カーボンナノチューブ・ナノ電気機械システム(NEMS)

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現在注目を集めている新しい機能性材料のひとつにカーボンナノチューブ(CNTs)がある。CNTsはそのナノ構造からマイクロマシンあるいはナノマシンのための構造材料としても注目を集めており、マイクロ電子源、原子間力顕微鏡(AFM)の探針、単電子トランジスタ、センサなど様々な応用が研究されている。しかしながら、これらのデバイスを実現するためにはいくつかの課題が存在する。そのひとつがCNTsをデバイスに設置するための技術である。とくにナノマシンなどに応用するには一本一本独立して制御できることが望ましい。本研究では電界によるCNTsの成長促進効果を応用して、単一CNT選択成長法を開発し、その改良を行なった。CNTsの化学気相成長(CVD)中に電界をかけることにより、CNTsの成長が促進されることやその成長方向が制御されることはこれまでに報告があった。これらの報告に基づき、本研究ではマイクロマシン技術を応用してシリコン基板上に突起構造を作り、この突起に電界を集中させることで突起先端から一本のCNTを成長させることに成功した。また、本研究ではこの技術を応用し、単一CNTをAFM探針の先端から成長させることに成功した。これにより、これまで顕微鐃下のマニピュレーションにより実現されていたCNT-AFM探針をより効率的に作製することが可能となった。つぎに、シリコン基板上にあらかじめ作製しておいた対向電極間にこの技術を応用して単一CNTを成長させ、対向する電極間にブリッジを作製することに成功した。これはCNTセンサなどの実現に大きく役立つものと考えられる。本研究ではNiを選択成長の成長触媒として用いていたがこれまでは非常にふといCNTを成長させることしかできなかった。これを、成長触媒を改良することにより、成長するCNTの径をより細いものにすることに成功した。