專利名稱:碳納米管支持體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將碳納米管(下面用CNT表示)用作原料的納米器件及其制作過程中 必要的CNT載體等CNT支持體及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為使納米技術(shù)飛躍發(fā)展的新原料，碳納米管(CNT)受到關(guān)注。作為將 CNT用作原料的納米器件，例如，可以舉出原子力顯微鏡用的CNT探針、將CNT用作電路元件 的量子效應(yīng)晶體管(量子効果卜，> 7 7夕)等。
下面，對作為CNT納米器件之一例的CNT探針加以說明。能以原子水平測出試樣 表面的物性信息的隧道顯微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)等掃描型探針顯微鏡(SPM)正 在被開發(fā)出來。為了采用SPM得到試樣表面的物性信息，必需有直接接觸試樣表面、測出信 息的探針。還有，作為SPM —種的AFM，采用CNT探針，可以高分辨率測定DVD光盤的表面凹 凸，對DVD光盤的表面物性測定是不可缺少的測定裝置。另外，采用CNT探針的SPM，不僅對 試樣的表面形狀，而且在電學物性或磁學物性等的測定中也可以利用。例如，作為SPM之一 種的磁力顯微鏡(MFM)，可用于從強磁性探針與試樣間的磁力測定試樣的磁區(qū)結(jié)構(gòu)。
目前，CNT探針在懸臂部形成突出部，該突出部前端由尖銳加工過的硅懸臂構(gòu)成。 該突出部尖銳的前端作為探針點，使該前端接觸試樣表面，測出與試樣表面的物理的、化學 的相互作用，得到原子結(jié)構(gòu)信息、磁性信息、官能團信息、電子信息等物性信息。
物性信息的分辨率，當然是探針點愈尖銳愈高。但是，即使突出部的前端采用半導(dǎo) 體技術(shù)進行尖銳加工，但采用現(xiàn)有的技術(shù)水平使前端的直徑達到數(shù)十nm以下是困難的。這 其中，人們發(fā)現(xiàn)了碳納米管，H. Dai 等在 NATURE (Vol. 384，pp. 147-150 (14November 1996)) (非專利文獻1)中提出把碳納米管附著在所述突出部的碳納米管探針。
碳納米管的直徑D為約Inm至數(shù)十nm，軸長L也有數(shù)μ m。其長寬比(L/D)為數(shù) 百至數(shù)千，作為SPM用的探針，具有最佳的性質(zhì)，作為在懸臂突出部上固定了 CNT的CNT探 針已經(jīng)實用化。
本發(fā)明人等已經(jīng)發(fā)明、公開了把CNT探針制造中不可缺少的將CNT更牢固地固定 在所述懸臂突出部的2種方法。第1種方法是通過采用涂敷被膜把碳納米管被覆固定在突 出部表面的方法，作為特開2000-227435公報(專利文獻1)已經(jīng)公開。第2種方法是對 碳納米管的基端部通過照射電子束或電流通電，使其熔接在突出部表面的方法，作為特開 2000-249712公報(專利文獻2)已經(jīng)公開。
專利文獻1
特開2000-227435公報
專利文獻2
特開2000-249712公報
非專利文獻1
H. Dai et al.，NATURE，Vol. 384，pp. 147-150 (14 November 1996)
發(fā)明的公開
發(fā)明所要解決的課題
在研制納米器件時，例如，像CNT探針那樣，在設(shè)想力學負荷下它的功能時，對向納米尺寸的選擇的局部區(qū)域進行高精度且牢固的部件固定技術(shù)是不可缺少的。對操作探針 顯微鏡用的探針材料來說，希望其具有前端曲率應(yīng)盡可能小，磨耗等的損傷盡量小的性質(zhì)， CNT具有納米大小的直徑，機械強度也優(yōu)良，比現(xiàn)有的硅懸臂能夠賦予更優(yōu)良的性能。
但是，在安裝CNT時，必須牢固固定，以使得CNT不會由于在探針使用中掃描時或 在氣氛中暴露時的施加應(yīng)力而從探針脫離。CNT的固定處理，例如，如所述專利文獻2所示， 在掃描型電子顯微鏡(SEM)內(nèi)部設(shè)置CNT的固定部位照射電子束，使氣氛中的殘留烴發(fā)生 分解，通過在CNT的根部附近堆積無定形碳(a_C)，對CNT進行固定。
然而，當將無定形碳用于CNT的固定時，無定形碳的低導(dǎo)電性成為重要的缺點。作 為使用CNT的納米器件，多數(shù)要求具有高導(dǎo)電性。作為例子，可以舉出作為所述SPM之一種 的掃描型隧道顯微鏡(STM)、以及將CNT作為納米晶體管等的納米電子部件使用的電子電 路。然而，無定形碳是無非晶性的，而且，作為形成無定形碳的碳原子，多以電子結(jié)構(gòu)為Sp3 而存在，多數(shù)電子被定域化，對電流無貢獻。因此，無定形碳具有低導(dǎo)電性，對所述要求必需 高導(dǎo)電性的用途是不適用的。為了提高所述納米器件的性能，與CNT的結(jié)合部必需有高導(dǎo) 電性。
另外，采用所述固定方法可進行固定處理的CNT，從SEM的分辨率考慮，僅限于直 徑數(shù)nm的多層CNT。即，采用所述固定方法時，不能制造采用單層或2層等細徑CNT的探 針。另外，透射型電子顯微鏡(TEM)與一般的SEM相比，可進行高分辨率觀察，但由于在高 真空中( I(T5Pa)進行觀察，即使照射電子束，無定形碳在CNT根部附近也不發(fā)生堆積，不 能固定CNT。
因此，本發(fā)明的目的是為了解決所述問題，提供一種在氣氛中殘留烴極少的高真 空狀態(tài)下，可進行牢固的CNT固定處理，采用單層或2層等細徑CNT的CNT納米器件，以及 其制作過程中必要的CNT載體等CNT支持體及其制造方法。
用于解決課題的手段
本發(fā)明的第1形態(tài)涉及CNT支持體，在支持體的支持部固定了 CNT的CNT支持體 中，在所述支持部的表面形成下側(cè)石墨層，將CNT固定部接觸配置在所述下側(cè)石墨層的表 面，通過進一步使上側(cè)石墨層被覆所述固定部，使所述CNT固定于所述支持部。
本發(fā)明的第2形態(tài)涉及CNT支持體，在支持體的支持部固定了 CNT的CNT支持體 中，在所述支持部的表面配置CNT的固定部，在所述固定部及其近旁的所述支持部表面形 成上側(cè)石墨層，通過使所述上側(cè)石墨層被覆所述固定部，使所述CNT固定于所述支持部。
本發(fā)明的第3形態(tài)涉及CNT支持體，在第1或2形態(tài)中，至少在所述上側(cè)石墨層的 外面形成無定形碳層。
本發(fā)明的第4形態(tài)涉及CNT支持體，在第1 3形態(tài)中，所述支持體為懸臂，所述 支持部是在所述懸臂上突出形成的突出部，所述固定部為所述CNT的基端部，所述CNT支持 體為所述CNT基端部固定于所述突出部且所述CNT的前端部從所述突出部突出設(shè)置的CNT 探針。
本發(fā)明的第5形態(tài)涉及CNT支持體，在第1 3形態(tài)的任一形態(tài)中，所述支持體為 電路基板，所述CNT為電路元件，所述支持部為接合所述CNT的接合位置，所述固定部為所 述CNT的端部，所述CNT支持體為在所述接合部固定了所述CNT端部的CNT電路基板。
本發(fā)明的第6形態(tài)涉及CNT支持體，在第1 3形態(tài)的任一形態(tài)中，所述支持體為
5刀刃(f 4 7工7 7 )，所述支持部為所述CNT突出的邊緣部，所述固定部為所述CNT的端 部，所述CNT支持體為在所述邊緣部固定了所述CNT端部的CNT支架(力一卜U 7 7 )。
本發(fā)明的第7形態(tài)涉及CNT支持體，在第1 6形態(tài)的任一形態(tài)中，通過所述上側(cè) 石墨層及/或所述下側(cè)石墨層將所述CNT固定于所述支持部的部位存在1處以上。
本發(fā)明的第8形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在支持體的支持部固定了 CNT的 CNT支持體的制造方法中，在所述支持部的表面形成堆積含有碳分子或有機物的碳物質(zhì)所 得到的碳物質(zhì)層，將CNT固定部接觸配置在所述碳物質(zhì)層的表面，在所述固定部及/或固定 部近旁的被照射區(qū)域，照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì)層發(fā)生分解，通過由所述分解形 成的碳膜被覆所述固定部，將所述CNT固定于所述支持部。
本發(fā)明的第9形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，其特征在于，在支持體的支持部固 定了 CNT的CNT支持體的制造方法中，在所述支持部的表面配置CNT的固定部，在所述固定 部及/或其近旁的所述支持部表面形成堆積含有碳分子或有機物的碳物質(zhì)所得到的碳物 質(zhì)層，對所述固定部及/或固定部近旁的被照射區(qū)域照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì) 層發(fā)生分解，通過由所述分解形成的碳膜被覆所述固定部，將所述CNT固定于所述支持部。
本發(fā)明的第10形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8或9形態(tài)中，將規(guī)定質(zhì)量 的所述碳物質(zhì)配置在容器內(nèi)，向所述容器內(nèi)加入所述支持體后，將所述容器密封，加熱所述 容器，使所述碳物質(zhì)蒸發(fā)，使所述碳物質(zhì)在包含所述支持部的所述支持體的表面堆積，形成 所述碳物質(zhì)層。
本發(fā)明的第11形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第10形態(tài)中，配制將所述碳 物質(zhì)混合于溶劑中的規(guī)定濃度的碳物質(zhì)溶液，將所述碳物質(zhì)溶液的規(guī)定體積注入所述容器 中，通過加熱，從所述容器中除去溶劑，使所述規(guī)定質(zhì)量的碳物質(zhì)殘留配置在所述容器內(nèi)。
本發(fā)明的第12形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第10或11形態(tài)中，采用所述 碳膜將所述CNT的所述固定部被覆固定于所述支持部后，采用洗滌溶劑洗滌所述CNT支持 體，或加熱所述支持體，除去附著在所述CNT支持體的表面的所述碳物質(zhì)。
本發(fā)明的第13形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 11形態(tài)的任一形態(tài)中， 所述碳膜為無定形碳膜或石墨膜。
本發(fā)明的第14形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 13形態(tài)的任一形態(tài)中， 所述碳分子為富勒烯(7，一 > > )或內(nèi)包金屬的富勒烯。
本發(fā)明的第15形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 13形態(tài)的任一形態(tài)中， 所述有機物含有碳以外的成分，通過所述分解，所述碳以外的成分揮發(fā)，形成所述碳膜。
本發(fā)明的第16形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 15形態(tài)的任一形態(tài)中， 所述支持體為懸臂，所述支持部是在所述懸臂上突出形成的突出部，所述固定部為所述CNT 的基端部，所述CNT支持體為所述CNT基端部固定于所述突出部、且所述CNT的前端部從所 述突出部突出設(shè)置的CNT探針。
本發(fā)明的第17形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 15形態(tài)的任一形態(tài)中， 所述支持體為電路基板，所述CNT為電路元件，所述支持部為接合所述CNT的接合位置，所 述固定部為所述CNT的端部，所述CNT支持體為在所述接合部固定了所述CNT端部的CNT 電路基板。
本發(fā)明的第18形態(tài)涉及CNT支持體的制造方法，在第8 16形態(tài)的任一形態(tài)中，
6所述支持體為刀刃，所述支持部為所述CNT突出的邊緣部，所述固定部為所述CNT的端部， 所述CNT支持體為在所述邊緣部固定了所述CNT的端部的CNT支架。
發(fā)明效果
按照本發(fā)明的第1形態(tài)，在支持部的表面形成下側(cè)石墨層，另外，通過使上側(cè)石墨 層被覆所述CNT的固定部將所述CNT固定。因此，所述CNT及所述支持部，通過具有高導(dǎo)電 性的石墨層，形成電導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在必須電子導(dǎo)通的用途中，可提供高效率的部件，該部 件可用于制造高靈敏度且高性能的電子及電氣裝置。
石墨，由于僅由具有Sp2電子結(jié)構(gòu)的碳原子形成，故自由電子以高密度存在。另外， 與無定形碳等相比，結(jié)晶性高，因此，所述自由電子的移動性高。而且，由于石墨的結(jié)構(gòu)類似 于CNT的結(jié)構(gòu)，在石墨與CNT結(jié)合時，通過石墨與CNT的親和性，可以得到高粘合狀態(tài)，因 此，可以降低所述結(jié)合界面中電子移動的阻礙。根據(jù)這些理由，石墨層及CNT與石墨層的界 面導(dǎo)電性高。該高導(dǎo)電性，當所述CNT用作電子導(dǎo)通材料即導(dǎo)電材料時，將被導(dǎo)通的電子即 電向所述支持部引導(dǎo)時，對降低所述電子的損失是有用的。
例如，當所述CNT用作掃描型隧道顯微鏡(STM)的探針時，為了檢測通過所述探針 的隧道電流，必須將所述隧道電流向所述探針支持部引導(dǎo)。如果所述探針與所述支持部的 接合部的導(dǎo)電性低時，所述隧道電流的損失升高，因此，所述STM的靈敏度降低。通過使所 述接合部成為石墨層，可降低所述隧道電流的損失，因此，可以提供高靈敏度的STM。
另外，當CNT用作電路中的電路元件時，為使所述電路工作，必須將通過所述CNT 的電流向支持所述CNT的支持部引導(dǎo)。當所述CNT與所述支持部的結(jié)合部的電阻高時，向 所述支持部引導(dǎo)的電流降低，因此，所述電路的性能降低。通過使所述接合部成為石墨層， 可以防止所述接合部的電流降低，因此，可以提供高性能的電路。
按照本發(fā)明的第2形態(tài)，由于CNT的固定部表面及其近旁的支持部表面全部被上 側(cè)石墨層被覆，通過所述石墨層將所述CNT固定于所述支持部，因此，可以采用被簡化的結(jié) 構(gòu)得到所述CNT及所述支持部的結(jié)合部的導(dǎo)電性高的CNT支持體。
在第1形態(tài)中，存在下側(cè)石墨層及上側(cè)石墨層，所述CNT及所述支持部的導(dǎo)電及粘 接，依賴于兩個石墨層。然而，當上側(cè)石墨層直接地與支持部接觸，并且與CNT也接觸時，僅 通過所述上側(cè)石墨層，可以確保所述導(dǎo)電及粘接，因此，下側(cè)石墨層是不必要的。因此，在本 形態(tài)中，所述上側(cè)石墨層與所述CNT及所述支持部直接地接觸，可以簡化所述CNT支持體的 結(jié)構(gòu)。
在本形態(tài)中，所述CNT及所述支持部不一定必須直接地接觸，例如，所述CNT及所 述支持部的中間也可存在無定形碳。在該狀態(tài)中，由于所述無定形碳為低導(dǎo)電性，故所述 CNT及所述支持部的導(dǎo)電，依賴于所述上側(cè)石墨層，因此，所述上側(cè)石墨層的高導(dǎo)電性變得
更重要。
按照本發(fā)明的第3形態(tài)，由于至少在上側(cè)石墨層的外面形成無定形碳層，通過所 述無定形碳層使所述石墨層得到增強，因此，可以得到機械性牢固并且導(dǎo)電性高的CNT與 支持部的接合部。
這里的無定形碳層，在與上側(cè)石墨層和支持部接觸的表面(內(nèi)面)相對側(cè)的表面 (外面)形成。然而，所述無定形碳層也可超過所述石墨層的周邊連續(xù)地形成。另外，所述 無定形碳層也可直接地接觸所述支持部及/或所述固定部，此時，所述無定形碳層具有增
7加所述石墨層與所述支持部及/或所述固定部結(jié)合的作用。
按照本發(fā)明的第4形態(tài)，支持部是在懸臂上突出形成的突出部，另外，固定部為 CNT的基端部，而且，所述CNT的前端部為CNT探針，故具有高導(dǎo)電性物質(zhì)的石墨作為所述 CNT及所述支持部的接合部，因此，可以得到具有高靈敏度的掃描型探針顯微鏡(SPM)。
在所述SPM中，作為根據(jù)電特性檢查物性的裝置，可以舉出掃描型隧道顯微鏡 (STM)、開爾文(》> Ii > )探針力顯微鏡(KFM)及靜電力顯微鏡(EFM)等。
在這些SPM中，如第1形態(tài)的說明中所述，為了得到高靈敏度，探針、懸臂及它們的 接合部必須具有高導(dǎo)電性。因此，本發(fā)明中的石墨層，可用于確保所述接合部的高導(dǎo)電性， 另外，可牢固接合作為所述探針的CNT與作為懸臂的突出部的支持部。
按照本發(fā)明的第5形態(tài)，所述支持體為電路基板，所述CNT為電路元件，所述支持 部為接合所述CNT的接合位置，因此，即使使用的電流微小，也可以得到高性能的電路。
CNT可用作三極管、二極管、電容及電感器等電子部件，由于這些電子部件細小，與 使用硅的Pn結(jié)的電子部件相比，期待可使用更低的電流而發(fā)揮高性能。
然而，在這些CNT電路元件與基板的接合部，當產(chǎn)生電流損失時，則不能發(fā)揮這些 CNT電路元件的高性能。通過將本發(fā)明的石墨層用作所述接合部，可得到消耗電流微小且高 性能的CNT電路。
按照本發(fā)明的第6形態(tài)，所述支持體為刀刃，所述支持部為CNT突出的邊緣部，所 述CNT支持體為CNT支架，在所述CNT支架中CNT被穩(wěn)定固定，因此，所述CNT向懸臂的突 出部的移動變得容易。
在CNT支架中，通常CNT在邊緣部上以不粘接狀態(tài)設(shè)置。然而，在該狀態(tài)，在刀刃 移動時，所述CNT存在脫落的可能性。通過將所述CNT固定在所述邊緣部，可使所述CNT向 其他支持部的移動容易而可靠。移動后，通過用電子或離子束切斷所述CNT，分離兩支持部。
按照本發(fā)明的第7形態(tài)，CNT固定于支持部的部位為1處或多處，故可以提高制造 上的靈活性。
為了在CNT與支持部之間賦予高導(dǎo)電性，且為了得到CNT牢固固定于支持部的CNT 支持體，不一定必須在所述支持部的全部表面上形成石墨層，另外，也不必在所述支持部的 表面正上方存在CNT的全部區(qū)域中形成石墨層。即，為了得到本發(fā)明中的CNT支持部，也可 僅在所述表面及所述區(qū)域的極小一部分上形成。
另外，所述石墨層不必連續(xù)地形成，即使所述區(qū)域中所述石墨層以島狀形成，也可 以得到具有高導(dǎo)電性且牢固的接合部。這種島狀石墨層，例如，在第8形態(tài)中，通過電子束 或離子束照射2處或多處可以得到。
本形態(tài)中的石墨層，與在所述全部表面或所述全部區(qū)域形成的石墨層相比，可簡 單地制造，并且具有高導(dǎo)電性，且可得到牢固的固定。
按照本發(fā)明的第8形態(tài)，在所述支持部的表面形成了堆積含有碳分子或有機物的 碳物質(zhì)所得到的碳物質(zhì)層，使CNT的固定部接觸配置在所述碳物質(zhì)層的表面，對所述固定 部及/或固定部近旁的被照射區(qū)域照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì)層發(fā)生分解，通過 由所述分解所形成的碳膜被覆所述固定部，將所述CNT固定于所述支持部，由此，與所述 CNT同樣，通過含碳的所述碳物質(zhì)層的分解，再構(gòu)筑碳結(jié)構(gòu)，將所述固定部被覆，可將所述 CNT牢固固定于所述支持部。因此，在高真空( I(T5Pa)下進行觀察的透射型電子顯微鏡(TEM)內(nèi)部，邊進行高分辨率觀察，邊在氣氛中的殘留烴極少的高真空狀態(tài)下，通過進行所 述碳物質(zhì)層的分解，可進行牢固的CNT固定處理。而且，通過高分辨率觀察下的CNT固定處 理，以現(xiàn)有的固定方法不能實現(xiàn)的、采用單層或2層等細徑CNT的CNT納米器件等的CNT支 持體的制造成為可能。還有，固定處理使用的電子顯微鏡如所述TEM那樣，優(yōu)選具有高分辨 率，可使用在與TEM同樣的高真空下可進行觀察的、具有高分辨率的SEM。
本發(fā)明可以使用的CNT支持體，可以舉出由CNT的基端部被固定在懸臂的突出部 的CNT探針構(gòu)成的CNT探針、在電路基板上CNT被作為電路元件固定安裝的量子效應(yīng)晶體 管等的CNT納米器件，另外，本發(fā)明也可以適用于在部件制作過程中，用于負載單一或多個 CNT并運送至規(guī)定位置的CNT載體。
本發(fā)明人等對各種碳物質(zhì)原料進行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為所述碳分子，富勒烯 (Cn :n ^ 60)是優(yōu)選的。例如，當為富勒烯C6tl時，例如，通過照射電子束，引起電子束誘導(dǎo) 反應(yīng)，C6tl分子的球殼狀結(jié)構(gòu)發(fā)生分解，變成層狀的無定形結(jié)構(gòu)，在電子束照射區(qū)域的中心部 產(chǎn)生碳結(jié)構(gòu)再構(gòu)筑，照射區(qū)域中的碳原子產(chǎn)生共價結(jié)合，使CNT的固定成為可能。而且，還 發(fā)現(xiàn)當進行電子束照射時，變成石墨結(jié)構(gòu)。從這些發(fā)現(xiàn)可知，富勒烯也可使所述固定部的堆 積物具有電導(dǎo)性，對CNT支持體是合適的。另外，通過電子束照射量的調(diào)整，照射區(qū)域可選 擇形成無定形或石墨結(jié)構(gòu)，特別是通過形成石墨層，可變性為能電連接的區(qū)域，在納米器件 等方面可進行范圍寬廣的應(yīng)用展開。
在所述第8形態(tài)中，在所述支持部的表面形成所述碳物質(zhì)層后，配置所述CNT的固 定部，本發(fā)明包含在進行所述固定部的配置后形成所述碳物質(zhì)層的形態(tài)。即，按照本發(fā)明的 第9形態(tài)，在所述支持部的表面配置CNT的固定部，在所述固定部及/或其近旁的所述支持 部表面形成堆積含有碳分子或有機物的碳物質(zhì)所得到的碳物質(zhì)層，在所述固定部及/或固 定部近旁的被照射區(qū)域照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì)層發(fā)生分解，通過由所述分解 而形成的碳膜被覆所述固定部，將所述CNT固定于所述支持部，因此，與所述第8形態(tài)同樣， 通過所述碳物質(zhì)層的分解，再構(gòu)筑碳結(jié)構(gòu)，對預(yù)先配置在所述支持部表面的所述固定部進 行被覆，可將所述CNT牢固固定于所述支持部。
按照本發(fā)明的第10形態(tài)，把規(guī)定質(zhì)量的所述碳物質(zhì)配置在容器內(nèi)，向所述容器內(nèi) 加入所述支持體后，將所述容器密封，加熱所述容器，使所述碳物質(zhì)蒸發(fā)，使所述碳物質(zhì)在 包含所述支持部的所述支持體的表面堆積，形成所述碳物質(zhì)層，因此，例如，當富勒烯C6tl用 作所述碳物質(zhì)時，以400°c加熱，C6tl發(fā)生升華，當保持該加熱溫度的時間(升華時間)時，通 過改變封入的C6tl量，可以控制堆積的C6tl分子膜厚。因此，按照本實施形態(tài)，根據(jù)各種CNT 納米器件，可以形成可適用的用于CNT固定的所述碳物質(zhì)層。
按照本發(fā)明的第11形態(tài)，配制將所述碳物質(zhì)混合于溶劑中的規(guī)定濃度的碳物質(zhì) 溶液，把所述碳物質(zhì)溶液的規(guī)定體積注入所述容器中，通過加熱，從所述容器中除去溶劑， 使所述規(guī)定質(zhì)量的碳物質(zhì)殘留配置在所述容器內(nèi)，因此，可根據(jù)溶液法，進行所述碳物質(zhì)溶 液的濃度配制，以最小限度量使所述碳物質(zhì)堆積在所述支持體表面，可以謀求CNT固定處 理費用的降低。特別是各種富勒烯是較昂貴的碳原料，根據(jù)本實施形態(tài)的實施，可以實現(xiàn)材 料成本的削減。
按照本發(fā)明的第12形態(tài)，采用所述碳膜將所述CNT的所述固定部被覆固定于所述 支持部后，采用洗滌溶劑洗滌所述CNT支持體，或加熱所述支持體，除去附著在所述CNT支持體表面的所述碳物質(zhì)，因此，可通過所述洗滌或所述除去，回收固定處理時不要的碳物質(zhì) 加以再利用，實現(xiàn)CNT支持體的制造成本降低。
按照本發(fā)明的第13形態(tài)，通過將CNT固定強度優(yōu)良的無定形碳膜、或除固定強度 外還具有導(dǎo)電性的石墨膜用于所述碳膜，可以提供適于CNT探針或CNT納米器件等的CNT 支持體的制造方法。
按照本發(fā)明的第14形態(tài)，將所述富勒烯Cn用于所述碳分子，可實現(xiàn)更牢固的CNT 固定，另外，使用內(nèi)包金屬的富勒烯Cn-M(M:金屬元素)，通過內(nèi)包金屬元素的作用而具備 導(dǎo)電性，可進行CNT固定。
按照本發(fā)明的第15形態(tài)，所述有機物含有碳以外的成分，通過所述分解，所述碳 以外的成分揮發(fā)，形成所述碳膜，因此，與由所述碳分子而得到的碳物質(zhì)層同樣，從所述有 機物得到的所述碳膜，與所述CNT同樣，通過含碳的所述碳物質(zhì)層的分解，再構(gòu)筑碳結(jié)構(gòu)， 將所述固定部被覆，可將所述CNT牢固固定于所述支持部。在所述有機物中混合溶劑，配制 規(guī)定濃度的碳物質(zhì)溶液，通過加熱除去溶劑時，如沸點低則擔心揮發(fā)量大，故沸點高者是優(yōu) 選的，作為液體，例如，可以使用苯。另外，作為有機物質(zhì)，優(yōu)選在所述支持體表面以納米尺 寸薄膜化，例如，除了二胺及蒽等有機EL(電致發(fā)光)物質(zhì)以外，可以使用萘、菲(7工f > 卜 > 力 > )、芘、茈等芳香族化合物；有機分子半導(dǎo)體；花青色素、β -胡蘿卜素等有機色素 分子；卟啉(水。丨J 7 4丨J > )、聯(lián)六苯、六噻嗯(七夕* f工二 > )、特氟隆(歹7 口 > (注 冊商標))、并五苯( >)、石蠟、聯(lián)乙炔、酞菁等有機薄膜材料。有機物質(zhì)的薄膜化， 可采用公知的有機分子定向薄膜形成技術(shù)或真空蒸鍍技術(shù)來進行。
按照本發(fā)明的第16形態(tài)，在突出形成于所述懸臂上的所述突出部上固定所述CNT 的基端部，所述CNT的前端部從所述突出部突出設(shè)置的CNT探針的制造方法中，在所述突出 部形成所述碳物質(zhì)層，可更牢固地固定細徑CNT，可提供適于AFM及MFM等SPM的、更細微 的、且可局部高精度測定的高精度CNT探針。
本發(fā)明也可適用于量子效應(yīng)晶體管等納米器件的制造，按照本發(fā)明的第17形態(tài)， 可以制造由在所述支持部的所述接合位置形成所述碳物質(zhì)層，將所述CNT作為細微形態(tài)的 電路元件，在所述電路基板的所述接合部牢固固定了所述CNT端部的CNT電路基板所構(gòu)成 的納米器件。
本發(fā)明也可適用于所述專利文獻1或2所示的CNT探針制造用CNT載體(刀刃)。 即，按照本發(fā)明的第18形態(tài)，可以制造例如，使CNT前端部附著于刀刃，CNT基端部從所述 刀刃的刀尖延伸，將CNT基端部固定于懸臂突出部的場合，在所述支持部的所述結(jié)合位置 形成所述碳物質(zhì)層，在所述刀刃的所述邊緣部，更牢固地固定了所述CNT端部的CNT支架。
附圖的簡單說明

圖1
下側(cè)及上側(cè)石墨層與CNT大致平行形成時的概要工序圖。
圖2
下側(cè)及上側(cè)石墨層與CNT大致垂直形成時的概要工序圖。
圖3
僅上側(cè)石墨層與CNT大致平行形成時的概要工序圖。
圖4
僅上側(cè)石墨層與CNT大致垂直形成時的概要工序圖。
圖5
石墨層在支持部表面及CNT表面部分形成時的模式結(jié)構(gòu)圖。
圖6
本發(fā)明的實施形態(tài)中的碳物質(zhì)層的形成工序圖。
圖7
顯示形成富勒烯分子層的一實驗例的TEM照片。
10[0080]
圖8
向刀刃11上形成碳物質(zhì)層的工序圖。
圖9
說明用CNT支架進行CNT轉(zhuǎn)移處理的模式工序圖。
圖10
顯示在CNT支架形成富勒烯分子層的實驗例的TEM照片。
圖11
顯示改變圖5的實驗與混合濃度及升華時間的另一實驗例的TEM照片。
圖12
顯示富勒烯分子層的薄層化成功的實驗例的TEM照片。
圖13
顯示對富勒烯C6tl分子的封入量Y( μ Μ)與升華時間X (分)，分子膜厚Z (nm) 的變化的圖。
圖14
在支持部形成富勒烯等碳物質(zhì)層的支持體的模式圖。
圖15
富勒烯分子及其面心立方晶格的模式分子結(jié)構(gòu)圖。
圖16
顯示向懸臂突出部固定CNT的工序的圖。
圖17
使電子束會聚在富勒烯分子膜上的照射實驗的2個例子中的TEM照片及 顯示束面積的照片。
圖18
另一電子束照射實驗例的TEM照片及顯示束面積的照片。
圖19
顯示通過電子束照射，富勒烯分子膜變成石墨膜的過程的TEM照片。
圖20
顯示通過電子束照射進行的CNT固定實驗例的TEM照片。
圖21
顯示由于形成石墨層而使導(dǎo)電率增加的圖。
圖22
顯示形成了石墨層的CNT支持體的機械強度評價的TEM照片。
圖23
采用本實施形態(tài)涉及的CNT支持體制造方法，含有固定的CNT電路元件的 量子效應(yīng)晶體管的概略構(gòu)成圖。
符號的說明
0097]1石英管0098]2富勒烯溶液0099]3富勒烯0100]4硅懸臂材料0101]5玻璃綿材料0102]6抽吸口0103]7燃燒器0104]8真空密封0105]9富勒烯分子層0106]10堆積物0107]11刀刃0108]12電子顯微鏡室0109]13懸臂0110]14突出部0111]15CNT0112]15a基端部0113]16富勒烯分子層0114]17電子束0115]18支持體[0116]18a 支持部
19 碳物質(zhì)層
100 硅基板
101 氧化膜
102 表面
103 碳物質(zhì)層
104 CNT
105 源電極層
106 漏電極層
107 柵電極層
201 下側(cè)石墨層
202 上側(cè)石墨層
203 間隙層
204 增強層
301 電壓圖
302 電流圖
303 15秒時間帶
304 10秒時間帶
305 10秒時間帶
實施本發(fā)明的最佳方案
下面，根據(jù)附圖，對本發(fā)明涉及的CNT支持體及其制造方法的實施形態(tài)加以詳細 說明。
本實施形態(tài)涉及在懸臂上突出形成的突出部上固定CNT的基端部，所述CNT的前 端部從所述突出部突出設(shè)置的CNT探針及其制造工序例。
圖1為下側(cè)及上側(cè)石墨層與CNT大致平行形成時的概要工序圖。在支持部18a (IA) 上形成碳物質(zhì)層19(1B)，在碳物質(zhì)層19的上側(cè)，相對碳物質(zhì)層19的表面大致水平地配置 CNT15(1C)。其次，當照射電子束或施加電流時，碳物質(zhì)層19變成下側(cè)石墨層201，同時，碳 物質(zhì)堆積在CNT15的上側(cè)，變成石墨，形成上側(cè)石墨層202 (ID)。下側(cè)石墨層201及上側(cè)石 墨層202在結(jié)晶學上無差異，差異點僅在于相對CNT15及支持部18a的位置。下側(cè)石墨層 201及上側(cè)石墨層202，既可互相至少部分地相互接觸，也可以至少部分地接觸CNT15。因 此，下側(cè)石墨層201與上側(cè)石墨層202之間、下側(cè)石墨層201與CNT15之間、及/或上側(cè)石 墨層202與CNT15之間也可存在間隙層203 (IE)。這里的間隙層203，既可以是空隙，也可 以由作為材料的碳物質(zhì)或無定形碳形成。另外，由無定形碳等形成的增強層204也可以在 上側(cè)石墨層202的更上側(cè)形成(IF)。
圖2為下側(cè)及上側(cè)石墨層與CNT大致垂直地形成時的概要工序圖。在支持部前端 18b (2A)上形成碳物質(zhì)層19(2B)，在支持部18a的上側(cè)，CNT15相對于碳物質(zhì)層19的表面 大致垂直地配置(2C)。其次，對CNT15的基端部15a照射電子束或施加電流時，碳物質(zhì)層 19的基端部15a周邊存在的部分，變成下側(cè)石墨層201，同時，碳物質(zhì)堆積在基端部15a的 上側(cè)，變成石墨，形成上側(cè)石墨層202 (2D)。另外，代替(2B)所示的工序，在支持部前端18b上形成碳物質(zhì)層19(2E)，在支持部前端18b的上側(cè)，相對于碳物質(zhì)層19的表面大致垂直地 配置CNT15 (2F)，然后，形成下側(cè)石墨層201及上側(cè)石墨層202 (2G)，所述石墨層與CNT15大 致垂直地形成。下側(cè)石墨層201及上側(cè)石墨層202，在結(jié)晶學上無差異，不同點僅在于相對 CNT15及支持部18a的位置。下側(cè)石墨層201及上側(cè)石墨層202，既可以互相至少部分地相 互接觸，也可以至少部分地接觸CNT15。因此，下側(cè)石墨層201與上側(cè)石墨層202之間，下側(cè) 石墨層201與CNT15之間、及/或上側(cè)石墨層202與CNT15之間也可存在間隙層203 (2H)。 這里的間隙層203，既可以是空隙，也可以由作為材料的碳物質(zhì)或無定形碳形成。另外，在這 里，由無定形碳等形成的增強層204也可以在上側(cè)石墨層202的更上側(cè)形成(21)。
圖3為僅上側(cè)石墨層與CNT大致平行地形成時的概要工序圖。在支持部18a(3A) 上，相對于支持部18a的上側(cè)表面大致水平地配置CNT15(3B)。其次，在支持部18a的上側(cè) 表面及CNT15上，形成碳分子層19 (3C)。然后，照射電子束或施加電流時，碳物質(zhì)層19變成 上側(cè)石墨層202 (3D)。上側(cè)石墨層202，既可與支持部18a至少部分地接觸，也可與CNT15 至少部分地接觸。因此，在上側(cè)石墨層202與支持部18a之間、及/或上側(cè)石墨層202與 CNT15之間，也可存在間隙層203(3E)。這里的間隙層203，可以是空隙，也可以由作為材料 的碳物質(zhì)或無定形碳形成。另外，由無定形碳等形成的增強層204，也可在上側(cè)石墨層202 的更上側(cè)形成(3F)。
圖4為僅上側(cè)石墨層與CNT大致垂直地形成時的概要工序圖。在支持部18a(4A) 的上側(cè)配置CNT15 (4B)，在支持部前端18b上及CNT15的基端部15a上，與CNT15大致垂直 地形成碳物質(zhì)層19(4C)。其次，對基端部15a照射電子束或施加電流時，碳物質(zhì)層19的基 端部15a周邊存在的部分變成上側(cè)石墨層202 (4D)。另外，代替(4B)所示的工序，在支持 部前端18b上，大致垂直地設(shè)置CNT15(4E)，在支持部前端18b上形成碳物質(zhì)層19(4F)，在 CNT15的基端部15a附近進行石墨形成(4G)，與CNT15大致垂直地形成上側(cè)石墨層202。上 側(cè)石墨層202與支持部18a既可至少部分地接觸，也可與CNT15至少部分地接觸。因此，在 上側(cè)石墨層202與支持部18a之間、及/或在上側(cè)石墨層202與CNT15之間，也可存在間隙 層203 (4H)。這里的間隙層203，可以是空隙，也可由作為材料的碳物質(zhì)或無定形碳形成。另 外，由無定形碳等形成的增強層204，也可在上側(cè)石墨層202的更上側(cè)形成(41)。
圖5為石墨層在支持部表面及CNT表面部分地形成時的模式結(jié)構(gòu)圖。同圖(5A) 為上側(cè)石墨層202僅在1處形成時的結(jié)構(gòu)圖，同圖(5B)為上側(cè)石墨層202在2處形成時的 結(jié)構(gòu)圖。在本發(fā)明中，石墨層也可在3處以上存在，所述石墨層也可存在下側(cè)石墨層201及 上側(cè)石墨層202，石墨層相對于CNT也可以是大致水平的、大致垂直的、或大致水平和大致 垂直的組合的，這是不言而喻的。
圖6為碳物質(zhì)層的形成工序。首先，進行富勒烯C6tl濃度的調(diào)整。如同圖(6A)所 示，將富勒烯C6tl的單分散的原料與溶劑(甲苯)在石英管1中進行混合，配制規(guī)定濃度的 富勒烯溶液2。通過石英管1的加熱，使甲苯揮發(fā)、除去，如(6B)所示，規(guī)定質(zhì)量的富勒烯3 殘留在石英管1內(nèi)壁上。預(yù)先制作制成細微片狀的硅懸臂材料4，把硅懸臂材料4放入殘留 配置有富勒烯3的石英管1(參照(6C))。硅懸臂材料4由單面蒸鍍了 Pt膜的硅Si片制 成。如(6D)所示，硅懸臂材料4用過濾用玻璃綿材料5夾住放入石英管1內(nèi)。
其次，進行硅懸臂材料4的密封處理(參照(6D)及(6E))。將石英管1的開口側(cè) 與抽吸口 6連接，進行真空抽吸。另外，用燃燒器7加熱石英管1的抽吸口 6附近，加以熔
13融，進行真空密封。將石英管1的開口側(cè)真空密封8的石英管1以400°C加熱，使富勒烯3 升華。升華的富勒烯3通過玻璃綿材料5堆積在硅懸臂材料4的表面，形成碳物質(zhì)層。在 該堆積過程中，富勒烯3中含有的雜質(zhì)通過玻璃綿材料5被除去。
采用所述形成工序，可將碳物質(zhì)層堆積、形成在硅懸臂材料4的表面。下面，對碳 物質(zhì)層形成條件的驗證實驗加以說明。使富勒烯C6tl對于甲苯的混合濃度及升華(400°C的 加熱)時間進行改變來進行驗證實驗。
首先，確認了采用所述形成工序得到的富勒烯分子層(碳物質(zhì)層)的堆積。圖7 示出，采用相對于甲苯500 μ L，0. 15mM的富勒烯C6tl混合濃度的富勒烯溶液，以400°C加熱、 進行30分鐘升華處理的實驗例的TEM照片。此時，發(fā)現(xiàn)富勒烯分子層9由約3層的堆積物 10構(gòu)成。
另外，進行碳物質(zhì)層形成條件的驗證，在將碳物質(zhì)層的被形成對象用于CNT支架 的刀刃上，形成由所述富勒烯構(gòu)成的碳物質(zhì)層。
圖8示出在刀刃11上碳物質(zhì)層的形成工序。這里，對刀刃11加以說明。在刀刃 11的邊緣部上配置了多個CNT15的CNT支架，在任何1個CNT的基端部轉(zhuǎn)移至懸臂13的突 出部14的CNT轉(zhuǎn)移處理中使用。對向懸臂的CNT轉(zhuǎn)移工序加以簡單說明。圖9示出CNT轉(zhuǎn) 移工序。懸臂13是由懸臂部及在其前端形成的突出部14所構(gòu)成的硅制部件。以使CNT15 對著該突出部14的方式配置CNT支架。懸臂13可通過3維移動機構(gòu)(未圖示)，調(diào)整XYZ 的3維移動，另外，同樣地，CNT支架也配置為可以XYZ 3維移動。通過這些移動調(diào)整，以使 CNT前端區(qū)域(基端部)附著在突出部14上的方式使CNT15轉(zhuǎn)移。在電子顯微鏡室12中 邊放大投影邊進行這些轉(zhuǎn)移操作。再有，刀刃11具有尖銳的刀尖，任何可將CNT附著在本 體表面的結(jié)構(gòu)的基材均可。例如，可以舉出剃刀刃或割刀刃、將硅片的單邊研磨成尖銳的刃寸。
對在刀刃11上的碳物質(zhì)層的形成工序加以說明。首先，在進行富勒烯C6tl的濃度 調(diào)整后，與圖6的圖(6A)及(6B)的工序同樣，將富勒烯C6tl的單分散的原料與溶劑(甲苯) 在石英管1中進行混合，配制規(guī)定濃度的富勒烯溶液(參照(8A))，通過加熱除去甲苯，如 (8B)所示，規(guī)定質(zhì)量的富勒烯3殘留在石英管1內(nèi)壁上。然后，先將細微形狀的刀刃11放 入殘留配置了富勒烯3的石英管1(參照(8C))。與(6D)及(6E)的工序同樣，進行刀刃11 的密封處理(參照(8D)及(8E))。然后，將真空密封8的石英管1以400°C進行加熱，使富 勒烯3升華，堆積在刀刃11表面，形成碳物質(zhì)層。
已確認通過所述形成工序，在由硅片形成的刀刃11表面上得到的富勒烯分子層 (碳物質(zhì)層)的堆積狀態(tài)。圖10的(IOA)及(IOB)示出，采用相對于甲苯500 μ L，LOmM的 富勒烯C6tl的混合濃度的富勒烯溶液，以400°C加熱，進行2小時升華處理的實驗結(jié)果的TEM 照片。從圖10的照片確認，形成了厚度約3nm的富勒烯分子層。在圖IO(IOB)所示的(IOA) 的富勒烯分子層的放大照片中，可知富勒烯分子層9由約4層堆積物10構(gòu)成。另外，圖11 示出使混合濃度及升華時間改變的實驗例。同圖(IlA)示出，采用相對于甲苯60yL，比圖 10的場合多的3. OmM的富勒烯C6tl的混合濃度的富勒烯溶液，以400°C加熱，進行2小時升 華處理的實驗結(jié)果。同圖(IlB)示出，采用相對于甲苯50 μ L，3. OmM富勒烯C6tl的混合濃度 的富勒烯溶液，以400°C加熱，進行1小時升華處理的實驗結(jié)果。在(IlA)及(IlB)的場合， 各自的富勒烯分子層厚為13nm、8.5nm。從這些實驗可知，通過調(diào)整富勒烯溶液的混合濃度與升華時間，可以控制富勒烯分子層的厚度。
基于所述實驗結(jié)果，將碳物質(zhì)層形成條件進行各種改變，嘗試制作盡可能薄的富 勒烯分子層。圖12示出獲得成功的薄層化的實驗例。同圖(12A)示出，采用相對于甲苯 50 μ L，3. OmM富勒烯C6tl的混合濃度的富勒烯溶液，以400°C加熱，進行30分鐘升華處理的 實驗結(jié)果。同圖(12B)示出，采用相對于甲苯30 μ L，LOmM富勒烯C6tl的混合濃度的富勒烯 溶液，以400°C加熱，進行1小時升華處理的實驗結(jié)果。在(12A)的情況下，采用較高的混合 濃度的富勒烯溶液，進行較短的加熱處理。此時，富勒烯分子層厚為2. lnm，確認成功地進行 了薄層化。在(12B)的情況下，與(12A)相比，采用更稀的混合濃度的富勒烯溶液進行加熱 處理。此時，富勒烯分子層厚也為4. 5nm,薄層化成為可能。
圖13示出，基于本發(fā)明人等進行的各種實驗而得到的、對于富勒烯C6tl分子的密封 量Υ(μΜ)與升華時間X(分鐘)，分子膜厚Z(nm)的變化的匯總圖?？芍肿幽ず駥ιA時 間要比對富勒烯密封量更敏感。另外，在最薄膜化的實驗例中，升華時間為15分鐘，平均膜 厚為1.7nm。圖15示出參考文獻(篠原久典、斉藤彌八著、“ 7，一 > > ^化學i物理”、名 古屋大學出版會發(fā)行、1997年1月)中記載的富勒烯分子(15A)及其面心立方晶格(fee) 結(jié)構(gòu)(15B)的模式圖。從這些富勒烯分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可知，所述最薄分子膜僅相當于富勒烯 分子2 3個的厚度。
圖14為在支持部18a上形成了層疊富勒烯3而成的碳物質(zhì)層19的支持體18的 模式圖。所述支持體18為硅基板、刀刃、懸臂等固定CNT的本體。該支持體18的支持CNT 的支持部18a上形成了層疊富勒烯3而成的碳物質(zhì)層19。富勒烯3也可用其他碳物質(zhì)置 換，這是不言而喻的。
其次，對采用本發(fā)明涉及的碳物質(zhì)層進行CNT固定處理加以說明。在圖12等所示 的富勒烯分子層上載置CNT，在加速電壓調(diào)整至90kV的TEM內(nèi)，在局部使電子束會聚照射硅 基板上的富勒烯分子膜，進行固定處理。會聚電子束的電流密度為約10_13A/nm2，這是通常 觀察時的50 300倍的值。
圖17為2個照射實驗例，示出電子束照射前與照射后的TEM照片。同圖(17A)、 (17B)及(17C)分別為一照射實驗例的電子束照射前與照射后的TEM照片及束面積(1. 0M、 5秒)。同圖(17D)、(17E)及(17F)為別的照射實驗例的電子束照射前與照射后的TEM照 片及束面積(1.0M、1秒)。這些照射實驗是使用通過采用所述圖11的(IlB)的富勒烯溶 液的碳物質(zhì)層形成條件得到的富勒烯分子層來進行的。同圖(17A)、(17B)、(17D)及(17E) 中左側(cè)的暗區(qū)為基板，從這些TEM照片可知，基板上的富勒烯分子層正變成無定形碳層。
為了與所述實驗結(jié)果進行比較，采用其他碳物質(zhì)層形成條件而得到的富勒烯分子 層進行了照射實驗。圖18示出使用通過采用所述圖12的(12A)的富勒烯溶液的碳物質(zhì)層 形成條件得到的、更薄的富勒烯分子層進行的照射實驗例。同圖(18A)、(18B)及(18C)示 出同照射實驗例中的電子束照射前與照射后的TEM照片及束面積(1. 0M、15秒)。從圖18 的(18B)的照片可知，與所述圖17的實驗結(jié)果相比，富勒烯分子層的無定形碳化可穩(wěn)定進 行。
從改變電子束的照射條件，觀察結(jié)構(gòu)變化過程的實驗可知，對富勒烯分子膜照射 電子束時，可以觀察到大致劃分的3階段(富勒烯分子的移動、結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)構(gòu)再構(gòu)筑)的 形態(tài)變化。在富勒烯分子層上直徑15nm的區(qū)域照射電流密度5X 10_13A/nm2的電子束時，照
15射約60秒后(注入量(劑量)2X108電子/nm2)，確認了在照射區(qū)域端部膜厚的增加。艮口， 已知照射區(qū)域外的富勒烯C6tl分子向能量高的區(qū)域凝集。此時，在照射區(qū)域的中心部分，C60 分子的球殼狀結(jié)構(gòu)開始破壞，變成無定形狀態(tài)。從開始至120秒后，在照射區(qū)域的中心部產(chǎn) 生碳結(jié)構(gòu)再構(gòu)筑。在無定形碳堆積的部分可觀察到層狀結(jié)構(gòu)。盡管結(jié)晶性不完全，但從晶 面間距確認了相當于石墨結(jié)構(gòu)。從該結(jié)果可以認為，照射電子束120秒后(劑量為4X108 電子/nm2)的堆積物具有導(dǎo)電性，在該狀態(tài)下CNT可被固定。
圖19為顯示通過電子束照射，富勒烯分子膜轉(zhuǎn)變?yōu)槭さ倪^程的TEM照片。電 子束的直徑為15nm。同圖中(19A)為照射前的富勒烯分子膜，(19G)為照射電子束120秒 后。在這里，發(fā)生向富勒烯中心部的凝集、形成無定形碳、及形成石墨的3階段過程。
圖19的(19B)及(19C)為離照射區(qū)域約IOnm位置的放大TEM照片。(19B)為照 射前、(19C)為照射60秒后的照片，當比較照射前后時，可知照射60秒后的分子膜增加約1 分子層。這表示照射區(qū)域內(nèi)隨著結(jié)構(gòu)變化，富勒烯分子從照射區(qū)域外緩慢移動。
圖19的(19D)、(19E)及(19F)為照射區(qū)域的放大TEM照片。(19D)為照射前、 (19E)為照射60秒后、(16F)為照射90秒后的照片?？梢源_認，在照射60秒后，粒狀物質(zhì) 的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，形成無定形碳?？梢源_認，照射90秒后，形成新的層狀結(jié)構(gòu)。測定該結(jié)構(gòu) 的晶面間距的結(jié)果可以確認，間距為0. 34nm，層狀結(jié)構(gòu)為石墨。石墨與無定形碳相比，具有 高導(dǎo)電率及與CNT的親和性，形成CNT與支持部的結(jié)合部是最佳的。
如上所述，通過將富勒烯C6tl分子層用于碳物質(zhì)層，通過電子束的照射引起電子束 誘導(dǎo)反應(yīng)，C6tl分子的球殼狀結(jié)構(gòu)發(fā)生分解，變成層狀的無定形結(jié)構(gòu)。在電子束照射區(qū)域的 中心部產(chǎn)生碳結(jié)構(gòu)再構(gòu)筑，照射區(qū)域中的碳原子產(chǎn)生共價鍵，CNT的固定成為可能。另外， 也已判明，當進行電子束照射時，變成石墨結(jié)構(gòu)，因此，富勒烯也可使所述固定部的堆積物 具有導(dǎo)電性，對CNT支持體是適宜的。另外，通過電子束照射量的調(diào)整，照射區(qū)域可選擇形 成無定形或石墨結(jié)構(gòu)。特別是通過石墨層的形成，能夠變性為可電連接的區(qū)域，在納米器件 等方面可進行范圍寬廣的應(yīng)用。
下面，對采用本實施形態(tài)的CNT固定方法的、在懸臂突出部固定CNT的工序加以說 明。
圖16示出在懸臂突出部固定CNT的工序。圖16的(16A)示出剛將CNT15轉(zhuǎn)移至 懸臂突出部14后的狀態(tài)。在懸臂部13及懸臂突出部14的表面，富勒烯分子層16在所述 碳物質(zhì)層形工序形成膜。其次，將CNT15的基端部15a從刀刃11轉(zhuǎn)移至懸臂突出部14，在 CNT前端部從懸臂突出部14延伸的附著狀態(tài)中，向著CNT15的基端部15a照射電子束17或 離子束。該束照射在TEM內(nèi)的高真空下進行?；谒鲭娮邮恼T導(dǎo)反應(yīng)，根據(jù)CNT固定 機理，在高真空( I(T5Pa)下進行觀察的透射型電子顯微鏡(TEM)內(nèi)部，邊進行高分辨率 觀察，邊在氣氛中的殘留烴極少的高真空狀態(tài)下，通過進行所述碳物質(zhì)層的分解，可進行牢 固的CNT固定處理。
將CNT15的基端部15a固定于懸臂突出部14前端后，如圖16的(16B)所示，使刀 刃11輕輕地移動至下方。通過該移動，附著在刀尖上的CNT前端部發(fā)生分離，CNT前端部 從懸臂突出部14延伸的CNT探針原型完成。通過所述CNT固定處理，可以制造出在刀刃11 的邊緣部，CNT的端部被更牢固固定的CNT支架。特別是在SEM內(nèi)，通過所述專利文獻2所 示的通過電子束照射或電流通電，使CNT基端部在突出部表面熔粘的方法所不能實現(xiàn)的、通過在高分辨率觀察下的CNT固定處理，可以制造采用單層或2層等5nm以下的細徑CNT 的CNT支持體。
圖20為顯示在圖7等所示的形成了富勒烯分子層(2 3層)的Pt被覆的硅刀 刃上負載CNT，電子束照射的固定實驗例的TEM照片。使用的CNT為采用電弧放電合成的多 層CNT。圖20的(20A)模擬示出在硅基板上堆積的富勒烯分子層與CNT的束照射區(qū)域。同 圖(20B)、(20C)及(20D)分別示出同區(qū)域近旁的CNT配置前的狀態(tài)的TEM照片、同區(qū)域近 旁的CNT配置后且電子束照射前的狀態(tài)的TEM照片、照射直徑20nm及劑量3. 5 X IO8電子/ nm2的電子束120秒后的TEM照片。當把(20C)及(20D)的白色圓形表示的部分加以比較 時，通過對CNT的根部附近照射電子束，分子膜內(nèi)的球殼狀結(jié)構(gòu)變得看不到，觀察到層狀結(jié) 構(gòu)。另外，在層狀結(jié)構(gòu)上觀察到無定形碳以覆蓋CNT根部的方式堆積。
同圖(20E)及(20F)為放大照片，分別為照射區(qū)域近旁的CNT配置后且電子束照 射前的TEM照片、及同區(qū)域近旁的照射電子束120秒后的TEM照片。觀察到照射前的富勒 烯在照射后變成具有層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。該層狀結(jié)構(gòu)中的晶面間距，與石墨中的晶面間距一 致。因此，通過在石墨層上以覆蓋CNT根部分的方式堆積無定形碳，可以不損傷導(dǎo)電性，牢 固固定CNT。
圖21為顯示由于形成石墨層而使導(dǎo)電率增加的圖。在使納米管接觸探針前端的 狀態(tài)下，施加電壓圖301所示的電壓IV。電流圖302，在電子束照射前，電流顯示為0。在 該狀態(tài)下，實線內(nèi)所示的時間帶303、304及305中，分別進行15秒、10秒及10秒的電子照 射。在最初的照射中，在10秒的時滯后，電流值急劇上升。這里的時滯，可以認為是通過電 子束照射，為引起富勒烯的結(jié)構(gòu)變化得到充分的活化能所必要的時間。通過該照射，開始形 成層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性提高。當所述電子束返回至通常觀察時的劑量時，電流值保持一定，因 此，可知在該劑量中不引起導(dǎo)電性發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)變化?？梢哉J為即使在第2次及第3次 照射中，通過富勒烯進行石墨化，電流值也得到增加。
圖22為顯示形成石墨層的CNT支持體的機械強度評價的TEM照片。由通過固定 CNT，進行拉伸產(chǎn)生的懸臂的撓度，測定施加到固定部的力。同圖(22A)為測定前的TEM照 片，(22B)為測定中的照片，(22C)為施加IOOnN力后的TEM照片。在(22C)中，納米管彼 此或納米管與基板發(fā)生滑動，不能測定固定部本身強度，但可以說具有耐受作為最小限的 IOOnN力的強度。該力當換算成帕斯卡時，達到約lOOGPa，是相當于納米管拉伸強度的非常 牢固的固定。
本實施形態(tài)涉及的CNT支持體制造方法，除CNT探針外，對量子效應(yīng)晶體管等納米 器件的制造也可適用。圖23示出采用同制造方法固定的CNT電路元件所制成的量子效應(yīng) 晶體管的概略構(gòu)成。在同圖中，在硅基板100的表面形成氧化膜101。在氧化膜101的表面 102預(yù)先形成富勒烯等碳物質(zhì)層103后，載置CNT104。然后，在TEM內(nèi)，邊進行高分辨率觀 察，邊進行所述碳物質(zhì)層的分解，由此，可將CNT104固定配置于基板上。其次，在CNT兩端 側(cè)層疊形成源電極層105、漏電極層106，另外，通過在CNT104的中央層疊柵電極層107，完 成由CNT電路元件制成的量子效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明不限于所述實施形態(tài)，不超出本發(fā)明的技術(shù)范圍的各種變形例及設(shè)計變更 等，不言而喻也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
17[0172] 按照本發(fā)明，提供一種組裝了細微CNT的高精度CNT探針、量子效應(yīng)晶體管等CNT 納米器件，另外，由于可提供一種用于元件制作的CNT載體，故可提供一種利用CNT的細微 性及高導(dǎo)電性的高性能的電氣及電子裝置。因此，可以期待這些裝置的通用化及高性能化。
權(quán)利要求
一種CNT支持體，其特征在于，在支持體的支持部固定了碳納米管(下面稱作CNT)的CNT支持體中，在所述支持部的表面形成下側(cè)石墨層，將CNT固定部接觸配置在所述下側(cè)石墨層的表面，通過進一步使上側(cè)石墨層被覆所述固定部，使所述CNT固定于所述支持部。
2.—種CNT支持體，其特征在于，在支持體的支持部固定了 CNT的CNT支持體中，在所 述支持部的表面配置CNT的固定部，在所述固定部及其近旁的所述支持部表面形成上側(cè)石 墨層，通過使所述上側(cè)石墨層被覆所述固定部，使所述CNT固定于所述支持部。
3.權(quán)利要求
1或2所述的CNT支持體，其中，至少在所述上側(cè)石墨層的外面形成無定形 碳層。
4.權(quán)利要求
1 3中任一項所述的CNT支持體，其中，所述支持體為懸臂，所述支持部 是在所述懸臂上突出形成的突出部，所述固定部為所述CNT的基端部，所述CNT支持體為所 述CNT的基端部固定于所述突出部、且所述CNT的前端部從所述突出部突出設(shè)置的CNT探 針。
5.權(quán)利要求
1 3中任一項所述的CNT支持體，其中，所述支持體為電路基板，所述CNT 為電路元件，所述支持部為接合所述CNT的接合位置，所述固定部為所述CNT的端部，所述 CNT支持體為在所述接合部固定了所述CNT端部的CNT電路基板。
6.權(quán)利要求
1 3中任一項所述的CNT支持體，其中，所述支持體為刀刃，所述支持部 為所述CNT突出的邊緣部，所述固定部為所述CNT的端部，所述CNT支持體為在所述邊緣部 固定了所述CNT的端部的CNT支架。
7.權(quán)利要求
1 6中任一項所述的CNT支持體，其中，通過所述上側(cè)石墨層及/或所述 下側(cè)石墨層將所述CNT固定于所述支持部的部位存在1處以上。
8.CNT支持體的制造方法，其特征在于，在支持體的支持部固定了 CNT的CNT支持體的 制造方法中，在所述支持部的表面形成堆積含有碳分子或有機物的碳物質(zhì)所得到的碳物質(zhì) 層，將CNT固定部接觸配置在所述碳物質(zhì)層的表面，在所述固定部及/或固定部近旁的被照 射區(qū)域，照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì)層分解，通過由所述分解形成的碳膜被覆所述 固定部，將所述CNT固定于所述支持部。
9.CNT支持體的制造方法，其特征在于，在支持體的支持部固定了 CNT的CNT支持體的 制造方法中，在所述支持部的表面配置CNT固定部，在所述固定部及/或其近旁的所述支持 部表面形成堆積含有碳分子或有機物的碳物質(zhì)所得到的碳物質(zhì)層，對所述固定部及/或固 定部近旁的被照射區(qū)域照射電子束或離子束，使所述碳物質(zhì)層發(fā)生分解，通過由所述分解 形成的碳膜被覆所述固定部，將所述CNT固定于所述支持部。
10.權(quán)利要求
8或9所述的CNT支持體的制造方法，其中，將規(guī)定質(zhì)量的所述碳物質(zhì)配 置在容器內(nèi)，向所述容器內(nèi)加入所述支持體后，將所述容器密封，加熱所述容器，使所述碳 物質(zhì)蒸，使所述碳物質(zhì)在包含所述支持部的所述支持體的表面堆積，形成所述碳物質(zhì)層。
11.權(quán)利要求
10所述的CNT支持體的制造方法，其中，配制將所述碳物質(zhì)混合于溶劑中 的規(guī)定濃度的碳物質(zhì)溶液，將所述碳物質(zhì)溶液的規(guī)定體積注入所述容器中，通過加熱，從所 述容器中除去溶劑，使所述規(guī)定質(zhì)量的碳物質(zhì)殘留配置在所述容器內(nèi)。
12.權(quán)利要求
10或11所述的CNT支持體的制造方法，其中，采用所述碳膜將所述CNT 的所述固定部被覆固定于所述支持部后，采用洗滌溶劑洗滌所述CNT支持體，或加熱所述 支持體，除去附著在所述CNT支持體的表面的所述碳物質(zhì)。
13.權(quán)利要求
8 11任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述碳膜為無定形碳膜或石墨膜。
14.權(quán)利要求
8 13任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述碳分子為富勒烯 或內(nèi)包金屬的富勒烯。
15.權(quán)利要求
8 13任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述有機物含有碳以 外的成分，通過所述分解，所述碳以外的成分揮發(fā)，形成所述碳膜。
16.權(quán)利要求
8 15任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述支持體為懸臂， 所述支持部是在所述懸臂上突出形成的突出部，所述固定部為所述CNT的基端部，所述CNT 支持體為所述CNT的基端部固定于所述突出部、且所述CNT的前端部從所述突出部突出設(shè) 置的CNT探針。
17.權(quán)利要求
8 15任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述支持體為電路 基板，所述CNT為電路元件，所述支持部為接合所述CNT的接合位置，所述固定部為所述CNT 的端部，所述CNT支持體為在所述接合部固定了所述CNT端部的CNT電路基板。
18.權(quán)利要求
8 15任一項所述的CNT支持體的制造方法，其中，所述支持體為刀刃， 所述支持部為所述CNT突出的邊緣部，所述固定部為所述CNT的端部，所述CNT支持體為在 所述邊緣部固定了所述CNT端部的CNT支架。
專利摘要
本發(fā)明提供一種在氣氛中的殘留烴極少的高真空狀態(tài)下，可進行牢固的CNT固定處理，采用單層或2層等的細徑CNT的CNT納米器件及、該制作過程中必需的CNT載體等CNT支持體及其制造方法。在支持體18上形成支持部18a。使CNT15的基端部15a轉(zhuǎn)移至支持部18a，向CNT15的基端部15a照射電子束17或離子束。被覆基端部15a及支持部18a的碳物質(zhì)層19通過所述電子束17或離子束，變成無定形碳層及石墨層。通過該石墨層，將CNT15固定于支持體18，制成CNT支持體。該束照射在TEM內(nèi)的高真空下進行。
文檔編號G01Q70/12GKCN101960286SQ200980106910
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月26日
發(fā)明者中山喜萬, 千賀亮典, 平原佳織 申請人:獨立行政法人科學技術(shù)振興機構(gòu)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan