【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1167
利用課題名 / Title
カーボンナノチューブ構造制御に向けた成長素過程の速度論
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,ナノチューブ/ Nanotube、CNT,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,ナノチューブ/ Nanotube,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
丸山 茂夫
所属名 / Affiliation
東京大学工学系研究科機械工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
藤原隆二,大塚慶吾
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
太田悦子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-504：光リソグラフィ装置MA-6
UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-900：ステルスダイサー
UT-501：卓上アッシング装置
UT-863：大面積走査プローブ顕微鏡Dimension ICON
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
カーボンナノチューブ(CNT)はナノ炭素物質であり、そのカイラリティの違いにより半導体と金属のどちらかの性質を持つことが知られている。半導体CNTはキャリアの移動度の高さとともに、CNTの直径の小ささから短チャネル効果を抑制することができ[1]、次世代の半導体材料として期待されている。しかし、工業利用のためには99.9999%の半導体CNTの選択合成が必要であり、長年にわたり合成条件の選択による試行錯誤と生成物分析が行われてきたが、その水準には達することができていない。本研究では、従来の研究とは違いCNTの成長プロセスの詳細な解析を行い，カーボンナノチューブ（CNTの）選択成長のメカニズムを実験的・理論的に解明し，一般的な合成環境における効率的な選択合成条件の探索手法を確立することを目指す．半導体CNTの選択性を示している合成温度[2]に着目し，選択成長のメカニズムを解明することを目的としている．
実験 / Experimental
単結晶水晶基板に光リソグラフィと真空蒸着法を用い、ライン上に金属触媒を堆積させ、CVD(Chemical vapor deposition)装置によりCNTを成長させる。炭素源にエタノールを使用しており，同位体のエタノールをパルス状に導入することで，合成後にラマン測定を行うことで個々のCNTの成長速度を追跡できるようにした．また，合成温度を図1のように800℃から875℃へ昇温および，875℃から800℃への降温を行うことで，合成温度がCNTの成長速度及び，成長停止タイミングにどのような影響があるかを同一のCNTにおいて分析可能とした．
結果と考察 / Results and Discussion
合成した水平配向CNTの成長速度及び成長停止タイミングを個々のCNTに対して求めた．図2が各合成温度における金属CNTと半導体CNTの成長速度を示したものである．合成温度をが上昇するとともに，金属CNT，半導体CNTともに成長速度が上昇していることがわかる．一方で，成長速度の有意な差はないことが分かった．図3は金属CNTと半導体CNTの成長停止数を時間毎に表したものである．875℃付近において金属CNT，半導体CNTともに成長停止数が最も多いことがわかる．また金属CNTの成長停止比率が半導体CNTの成長停止比率に比べ大きいことが分かった．この成長停止プロセスが半導体CNT比率の上昇に寄与していると考えられる．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 合成温度の時間推移及び，同位体炭素源の導入タイミング
図２ 半導体型CNT(s-CNT)および金属型CNT(m-CNT9の各合成温度における成長速度分布
図3 半導体型(s-CNT)および金属型CNT(m-CNT)の時間毎の成長停止数
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] C. Qiu et al., Science, 355, 271 (2017). [2]X. Zhao et al., Nano Res., 16, 11, 12720 (2023).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 藤原隆二, 丸山茂夫, 大塚慶吾, "温度変調下における半導体型および金属型カーボンナノチューブの成長速度追跡”, 2024年度第85回応用物理学会秋季講演会, 令和6年9月17日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件