日研究所實現(xiàn)在碳納米管晶圓上集成三維電子部件

    日本產業(yè)技術綜合研究所（產綜研）制成了利用單層碳納米管集成的三維碳納米管部件。此次開發(fā)出了可使碳納米管高密度排列的“碳納米管晶圓”，能夠利用基于光刻的微細加工技術。這樣，便可在任意場所制造任意形狀的電子部件構造。比如，在底板上集成1000個以上基于碳納米管的三維電子部件（圖1）。另外，還成功地對這些電子部件進行了電力驅動。 

　　碳納米管晶圓按照以下步驟制作（圖2）。（1）在硅底板上將催化劑形成線狀圖案。（2）利用產總研2004年度開發(fā)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納米管薄膜。（3）通過將底板浸入液體中，然后上提，使碳納米管薄膜倒在硅底板上。（4）倒下的碳納米管薄膜在液體干燥的同時，密度升高，并與底板緊密連接形成碳納米管晶圓。 

　?。?）倒下前的碳納米管薄膜由平均直徑為2.8nm的碳納米管垂直排列，其密度為0.03g/cc。（4）制成的碳納米管晶圓隨著液體干燥，密度越來越高，形成密度為0.5g/cc的板狀。該碳納米管晶圓重量輕、具有強靭的機械特性，并且非常柔軟、彎曲90度以上也不會斷裂（圖3）。電氣特性具有各向異性，碳納米管平行排列時，電阻率為0.008Ω·cm；垂直排列時，電阻率為0.20Ω·cm。 

　　碳納米管晶圓即使涂布光掩膜用光刻膠也不會損壞，可以利用光刻技術加工成任意形狀。另外，還可以在硅底板上事先備好的溝槽等的上面制作懸臂梁狀等形狀的碳納米管構造。碳納米管晶圓本身也可以保持三維形狀。實際上，產總研制成了集成碳納米管的三維懸臂梁以及三維布線（圖4）。 

　　利用碳納米管構造體的導電性，可以實現(xiàn)電力驅動。比如，產總研制成了所有電極由碳納米管構成的碳納米管繼電器并成功進行了驅動。通過對柵電極加載電壓，實現(xiàn)了碳納米管懸臂梁的機械開關動作（圖5）。 

　　今后，產總研將對碳納米管晶圓的物理性進行評測，進一步開發(fā)利用其特性的碳納米管部件。還將注重與企業(yè)和大學的合作，并提供碳納米管薄膜。 

　　此次的研究成果已于2008年5月4日刊登在英國科學雜志《Nature Nanotechnology》的網絡版上。