【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
24UT1168
利用課題名 / Title
高純度半導体カーボンナノチューブおよびその電子デバイスの作製
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）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
CNT、カイラリティ,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,エレクトロデバイス/ Electronic device,ナノチューブ/ Nanotube
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
渡邉 魁,大塚 慶吾
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
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-900：ステルスダイサー
UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-504：光リソグラフィ装置MA-6
UT-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置 (2018)
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)はカイラリティにより金属または半導体の電子構造を持つ 1 次元材料であり、微細化に伴う短チャネル効果を抑制できることから[1]、次世代の半導体チャネル材料の候補の一つに挙げられている。その実用化には、高密度の純半導体 CNT アレイを得る技術が重要となる。例えば、半導体・金属 CNT のバンドギャップの有無に対応する赤外吸収スペクトルの差異を利用した金属 CNTの選択除去法の報告がある[2]。赤外光照射により有機分子薄膜下の CNT を加熱し、分子膜内の温度勾配表面張力流に伴い金属 CNT 上に分子膜のトレンチが形成されるため、一方のみをエッチングできる。本研究ではこれを発展させ、個々の CNT のカイラリティが持つ光吸収ピークの差異に注目した半導体 CNTの直径選別に向けて、照射波長を連続的に変えた際に生じるトレンチの深さを軸方向に追跡することで、基板上の単一 CNT から光吸収スペクトルを得ることを目的とする。
実験 / Experimental
金属マーカー付きSi基板をEBリソグラフィー装置(F5112)を用いて作製し、水平配向CNTを転写した。その上に有機分子薄膜25 nmを蒸着することで試料を作製した。スポット径2.9 μmの白色レーザーのカットオフ波長を1450, 1500, 1550 nmと変化させながら基板に照射しトレンチ形成を試みた。
結果と考察 / Results and Discussion
Figure 1a に示すように、シリコン基板上で孤立配向した CNT 上にトレンチが形成されることを確認した。深さの違いは、レーザーの強度プロファイルや波長域における CNT 光吸収などを反映している。また、波長可変ロングパスフィルターを用いて、同一のCNT アレイに沿ってカットオフ波長を変化させた際のトレンチ深さ変化を観察した。カットオフ波長とともに徐々に深さが減少する CNT に加え(■)、1500 nmにおいて深さが急減するCNT(▲,▼)、1550 nm において深さが急減する CNT(●,◆)といった違いがみられた(Fig. 1b)。
トレンチ深さがCNTによる光吸収と発熱を可視化する指標であることから確認された深さ変化の応答について、徐々に深さが減少する様子は金属CNTのドルーデ応答を、深さが急減する様子は半導体CNTのバンドギャップに相当する吸収ピークの存在を示唆し、しかもCNTのカイラリティによってそのピーク波長が異なることを意味しているといえる。
本実験で得られた結果を応用することで、基板上に配向するCNTの詳細な吸収スペクトルの導出、それを利用したCNTの直系選別除去が可能であると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 薄膜上に形成されたトレンチのAFM像 (a)とカットオフ波長ごとの各CNT上のトレンチ深さ (b)
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] F. Du. et.al., ACS Nano 8, 12641 (2014).
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.
- 渡邉魁 他, "光誘起ナノスケール熱対流を利用した単一カーボンナノチューブの 赤外分光とカイラリティ分離", 応用物理学会 (東京) 令和7年3月15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