カーボンナノチューブ(CNT)とナノワイヤーは次世代の半導体において前途有望である。ナノスケールの適用性に加えて、CNTは優れた機械的強度と電気特性を備え、今日における最先端Cu配線と比べて数倍高速の配線を実現する可能性がある。Auのナノワイヤーもまた興味深い光学特性と電気特性を示す。しかし、CNTは任意の場所にランダムな配列で成長する傾向があり、電子用途で適用するのが困難だ。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)には、大量生産に適した材料の製造方法の見通しとともに、これらの課題についての記述されている。¹⁾

　米Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)、材料科学エンジニアリングの教授であるPulickel Ajayan氏が率いる学際的グループの研究者は、CNTをうまく制御し、CNTとメタルナノワイヤーの特性を組み合わせたハイブリッド構造を作り出す方法を考え出した。同製造方法は、個々のナノチューブをメタル接合部に貼り付けることが可能であり、CNTを配線やICの中の素子として使用するための解決法となりうる。

　「同技法によって我々はナノエレクトロニクス分野におけるさまざまな課題を克服し、ナノチューブをベースにした電子工学の実現に向けて一歩近づいた」と、RPI材料科学電気エンジニアリング大学院生のFung Suong Ou氏は述べる。

　Applied Physics Letters²⁾の最新号に記述されたハイブリッド構造は、CNTをAuナノワイヤーまたはCuナノワイヤーのどちらかと結合させたマルチセグメントの一次元構造である。彼らは2セグメント(メタル‐CNT)と3セグメント(CNT‐メタル‐CNT)のハイブリッド構造を作製した。

　まず初めに、直径60nm以下のアルミナ・テンプレートによってメタルナノワイヤーが作られる。CuまたはAuのワイヤーはテンプレートの孔内部で電着され、ナノワイヤーの長さは付着時間を変えることによって制御される。多壁CNTは次にCVD工程によってメタルナノワイヤーの上部に蒸着される。全てのアセンブリは炭酸化合物が存在する炉内にて行われる。炉が高温(650℃)に加熱されると、炭素原子はテンプレートの溝の壁に沿って自らを配列し、CNTはメタルワイヤーの上部で成長する。3セグメントの構造は同様に作製されるが、CNTのメタルナノワイヤーの上下両方に領域を作り出し、CNTが中で成長するために犠牲材料を使用している。

　「この技法は本当に簡単であり、他の多くの材料にも適用できるだろう」とOu氏は述べる。「最大の特徴は、数百ミクロンの長さに渡ってナノチューブとナノワイヤーの間の接合部を操作し、制御できるという点である」。

　彼らはCuナノワイヤーとAuナノワイヤーの両方を使用してすでにハイブリッド構造を作製している。図はそれぞれの配列の例を示している。これからも分かるように、CNTとメタルナノワイヤーの間の界面レベルは一様ではなく、ワイヤーごとに変化している。つまり、メタルナノワイヤーはCVD前には均一の高さであったが、CVD後には変動を示した。報告書ではさらに詳細が示されており、変化するメタルナノワイヤーの融点について説明されている。その差はAuより低い融点を持つCuを使った構造で顕著となる。

　彼らはCNTを半導体材料と結合させ、ダイオードでの使用に応用させることも研究している。

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1. 　International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), Emerging Research Devices, Available at www.itrs.net/Links/2005ITRS/ERD2005.pdf.

2.　F.S. Ou et al., “Multisegmented One-Dimensional Hybrid Structures of Carbon Nanotubes and Metal Nanowires ,” Appl. Physics Lett., Dec. 11, 2006.