[发明专利]碳纳米管成长用基板、碳纳米管成长方法、碳纳米管成长用催化剂的粒径控制方法及碳纳米管直径的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管(以下称为CNT)成长(沉积)用基板，CNT成长方法，CNT成长用催化剂的粒径控制方法，以及CNT直径的控制方法。

背景技术

在以往的CNT成长用基板的情况下，通常根据溅射法或EB(电子束)蒸镀法，作为薄膜在基板上形成催化剂，在CNT成长前或CNT成长中的加热等过程中，使在该薄膜上的表面上广泛形成的催化剂微粒化，并使用具有这种微粒化的催化剂的基板。此时，由于催化剂粒径受基底的缓冲层和工艺条件、催化剂膜厚等各种各样条件的影响，所以其控制是困难的。另外，由于催化剂的凝集而微粒化，因此粒径往往易变大。一般认为，在催化剂微粒的直径小的情况下CNT容易成长，但如上所述，该粒径依赖于催化剂膜厚或前处理工艺条件和反应条件等而进行变动，因此，难以简单地进行控制。

与此相比，也有不使催化剂微粒化，而预先制作催化剂微粒、再将该微粒固定在基板上的方法，但除了预先制作微粒以外的剩余的工序仍是必须的。

此外，还已知将作为微粒制造的催化剂分散或溶解在溶剂中并涂布在基板上的方法，但制作微粒的工艺需要另外的途径，以及所涂布的微粒有凝集的可能性。

进而，还公知在由Ni、Fe、Co或含有这些金属的至少两种的合金构成的基板上直接成长CNT的方法(例如参照专利文献1)。在这种场合下，由于采用通常的等离子CVD(化学气相沉积)法等，所以虽然也因CNT的用途的不同而不同，但要采用低温进行CNT的成长却受到限制。这是因为，在等离子CVD法的情况下，成长温度籍助等离子的能量而上升。

针对这种情况，为了使基板温度不因等离子的能量而上升，提出了使用遥控(remote)等离子CVD法进行CNT的成长的方法(例如，参照专利文献2)。这种方法是在CNT成长时，以基板不直接曝露在等离子体中的方式产生等离子，由加热装置加热基板，并将在等离子体中分解的原料气体供给基板表面使CNT成长的方法。但是，在此方法中不进行催化剂的微粒化，不一定能够满足CNT成长。

专利文献1：特开2001-48512号公报(权利要求书)

专利文献2：特开2005-350342号公报(权利要求书)

发明内容

发明要解决的课题

为了能够在包括半导体元件制造领域的各种领域中使用，在所述以往的CNT成长方法的情况下，存在着不能充分高效率而且以尽可能低的温度使CNT成长的问题，或存在不能控制CNT成长用催化剂的粒径以及CNT的内径和/或外径的问题。因此，正在谋求能够在催化剂层形成时简易地制作所希望的催化剂微粒、例如具有被控制的粒径的催化剂微粒、并且能够在该催化剂层之上使所希望的CNT、例如直径被控制的CNT高效成长的方法。

因此，本发明的课题在于解决所述现有技术的问题，提供一种用于使CNT高效成长的基板、在该基板上高效地使所希望的CNT成长的方法、CNT用催化剂的粒径控制方法、以及在被控制粒径的催化剂上使CNT成长时控制CNT直径的方法。

解决课题的方法

本发明的碳纳米管(CNT)成长用基板的特征在于，在表面上具有使用同轴型真空电弧蒸镀源(以下称为电弧等离子喷枪。)形成的催化剂层。

优选的是，该基板上的催化剂层包含按照电弧等离子喷枪的发射数控制粒径的催化剂。

优选的是，本发明的CNT成长用基板，另外作为基底层还具有缓冲层，在该缓冲层上具有使用电弧等离子喷枪形成的催化剂层。此时，优选催化剂层包含按照电弧等离子喷枪的发射数控制粒径的催化剂。

优选的是，所述缓冲层是从Ti、Ta、Sn、Mo和Al中选出的金属的膜、这些金属的氮化物的膜或这些金属的氧化物的膜。所述金属、氮化物和氧化物也可以是各自至少2种的混合物。

优选的是，在所述催化剂层的形成中，作为电弧等离子喷枪的靶，使用包含Fe、Co和Ni的任意一种、或含有这些金属的至少一种的合金或化合物、或从这些金属、合金和化合物中选出的至少2种的混合物的靶。

所述催化剂层优选在其形成后再用氢自由基活化，而且优选在其表面上具有包含金属或氮化物的催化剂保护层。作为该催化剂保护层所使用的金属，优选从Ti、Ta、Sn、Mo和Al中选出的金属，而且氮化物优选是这些金属的氮化物。所述金属及氮化物也可以是各自至少2种的混合物。

通过使用上述那样构成的基板，即使在700℃以下的低温下，优选在400℃以下，更优选在350℃以下，尤其优选在300℃以下的温度下，CNT也能够成长。