スパッタ法によるアルカリ金属ドープカーボンニノチューブ形成メカニズムの研究

本研究では、従来のRFマグネトロンスパッタ法に熱フィラメントの設置、基板バイアス電圧の印加、ドーパントとして期待される窒素ガスの導入など、スパッタ法をカーボンナノチューブ合成に応用するための装置の開発を行い、スパッタ法によるナノチューブの成長メカニズムの提案をおこなった。スパッタ法によるナノチューブの成長機構として、(1)触媒金属微粒子がナノチューブの核として成長する、(2)適切なエネルギーをもったカーボン粒子が触媒金属微粒子に供給される、(3)カーボンが析出すると同時に微粒子が持ち上げられナノチューブとして成長する、と考えている。これら一連の成長過程において窒素の効果が提案された。すなわち、(1)RFプラズマ中の窒素イオンは、プラズマと基板との間のポテンシャル差によって、エネルギーを与えられ、基板に照射される。(2)基板への適度なエネルギーの供給によってカーボンナノチューブが成長する。また、窒素は、ナノチューブの密度制御に有効であることを明らかにした。窒素によるナノチューブの密度制御は、従来の密度制御手法(フッ酸処理、プラズマ処理、触媒金属の膜厚制御など)とは異なる新しい手法である。本手法は、スパッタ法という応用に適した成長法であることに加えて、窒素が、ドーパントとして働くことが期待され、カーボンナノチューブの電気的特性を制御できる可能性が大きい。

本研究では、従来のRFマグネトロンスパッタ法に熱フィラメントの設置、基板バイアス電圧の印加、ドーパントとして期待される窒素ガスの導入など、スパッタ法をカーボンナノチューブ合成に応用するための装置の開発を行い、スパッタ法によるナノチューブの成長メカニズムの提案をおこなった。スパッタ法によるナノチューブの成長機構として、(1)触媒金属微粒子がナノチューブの核として成長する、(2)適切なエネルギーをもったカーボン粒子が触媒金属微粒子に供給される、(3)カーボンが析出すると同時に微粒子が持ち上げられナノチューブとして成長する、と考えている。これら一連の成長過程において窒素の効果が提案された。すなわち、(1)RFプラズマ中の窒素イオンは、プラズマと基板との間のポテンシャル差によって、エネルギーを与えられ、基板に照射される。(2)基板への適度なエネルギーの供給によってカーボンナノチューブが成長する。また、窒素は、ナノチューブの密度制御に有効であることを明らかにした。窒素によるナノチューブの密度制御は、従来の密度制御手法(フッ酸処理、プラズマ処理、触媒金属の膜厚制御など)とは異なる新しい手法である。本手法は、スパッタ法という応用に適した成長法であることに加えて、窒素が、ドーパントとして働くことが期待され、カーボンナノチューブの電気的特性を制御できる可能性が大きい。