日研究所实现在碳纳米管晶圆上集成三维电子部件

    日本产业技术综合研究所（产综研）制成了利用单层碳纳米管集成的三维碳纳米管部件。此次开发出了可使碳纳米管高密度排列的“碳纳米管晶圆”，能够利用基于光刻的微细加工技术。这样，便可在任意场所制造任意形状的电子部件构造。比如，在底板上集成1000个以上基于碳纳米管的三维电子部件（图1）。另外，还成功地对这些电子部件进行了电力驱动。 

　　碳纳米管晶圆按照以下步骤制作（图2）。（1）在硅底板上将催化剂形成线状图案。（2）利用产总研2004年度开发出的水分添加CVD法（Super Growth法），在硅底板上制作出垂直于底板的碳纳米管薄膜。（3）通过将底板浸入液体中，然后上提，使碳纳米管薄膜倒在硅底板上。（4）倒下的碳纳米管薄膜在液体干燥的同时，密度升高，并与底板紧密连接形成碳纳米管晶圆。 

　　（2）倒下前的碳纳米管薄膜由平均直径为2.8nm的碳纳米管垂直排列，其密度为0.03g/cc。（4）制成的碳纳米管晶圆随着液体干燥，密度越来越高，形成密度为0.5g/cc的板状。该碳纳米管晶圆重量轻、具有强靭的机械特性，并且非常柔软、弯曲90度以上也不会断裂（图3）。电气特性具有各向异性，碳纳米管平行排列时，电阻率为0.008Ω·cm；垂直排列时，电阻率为0.20Ω·cm。 

　　碳纳米管晶圆即使涂布光掩膜用光刻胶也不会损坏，可以利用光刻技术加工成任意形状。另外，还可以在硅底板上事先备好的沟槽等的上面制作悬臂梁状等形状的碳纳米管构造。碳纳米管晶圆本身也可以保持三维形状。实际上，产总研制成了集成碳纳米管的三维悬臂梁以及三维布线（图4）。 

　　利用碳纳米管构造体的导电性，可以实现电力驱动。比如，产总研制成了所有电极由碳纳米管构成的碳纳米管继电器并成功进行了驱动。通过对栅电极加载电压，实现了碳纳米管悬臂梁的机械开关动作（图5）。 

　　今后，产总研将对碳纳米管晶圆的物理性进行评测，进一步开发利用其特性的碳纳米管部件。还将注重与企业和大学的合作，并提供碳纳米管薄膜。 

　　此次的研究成果已于2008年5月4日刊登在英国科学杂志《Nature Nanotechnology》的网络版上。