the electrical resistance in the conductive path can be reduced by passing through the entire support portion 110. it can.
  • the method for producing the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention includes a insertion step S2 and a peeling step S3.
  • the insertion step S2 the end 123 of each of the plurality of columnar portions 120 having a nano-sized outer diameter extending from the surface 11 of the substrate 10 and opposite to the substrate 10 side is formed by the support portion 110. Insert it inside.
  • the peeling step S3 the substrate 10 is peeled from the plurality of columnar portions 120 inserted inside the support portion 110.
  • the adhesive force between the support portion 110 and the plurality of columnar portions 120 is increased, and it is possible to prevent the plurality of columnar portions 120 having a nano-sized outer diameter from peeling off from the support portion 110.
  • the nanostructure assembly 100 when used as an electronic component, it becomes easier to control the electrical characteristics of the electronic component.
  • the nanostructure assembly 100 when used as a capacitor and each of the plurality of columnar portions 120 is used as an electrode on one side of the counter electrode, the length of each of the plurality of columnar portions 120 is exposed from the support portion 110. Since it is possible to control the capacitance, it becomes easier to control the capacitance.
  • the step S1 is further provided in which the plurality of columnar portions 120 are extended by growing the plurality of columnar portions 120 from the catalyst particles 122a located on the substrate 10. As a result, the plurality of columnar portions 120 can be efficiently grown.
  • the nanostructured assembly according to the second embodiment of the present invention is different from the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention mainly in that it includes a second conductor layer. Therefore, the description of the configuration similar to that of the nanostructured assembly 100 according to the first embodiment of the present invention will not be repeated.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the second embodiment of the present invention.
  • the second conductor layer 250 is located between each of the plurality of columnar portions 120 and the dielectric layer 130. There is.
  • the electric resistance in the conductive path is reduced by passing through the second conductor layer 250. be able to.
  • the second conductor layer 250 is also located on the surface of the support portion 110 on the protruding side of the columnar portion 120. That is, in the present embodiment, the dielectric layer 130 is laminated on the surface of the second conductor layer 250 opposite to the support portion 110 and the columnar portion 120 side. Further, the second conductor layer 250 covers the columnar portion 120 on the end portion 121 via the particles 122.
  • a material capable of forming the first conductor layer 140 can be used as the material constituting the second conductor layer 250.
  • the method for producing the nanostructured aggregate 200 according to the second embodiment of the present invention replaces the dielectric coating step S4 in the method for producing the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention as described above. It includes a step of coating the second conductor layer 250 so that the second conductor layer 250 is located, and a step of coating the dielectric layer 130 on the second conductor layer 250. Examples of the method for coating the second conductor layer 250 include the same method as the above-mentioned method for coating the first conductor layer 140.
  • the nanostructured assembly according to the third embodiment of the present invention is different from the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention mainly in that it includes a fixing portion. Therefore, the description of the configuration similar to that of the nanostructured assembly 100 according to the first embodiment of the present invention will not be repeated.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the third embodiment of the present invention.
  • a fixing portion 360 for fixing the plurality of columnar portions 120 to each other is located between the plurality of columnar portions 120.
  • the nanostructure assembly 100 receives a mechanical external force from the outside, the columnar portion 120 is suppressed from being deformed, and the stress applied to the portion where the columnar portion 120 and the support portion 110 are connected to each other is applied. Can be reduced. Therefore, it is possible to further prevent the columnar portion 120 from peeling off from the support portion 110. Further, when the length of each of the plurality of columnar portions 120 is relatively long, it is possible to suppress the columnar portion 120 from being deformed by its own weight.
  • the fixing portion 360 is located on the surface of the first conductor layer 140 opposite to the dielectric layer 130 side. Specifically, the first conductor layers 140 located so as to correspond to each of the plurality of columnar portions 120 are provided so as to be connected to each other. As a result, when the fixing portion 360 is made of a conductive material as described later, the electrical resistance of the first conductor layer 140 can be reduced. More specifically, the fixing portion 360 is positioned so as to fill the gap between the first conductor layers 140 located so as to correspond to each of the plurality of columnar portions 120.
  • the fixing portion 360 is provided so as to form the same plane as the portion of the first conductor layer 140 located on the end 121 side of each of the columnar portions 120, but the columnar portion 120
  • the length of the fixed portion 360 in the extending direction is not particularly limited.
  • the fixed portion 360 may be located only on the support portion 110 side of the virtual plane formed by the tips of the portions of the first conductor layer 140 located on the end portions 121 side of each of the columnar portions 120. Alternatively, it may be positioned so as to cover the entire first conductor layer 140.
  • the fixing portion 360 may be made of an insulating material. As a result, the fixing portion 360 can be provided while suppressing the change in the electrical characteristics of the nanostructured assembly 300. Further, the fixing portion 360 is made of an insulating material, and the fixing portion 360 forms the same plane as the portion of the first conductor layer 140 located on the end 121 side of each of the columnar portions 120. If provided, an additional conductor layer may be provided on the plane. The additional conductive layer allows the component different from the nanostructured assembly 300 and the first conductive layer 140 to be easily electrically connected to each other via the additional conductive layer.
  • the fixing portion 360 may be made of a conductive material. As a result, when the nanostructured assembly 300 and a component different from the nanostructured aggregate 300 are electrically connected to each other, the connection area can be increased, and the connection resistance can be reduced.
  • the method for producing the nanostructured aggregate 300 according to the third embodiment of the present invention further includes a step of providing the fixing portion 360 after the first conductor layer coating step S5.
  • the method of providing the fixing portion 360 is not particularly limited. As a method of providing the fixing portion 360, for example, a conventionally known film forming process can be used.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the nanostructure assembly 400 according to the fourth embodiment of the present invention at least one of the plurality of columnar portions 120 penetrates the first support layer 111 and becomes the second support layer 112. Has reached.
  • the adhesion between the columnar portion 120 penetrating the first support layer 111 and the support portion 110 is improved. Therefore, when both the support portion 110 and the columnar portion 120 are made of a conductive material, nano The equivalent series resistance of the structural assembly 400 can be reduced to improve the conductivity.
  • nanostructured aggregate 400 according to the fourth embodiment of the present invention and the nanostructured aggregate according to each of the following embodiments are the same as the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the dielectric layer 130 and the first conductor layer 140 may be provided.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the nanostructure assembly 500 according to the fifth embodiment of the present invention at least one of the plurality of columnar portions 120 penetrates the first support layer 111 and becomes the second support layer 112. As it reaches, it hits the end 123 side and is curved. As a result, the columnar portion 120 penetrating the first support layer 111 can be prevented from peeling off from the support portion 110. Further, in order to improve the adhesion between the columnar portion 120 penetrating the first support layer 111 and the support portion 110, when both the support portion 110 and the columnar portion 120 are made of a conductive material, a nanostructure is formed. The equivalent series resistance of the aggregate 400 can be reduced to improve the conductivity.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the joint surface between the first support layer 111 and the second support layer 112 has an uneven shape.
  • the adhesion between the first support layer 111 and the second support layer 112 is improved, and as a result, it is possible to prevent the plurality of columnar portions 120 from peeling off from the support portion 110.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the nanostructured aggregate according to the seventh embodiment of the present invention.
  • a part of the second support layer 112 is exposed from the first support layer 111 on the first support layer 111 side. .. Therefore, when a plurality of columnar portions 120 are inserted into the first support layer 111 during the production of the nanostructure aggregate 700, the columnar portion is formed in the portion of the support portion 110 where the first support layer 111 is exposed. 120 is not formed.
  • the atmospheric gas can be easily passed through the gap in which the columnar portion 120 is not formed on the first support layer 111 side of the support portion 110.
  • the nanostructured assembly 700 according to the present embodiment further includes a dielectric layer 130 and a first conductor layer 140 such as the nanostructured aggregate 100 according to the first embodiment of the present invention, the gap is described above.
  • the dielectric layer 130 and the first conductor layer 140 can be easily formed by passing the reaction gas through.

Abstract

支持部(１１０)と、ナノサイズの複数の柱状部(１２０)とを備えたナノ構造集合体(１００)において、柱状部が支持部から剥離することを抑制することを目的とする。　複数の柱状部(１２０)の各々は、支持部(１１０)の内部に一部が位置して支持部(１１０)に支持されている。複数の柱状部(１２０)の各々は、支持部(１１０)から離れる一方向に沿って延出している。本発明に基づくナノ構造集合体(１００)の製造方法は、基板(１０)の表面(１１)上から延在するナノサイズの外径を有する複数の柱状部(１２０)の各々の、基板(１０)側とは反対側の端部(１２３)を、支持部(１１０)の内部に差し込む差込工程(Ｓ２)と、支持部(１１０)の内部に差し込まれた複数の柱状部(１２０)から、基板(１０)を剥離する剥離工程(Ｓ３)とを備えている。

Description

ナノ構造集合体およびその製造方法
　本発明は、ナノ構造集合体およびその製造方法に関する。
　ナノ構造集合体を開示した文献として、特許第５５１１７４６号(特許文献１)および特許第５０９１２４２号(特許文献２)がある。特許文献１には、カーボン・ナノチューブを、触媒パッドから上向きにほぼ垂直方向に延びるように配向させることが記載されている。カーボン・ナノチューブは、触媒パッド上で成長する。特許文献２には、３Ｄ　ＭＩＭキャパシタが、導電材料の層で形成された下部プレートを備えていることが記載されている。下部プレートの表面上には、多数のナノファイバーが成長している。また、触媒粒子から出発してナノファイバーを成長させることが記載されている。
特許第５５１１７４６号 特許第５０９１２４２号
　特許文献１に記載されたカーボン・ナノチューブは、触媒パッドの表面上に接合されている。特許文献２に記載されたナノファイバーは、実質的には、触媒粒子を介して、下部プレートの表面上に接合されている。上記のように、従来のナノ構造集合体においては、ナノサイズの外径を有する複数の柱状部が、支持部の表面において、触媒を介して支持部に接続されている。ナノサイズの柱状部は、触媒との接着力が弱いため、支持部から剥離しやすい。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ナノサイズの外径を有する柱状部が支持部から剥離することを抑制できる、ナノ構造集合体を提供することを目的とする。
　本発明に基づくナノ構造集合体は、支持部と、複数の柱状部とを備えている。複数の柱状部の各々は、ナノサイズの外径を有している。複数の柱状部の各々は、支持部の内部に一部が位置して支持部に支持されている。複数の柱状部の各々は、支持部から離れる一方向に沿って延出している。
　本発明に基づくナノ構造集合体の製造方法は、差込工程と、剥離工程とを備えている。差込工程においては、基板の表面上から延在するナノサイズの外径を有する複数の柱状部の各々の、基板側とは反対側の端部を、支持部の内部に差し込む。剥離工程においては、支持部の内部に差し込まれた複数の柱状部から、基板を剥離する。
　ナノサイズの外径を有する柱状部が、支持部から剥離することを抑制できる。
本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１の第１変形例に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、基板上に位置する触媒から複数の柱状部を成長させた状態を示す図である。 実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、複数の柱状部を支持部に差し込んだ状態を示す図である。 実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、複数の柱状部から基板を剥離した状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態６に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態７に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。
　以下、本発明の各実施形態に係るナノ構造集合体について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　(実施形態１)
　図１は、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００は、支持部１１０と、複数の柱状部１２０と、誘電体層１３０と、第１導電体層１４０とを備えている。
　支持部１１０は、第１支持層１１１と、第２支持層１１２とを含んでいる。本実施形態において、第１支持層１１１は導電性材料で構成されている。第１支持層１１１は、たとえば、一般的な接着剤の硬化物、金属ペーストの硬化物、または、金属箔からなる。第１支持層１１１を構成する材料としては、導電性高分子、または、チタン、金、アルミニウムもしくは銅などの金属が挙げられる。
　第２支持層１１２を構成するものは、後述する製造方法によりナノ構造集合体１００が製造可能であれば特に限定されない。本実施形態において、第２支持層１１２は導電性材料で構成されている。これにより、第２支持層１１２は電極として用いてもよい。第２支持層１１２は、具体的には金属で構成されている。これにより、ナノ構造集合体１００の耐熱性が向上する。さらに、第１支持層１１１が導電性材料で構成されており、かつ、第２支持層１１２が導電性材料で構成されることにより、ナノ構造集合体１００とは異なる部品と、複数の柱状部１２０とを互いに電気的に接続させるときに、第１支持層１１１に接触する複数の柱状部１２０と第１支持層１１１に接触する第２支持層１１２を介することにより、電気抵抗を小さくすることができる。このように、本実施形態においては、支持部１１０全体が導電性材料で構成されている。
　第２支持層１１２は、板状または箔状の外形を有していてもよい。第２支持層１１２は、たとえば、アルミニウム箔または銅箔などの金属箔でもよいし、セラミックスで構成されていてもよい。また、第２支持層１１２の内部には、第１支持層１１１または複数の柱状部１２０と、ナノ構造集合体１００とは異なる部品とを互いに電気的に接続するための電極または配線が設けられていてもよい。
　複数の柱状部１２０の各々は、ナノサイズの外径を有している。本明細書において、ナノサイズとは、たとえば、０．１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを意味する。複数の柱状部１２０の各々は、導電性材料、半導体材料、または、絶縁性材料のいずれで構成されていてもよい。本実施形態において、複数の柱状部１２０の各々は、導電性材料で構成されている。また、複数の柱状部１２０の各々は、筒状であってもよいし、有底筒状であってもよい。複数の柱状部１２０の各々は、たとえば、カーボンナノファイバー、ＺｎＯなどで構成される他のナノファイバー、ＺｎＯ、ＧａＮもしくはヘマタイトなどで構成されるナノロッドまたはナノワイヤからなる。本実施形態において、複数の柱状部１２０の各々は、具体的にはカーボンナノチューブからなり、より具体的には、複数の柱状部１２０の各々は、たとえば１００本～２００本の、複数のカーボンナノチューブからなる。
　本実施形態において、カーボンナノチューブのカイラリティは特に限定されない。カーボンナノチューブは、半導体型または金属型でもよく、カーボンナノチューブは、半導体型と金属型の両方を含んでいてもよい。電気抵抗の観点から、カーボンナノチューブは、半導体型と比較して金属型の比率が高いことが好ましい。
　本実施形態において、カーボンナノチューブを構成する層の数は特に限定されない。カーボンナノチューブは、１層で構成されるＳＷＣＮＴ(Single　Wall　Carbon　Nanotube）でもよいし、２層以上で構成されるＭＷＣＮＴ(Multiwall　Carbon　Nanotube）でもよい。
　複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０の内部に一部が位置して支持部１１０に支持されている。本実施形態において、複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０のうち第１支持層１１１の内部に一部が位置して支持部１１０に支持されている。このため、本実施形態において、導電性材料で構成された第１支持層１１１は、複数の柱状部１２０の各々に直接電気的に接続されている。
　複数の柱状部１２０のうち少なくとも１つの柱状部１２０が、第１支持層１１１を貫通していてもよい。このとき、第１支持層１１１を貫通する柱状部１２０は、第２支持層１１２の第１支持層１１１側の面と接触していてもよいし、第２支持層１１２の内部に一部が位置していてもよい。第１支持層１１１を貫通する柱状部１２０の一部が第２支持層１１２の内部に位置している場合、柱状部１２０をより強固に支持することができ、柱状部１２０が支持部１１０から剥離することをさらに抑制できる。
　複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０から離れる一方向に沿って延出している。複数の柱状部１２０の各々の長さは、互いに異なっている。複数の柱状部１２０の各々の長さは特に限定されない。複数の柱状部１２０の各々の長さは、たとえば、後述するキャパシタの対向電極の一方側として用いる場合においては、複数の柱状部１２０の延在方向に直交する面方向における面積あたりの容量密度の観点から、長いことが好ましい。複数の柱状部１２０の各々の長さは、たとえば、数μｍ以上、２０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、５００μｍ以上、７５０μｍ以上、１０００μｍ以上、または、２０００μｍ以上である。
　複数の柱状部１２０の各々の支持部１１０側とは反対側の端部１２１は、上記一方向に直交する仮想的な平面上に位置している。また、後述するナノ構造集合体１００の製造方法の観点から、第１支持層１１１の厚さの寸法は、複数の柱状部１２０のうち最も長い柱状部１２０の長さと、最も短い柱状部１２０の長さとの差の寸法より大きいことが好ましい。
　複数の柱状部１２０の各々の支持部１１０側とは反対側の端部１２１には、ナノサイズの粒子１２２が付着している。より具体的には、１つの端部１２１に、複数のナノサイズの粒子１２２が付着している。粒子１２２を構成する材料としては、たとえば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、または、これらを用いた化合物などの合金などが挙げられる。
　複数の柱状部１２０の各々は、誘電体層１３０で覆われている。本実施形態においては、複数の柱状部１２０の各々に覆われた誘電体層１３０が、支持部１１０上で互いに連続するように位置している。誘電体層１３０は、端部１２１上において、粒子１２２を介して柱状部１２０を覆っている。誘電体層１３０を構成する材料は、特に限定されないが、たとえば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛、または、これらの組み合わせが挙げられる。
　誘電体層１３０の柱状部１２０側とは反対側において、誘電体層１３０上には、第１導電体層１４０が位置している。すなわち、第１導電体層１４０は、誘電体層１３０を間に挟んで柱状部１２０と対向するように位置している。また、第１導電体層１４０は、誘電体層１３０を挟んで支持部１１０と対向するようにも位置している。第１導電体層１４０を構成する材料は特に限定されず、たとえば、銀、金、銅、白金もしくはアルミなどの金属、または、これらを含む合金などが挙げられる。
　本実施形態に係るナノ構造集合体１００は、たとえば、支持部１１０および複数の柱状部１２０を一方の電極、第１導電体層１４０を他方の電極として、これら一対の電極が誘電体層１３０を挟み込んでいるため、キャパシタ等の蓄電デバイスとして用いることができる。また、本実施形態に係るナノ構造集合体１００は、一部の構成を変更することで、キャパシタ以外のデバイスとしても適用可能である。
　図２は、本発明の実施形態１の第１変形例に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図２に示すように、本発明の実施形態１の第１変形例に係るナノ構造集合体１００Ａにおいては、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００に対して、第１導電体層１４０を備えておらず、かつ、誘電体層１３０に代えて被覆層１３０Ａを備えている点で異なる。
　本変形例において、被覆層１３０Ａが圧電材料で構成されている場合には、本変形例に係るナノ構造集合体１００Ａは、たとえば機械エネルギー変換による発電デバイス、または、力学センサとして用いることができる。この場合、ナノ構造集合体１００Ａにおいて、柱状部１２０の屈曲により圧電材料で構成された被覆層１３０Ａも屈曲するため、電力が生じる。なお、上記のように被覆層１３０Ａが圧電材料で構成されている場合、被覆層１３０Ａは、複数の被覆層として、互いに離間して、複数の柱状部１２０と１対１で対応するように複数の柱状部１２０を被覆していてもよい。被覆層１３０Ａが、いわゆるｐｎ接合された半導体層である場合、複数の柱状部１２０がｐドープされたカーボンチューブからなり、かつ、被覆層１３０Ａがｎドープされた半導体層からなる場合、または、複数の柱状部１２０がｎドープされたカーボンナノチューブからなり、かつ、被覆層１３０Ａがｐドープされた半導体層からなる場合には、本変形例に係るナノ構造集合体１００Ａは、たとえば光エネルギー変換による発電デバイス、光センサ、受光素子、または、発光素子として用いることができる。この場合、ナノ構造集合体１００Ａにおいては、被覆層１３０Ａに光が照射されることで電力が生じる、または、被覆層１３０Ａに電気を流すことで被覆層１３０Ａが発光する。
　図３は、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図３に示すように、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂは、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００に対して、誘電体層１３０および第１導電体層１４０を備えていない点で異なる。
　本変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂは、たとえば、アンテナ、電磁シールド、接着テープ、または放熱部材などに用いることができる。ナノ構造集合体１００Ｂをアンテナとして用いる場合には、ナノ構造集合体１００Ｂは、ナノ構造集合体１００Ｂの柱状部１２０側において電波を送受信する。ナノ構造集合体１００Ｂを電磁シールドとして用いる場合には、ナノ構造集合体１００Ｂは、ナノ構造集合体１００Ｂの柱状部１２０側から支持部１１０側の方向に向かって伝搬する電磁波を柱状部１２０側で遮蔽する。ナノ構造集合体１００Ｂを接着テープとして用いる場合には、ナノ構造集合体１００Ｂの柱状部１２０側が接着側となり、被接着部材と、当該被接着部材に嵌まり込んだ複数の柱状部１２０とが、分子間力により互いに接着する。ナノ構造集合体１００Ｂを放熱部材として用いる場合には、支持部１１０の柱状部１２０側とは反対側の面上に発熱部品を接触させることで、ナノ構造集合体１００Ｂは、上記発熱部品から伝わった熱を、柱状部１２０側において放出する。
　以下、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法について説明する。図４は、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法を示すフローチャートである。図４に示すように、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００の製造方法は、成長工程Ｓ１と、差込工程Ｓ２と、剥離工程Ｓ３と、誘電体被覆工程Ｓ４と、第１導電体層被覆工程Ｓ５とをこの順で備えている。
　図５は、実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、基板上に位置する触媒から複数の柱状部を成長させた状態を示す図である。図５に示すように、成長工程Ｓ１においては、基板１０上に位置する触媒粒子１２２ａから、複数の柱状部１２０を成長させることにより、複数の柱状部１２０を延在させる。
　基板１０を構成する材料は特に限定されない。基板１０を構成する材料としては、たとえば、酸化シリコン、シリコン、ガリウム砒素、アルミニウム、または、ＳＵＳなどが挙げられる。
　基板１０の表面１１上には、複数の柱状部１２０を成長させる前に、予め触媒粒子１２２ａを配置する。本実施形態においては、複数の触媒粒子１２２ａを１組として、組同士が互いに離間するように、複数組の複数の触媒粒子１２２ａを配置する。すなわち、図５においては、複数の触媒粒子１２２ａを１つずつ示しているのでなはく、１組あたり複数の触媒粒子１２２ａで構成される、複数の組を１つずつ示している。
　触媒粒子１２２ａは、柱状部１２０がカーボンナノチューブである場合はたとえばＦｅ、ＮｉまたはＣｏなどからなり、柱状部１２０がＺｎＯで構成されている場合はたとえばＰｔまたはＡｕなどからなる。触媒粒子１２２ａを配置する方法としては、ＣＶＤ(Chemical　Vapor　Deposition)、スパッタリングまたはＰＶＤ(Physical　Vapor　Deposition)と、リソグラフィまたはエッチングなどとを組み合わせることが挙げられる。
　複数の柱状部１２０の成長方法は特に限定されない。本実施形態において、複数の柱状部１２０は、ＣＶＤまたはプラズマ強化ＣＶＤ法などを用いて成長させることができる。ＣＶＤまたはプラズマ強化ＣＶＤ法において使用するガスとしては、一酸化炭素、メタン、エチレン、アセチレン、または、これらと水素あるいはアンモニアの混合物などが挙げられる。
　複数の柱状部１２０の各々は、触媒粒子１２２ａの表面から成長する。基板１０側において触媒粒子１２２ａに接する端部１２１とは反対側に位置する端部１２３が、基板１０から離れていくように、成長する。本実施形態においては、上記１組の複数の触媒粒子１２２ａに対して、１つの柱状部１２０が成長する。
　複数の柱状部１２０の各々を、上記ＣＶＤまたはプラズマ強化ＣＶＤ法などを用いて成長させる場合、温度条件およびガス条件などを適宜選択することで、複数の柱状部１２０の各々が、所望の範囲内の長さおよび外径を有するように複数の柱状部１２０の各々を成長させることができる。ただし、複数の柱状部１２０の各々の具体的な長さは、基板１０の表面１１上におけるガスの濃度、ガスの流量、温度のばらつきによって、互いに異なる。
　図６は、実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、複数の柱状部を支持部に差し込んだ状態を示す図である。図６に示すように、差込工程Ｓ２においては、基板１０の表面１１上から延在するナノサイズの外径を有する複数の柱状部１２０の各々の、基板１０側とは反対側の端部１２３を、支持部１１０の内部に差し込む。複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０に対して、化学的に差し込んでもよいし、物理的に差し込んでもよい。複数の柱状部１２０の各々を差し込む具体的な方法は、誘電体被覆工程Ｓ４または第１導電体層被覆工程Ｓ５を考慮して適宜選択すればよい。
　化学的に差し込む場合においては、たとえば、第２支持層１１２上に設けられた接着剤または金属ペーストに複数の柱状部１２０の各々を付着させた後、上記の接着剤または金属ペーストを硬化させることにより、接着剤または金属ペーストの硬化物で構成される第１支持層１１１の内部に複数の柱状部１２０を差し込んでもよい。第２支持層１１２上に設けられたチタンや金などの金属を高熱加速処理することで、複数の柱状部１２０を、金属からなる第１支持層１１１に接着させるとともに、第１支持層１１１の内部に複数の柱状部１２０を差し込んでもよい。
　物理的に差し込む場合においては、たとえば、複数の柱状部１２０の各々を、たとえば金属箔からなる第１支持層１１１に圧入することで、第１支持層１１１に差し込んでもよい。圧入によって差し込むことにより、第１支持層１１１と、比較的細い柱状部１２０とを、アンカー効果により強固に互いに接着させることができる。
　第１支持層１１１の厚さの寸法が、複数の柱状部１２０うち最も長い柱状部１２０の長さと、最も短い柱状部１２０の長さとの差の寸法より大きい場合は、当該差込工程Ｓ２において、複数の柱状部１２０の各々の、支持部１１０から表出している部分の長さを容易に揃えることができる。なお、複数の柱状部１２０の各々を第１支持層１１１に差し込むとともに、複数の柱状部１２０の各々を第２支持層１１２に突き刺すように差し込んでもよい。
　図７は、実施形態１に係るナノ構造集合体の製造方法において、複数の柱状部から基板を剥離した状態を示す図である。図７に示すように、剥離工程Ｓ３においては、支持部１１０の内部に差し込まれた複数の柱状部１２０から、基板１０を剥離する。
　基板１０を複数の柱状部１２０から剥離した後においても、複数の柱状部１２０の端部１２１には、触媒粒子１２２ａが付着したままになっている。この触媒粒子１２２ａが、図１に示す本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００における粒子１２２となる。なお、複数の柱状部１２０から、基板１０を剥離して、複数の柱状部１２０の端部１２１に触媒粒子１２２ａを付着させたままにすること以外によって、ナノサイズの外径を有する柱状部１２０の端部１２１上に粒子１２２を設けることは不可能である。
　誘電体被覆工程Ｓ４においては、図１に示すように、誘電体層１３０を、複数の柱状部１２０のうち支持部１１０から突出している部分の表面上と、支持部１１０の柱状部１２０が突出している側の面上とに被覆する。誘電体層１３０の被覆方法は特に限定されず、めっき法、ＡＬＤ(Atomic　Layer　Deposition)法、ＣＶＤ(Chemical　Vapor　Deposition)法、ＭＯＣＶＤ(Metalorganic　Chemical　Vapor　Deposition）法、超臨界流体成膜法、またはスパッタリングなどが挙げられる。
　第１導電体層被覆工程Ｓ５においては、図１に示すように、第１導電体層１４０を、誘電体層１３０上に積層する。第１導電体層１４０を積層する方法は特に限定されず、めっき法、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、超臨界流体成膜法、または、スパッタリングなどが挙げられる。
　上記の工程により、図１に示すような本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００が製造される。
　上記のように、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００は、支持部１１０と、複数の柱状部１２０とを備えている。複数の柱状部１２０の各々は、ナノサイズの外径を有している。複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０の内部に一部が位置して支持部１１０に支持されている。複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０から離れる一方向に沿って延出している。
　これにより、支持部１１０と複数の柱状部１２０との接着力が高くなり、ナノサイズの外径を有する複数の柱状部１２０が、支持部１１０から剥離することを抑制できる。
　本実施形態においては、複数の柱状部１２０の各々の支持部１１０側とは反対側の端部１２１には、ナノサイズの粒子１２２が付着している。これにより、本実施形態に係る複数の柱状部１２０の各々は、触媒粒子１２２ａとして用いられた粒子１２２から成長させたものであり、支持部１１０側の端部１２３から成長させたものではないことがわかる。
　本実施形態においては、複数の柱状部１２０の各々の支持部１１０側とは反対側の端部１２１は、上記一方向に直交する仮想的な平面上に位置している。これにより、ナノ構造集合体１００を電子部品として用いる場合に、電子部品の電気特性を制御しやすくなる。たとえば、ナノ構造集合体１００をキャパシタとして用い、かつ、複数の柱状部１２０の各々を対向電極の１つとしたときに、ナノ構造集合体１００の静電容量を制御しやすくなる。
　本実施形態において、支持部１１０は、第１支持層１１１を含んでいる。複数の柱状部１２０の各々、および第１支持層１１１のいずれか一方は、導電性材料で構成されている。第１支持層１１１は、複数の柱状部１２０の各々に直接接続されている。これにより、ナノ構造集合体１００の複数の柱状部１２０で生じた熱を、第１支持層１１１を通じて効果的に外部に放熱することができる。
　本実施形態においては、複数の柱状部１２０の各々は、誘電体層１３０で覆われている。誘電体層１３０の柱状部１２０側とは反対側において、誘電体層１３０上には、第１導電体層１４０が位置している。これにより、ナノ構造集合体１００を、容量密度の高いキャパシタとして用いることができる。
　本実施形態においては、支持部１１０は、導電性材料で構成されている。そして、本実施形態においては、当該構成に加え、複数の柱状部１２０の各々は、支持部１１０の内部に一部が位置して支持部１１０に支持されている。これにより、ナノ構造集合体１００とは異なる部品と、複数の柱状部１２０とを互いに電気的に接続させるときに、支持部１１０全体を介することにより、当該導電経路における電気抵抗を低下させることができる。
　本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００の製造方法は、差込工程Ｓ２と、剥離工程Ｓ３とを備えている。差込工程Ｓ２においては、基板１０の表面１１上から延在するナノサイズの外径を有する複数の柱状部１２０の各々の、基板１０側とは反対側の端部１２３を、支持部１１０の内部に差し込む。剥離工程Ｓ３においては、支持部１１０の内部に差し込まれた複数の柱状部１２０から、基板１０を剥離する。
　これにより、支持部１１０と複数の柱状部１２０との接着力が高くなり、ナノサイズの外径を有する複数の柱状部１２０が、支持部１１０から剥離することを抑制できる。さらには、ナノ構造集合体１００を電子部品として用いる場合に、電子部品の電気特性を制御しやすくなる。たとえば、ナノ構造集合体１００をキャパシタとして用い、かつ、複数の柱状部１２０の各々を対向電極の一方側の電極としたときに、複数の柱状部１２０の各々が支持部１１０から表出する長さを制御できるため、静電容量を制御しやすくなる。
　本実施形態においては、基板１０上に位置する触媒粒子１２２ａから、複数の柱状部１２０を成長させることにより、複数の柱状部１２０を延在させる工程Ｓ１をさらに備える。これにより、効率よく複数の柱状部１２０を成長させることができる。
　(実施形態２)
　以下、本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体は、第２導電体層を備える点が主に、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００と異なる。よって、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図８は、本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図８に示すように、本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体２００においては、複数の柱状部１２０の各々と誘電体層１３０との間に、第２導電体層２５０が位置している。これにより、ナノ構造集合体２００とは異なる部品と、複数の柱状部１２０とを互いに電気的に接続させるときに、第２導電体層２５０を介することにより、当該導電経路における電気抵抗を低下させることができる。
　本実施形態においては、支持部１１０の柱状部１２０が突出している側の面上にも、第２導電体層２５０が位置している。すなわち、本実施形態においては、誘電体層１３０が、第２導電体層２５０の支持部１１０および柱状部１２０側とは反対側の面上に積層されている。また、第２導電体層２５０は、端部１２１上において、粒子１２２を介して柱状部１２０を覆っている。第２導電体層２５０を構成する材料としては、第１導電体層１４０を構成できる材料を用いることができる。
　また、本発明の実施形態２に係るナノ構造集合体２００の製造方法は、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００の製造方法における誘電体被覆工程Ｓ４に代えて、上述のように第２導電体層２５０が位置するように、第２導電体層２５０を被覆する工程と、第２導電体層２５０上に誘電体層１３０を被覆する工程とを備えている。第２導電体層２５０を被覆する方法としては、第１導電体層１４０を被覆する上述の方法と同様の方法が挙げられる。
　(実施形態３)
　以下、本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体は、固定部を備える点が主に、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００と異なる。よって、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図９は、本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図９に示すように、本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体３００において、複数の柱状部１２０同士の間には、複数の柱状部１２０同士を互いに固定する固定部３６０が位置している。これにより、ナノ構造集合体１００が外部から機械的外力を受けたときに、柱状部１２０が変形することを抑制し、柱状部１２０と支持部１１０とが互いに接続している部分に加わる応力を低減できる。よって、柱状部１２０が支持部１１０から剥離することをさらに抑制できる。また、複数の柱状部１２０の各々の長さが比較的長い場合には、柱状部１２０が自重により変形することを抑制できる。
　本実施形態においては、第１導電体層１４０の誘電体層１３０側とは反対側の面上に固定部３６０が位置している。具体的には、複数の柱状部１２０の各々に対応するように位置する第１導電体層１４０同士を、互いに接続するように設けられている。これにより、固定部３６０が後述するように導電性材料で構成されている場合には、第１導電体層１４０の電気抵抗を低減することができる。より具体的には、固定部３６０は、複数の柱状部１２０の各々に対応するように位置する第１導電体層１４０同士の隙間を埋めるように位置している。
　本実施形態において、固定部３６０は、第１導電体層１４０のうち柱状部１２０の各々の端部１２１側に位置する部分と共に同一平面を構成するように設けられているが、柱状部１２０の延在方向における固定部３６０の長さは特に限定されない。固定部３６０は、第１導電体層１４０のうち、複数の柱状部１２０の各々の端部１２１側に位置する部分の先端で構成される仮想平面より、支持部１１０側にのみ位置してもよいし、第１導電体層１４０全体を覆うように位置してもよい。
　固定部３６０は、絶縁性材料で構成されていてもよい。これにより、ナノ構造集合体３００の電気特性の変化を抑制しつつ、固定部３６０を設けることができる。また、固定部３６０が絶縁性材料で構成されるとともに、固定部３６０が、第１導電体層１４０のうち柱状部１２０の各々の端部１２１側に位置する部分と共に同一平面を構成するように設けられている場合、上記平面上に追加の導電体層を設けてもよい。追加の導電層により、ナノ構造集合体３００とは異なる部品と、第１導電体層１４０とを、追加の導電体層を介して、容易に、互いに電気的に接続させることができる。
　固定部３６０は、導電性材料で構成されていてもよい。これにより、ナノ構造集合体３００と、ナノ構造集合体３００とは異なる部品とを、互いに電気的に接続させる場合において、接続面積を増やすことができ、ひいては、接続抵抗を低下させることができる。
　本発明の実施形態３に係るナノ構造集合体３００の製造方法においては、第１導電体層被覆工程Ｓ５の後に、固定部３６０を設ける工程をさらに備える。固定部３６０を設ける方法は特に限定されない。固定部３６０を設ける方法としては、たとえば従来公知の成膜プロセスを用いることができる。
　(実施形態４)
　以下、本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体は、複数の柱状部の構成が、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと異なる。よって、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１０は、本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図１０に示すように、本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体４００においては、複数の柱状部１２０のうちの少なくとも１つが、第１支持層１１１を貫通して第２支持層１１２に達している。これにより、第１支持層１１１を貫通する柱状部１２０と支持部１１０との密着性が向上するため、支持部１１０および柱状部１２０の両方が導電性材料で構成されている場合には、ナノ構造集合体４００の等価直列抵抗を低減して、導電性を向上することができる。
　なお、本発明の実施形態４に係るナノ構造集合体４００、および、以下に示す各実施形態に係るナノ構造集合体は、いずれも、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００のような誘電体層１３０および第１導電体層１４０を備えていてもよい。
　(実施形態５)
　以下、本発明の実施形態５に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態５に係るナノ構造集合体は、複数の柱状部の構成が、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと異なる。よって、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１１は、本発明の実施形態５に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図１１に示すように、本発明の実施形態５に係るナノ構造集合体５００においては、複数の柱状部１２０のうちの少なくとも１つが、第１支持層１１１を貫通して第２支持層１１２に達するとともに、端部１２３側に当たって湾曲している。これにより、第１支持層１１１を貫通する柱状部１２０は、支持部１１０から剥離することを抑制できる。また、第１支持層１１１を貫通する柱状部１２０と支持部１１０との密着性が向上するため、支持部１１０および柱状部１２０の両方が導電性材料で構成されている場合には、ナノ構造集合体４００の等価直列抵抗を低減して、導電性を向上することができる。
　(実施形態６)
　以下、本発明の実施形態６に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態６に係るナノ構造集合体は、支持部の構成が、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと異なる。よって、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１２は、本発明の実施形態６に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図１２に示すように、本発明の実施形態６に係るナノ構造集合体６００においては、第１支持層１１１と第２支持層１１２との接合面が凹凸形状を有している。これにより、第１支持層１１１と第２支持層１１２との密着性が向上し、結果として、複数の柱状部１２０が支持部１１０から剥離することを抑制できる。
　(実施形態７)
　以下、本発明の実施形態７に係るナノ構造集合体について説明する。本発明の実施形態７に係るナノ構造集合体は、支持部の構成が、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと異なる。よって、本発明の実施形態１の第２変形例に係るナノ構造集合体１００Ｂと同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１３は、本発明の実施形態７に係るナノ構造集合体の構成を示す断面図である。図１３に示すように、本発明の実施形態７に係るナノ構造集合体７００においては、第２支持層１１２の一部が、第１支持層１１１側において第１支持層１１１から露出している。このため、ナノ構造集合体７００の製造の際に複数の柱状部１２０を第１支持層１１１に差し込んだ時に、支持部１１０のうち第１支持層１１１が露出している部分には、柱状部１２０が形成されない。このように支持部１１０の第１支持層１１１側において柱状部１２０が形成されていない隙間においては、容易に雰囲気ガスを通過させることができる。したがって、本実施形態に係るナノ構造集合体７００が、本発明の実施形態１に係るナノ構造集合体１００のような誘電体層１３０および第１導電体層１４０をさらに備える場合には、上記隙間に反応ガスを通過させることにより、誘電体層１３０および第１導電体層１４０を容易に形成することができる。
　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　基板、１１　表面、１００，１００Ａ，１００Ｂ，２００，３００，４００，５００，６００，７００　ナノ構造集合体、１１０　支持部、１１１　第１支持層、１１２　第２支持層、１２０　柱状部、１２１，１２３　端部、１２２　粒子、１２２ａ　触媒粒子、１３０　誘電体層、１３０Ａ　被覆層、１４０　第１導電体層、２５０　第２導電体層、３６０　固定部。

Claims (12)

  1. 　支持部と、
    　前記支持部の内部に一部が位置して前記支持部に支持されており、前記支持部から離れる一方向に沿って延出し、かつ、ナノサイズの外径を有する、複数の柱状部とを備える、ナノ構造集合体。
  2. 　前記複数の柱状部の各々の支持部側とは反対側の端部には、ナノサイズの粒子が付着している、請求項１に記載のナノ構造集合体。
  3. 　前記複数の柱状部の各々の支持部側とは反対側の端部は、前記一方向に直交する仮想的な平面上に位置している、請求項１または請求項２に記載のナノ構造集合体。
  4. 　前記支持部は、第１支持層を含み、
    　前記複数の柱状部の各々、および、前記第１支持層のいずれか一方は、導電性材料で構成されており、
    　前記第１支持層は、前記複数の柱状部の各々に直接接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のナノ構造集合体。
  5. 　前記複数の柱状部の各々は、導電性材料で構成されており、
    　前記複数の柱状部の各々は、誘電体層で覆われており、
    　前記誘電体層の柱状部側とは反対側において、前記誘電体層上には、第１導電体層が位置している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のナノ構造集合体。
  6. 　前記複数の柱状部の各々と前記誘電体層との間に、第２導電体層が位置している、請求項５に記載のナノ構造集合体。
  7. 　前記複数の柱状部同士の間には、前記複数の柱状部同士を互いに固定する固定部が位置している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のナノ構造集合体。
  8. 　前記固定部は、絶縁性材料で構成されている、請求項７に記載のナノ構造集合体。
  9. 　前記固定部は、導電性材料で構成されている、請求項７に記載のナノ構造集合体。
  10. 　前記支持部は、導電性材料で構成されている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のナノ構造集合体。
  11. 　基板の表面上から延在するナノサイズの外径を有する複数の柱状部の各々の、基板側とは反対側の端部を、支持部の内部に差し込む工程と、
    　前記支持部の内部に差し込まれた前記複数の柱状部から、前記基板を剥離する工程とを備える、ナノ構造集合体の製造方法。
  12. 　前記基板上に位置する触媒粒子から、前記複数の柱状部を成長させることにより、前記複数の柱状部を延在させる工程をさらに備える、請求項１１に記載のナノ構造集合体の製造方法。
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