JP2005238388A

JP2005238388A - 炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有する探針および電界電子放出源

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Publication number: JP2005238388A
Application number: JP2004051727A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tanemura; 眞幸種村; Hisanori Yamauchi; 久典山内; Tatsuhiko Okita; 龍彦沖田; Ryuta Morishima; 龍太森島; Kyoichi Tange; 恭一丹下
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP4539817B2

Abstract

【課題】優れた耐久性を備え、高い測定精度を可能とし、短時間・低コストでばらつき無く作製できるＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦという炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有するＳＴＭやＡＦＭ用の探針あるいはＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源を提供する。
【解決手段】基体上に成長した炭素構造体の頂点付近の炭素原子と化学結合して該頂点上に成長したカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体。炭素ナノ構造体は、炭素材料にイオンビーム、レーザビーム、電子ビーム等の高エネルギービームを照射することにより製造される。炭素ナノ構造体の切断は、基体上の炭素構造体および炭素ナノ構造体を樹脂中に埋め込み、樹脂および埋め込まれた炭素ナノ構造体を一緒に炭素ナノ構造体側から所定位置まで研磨した後、残留している樹脂を除去することにより行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有する探針および電界電子放出源に関する。

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、グラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）（以下、本明細書中においてはこれらを総称して「炭素ナノ構造体」と呼ぶ）は走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針（probe）や電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、Ｘ線装置、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電界電子放出源などとして極めて有用である。いずれの用途においても、炭素ナノ構造体を台座となる基体に固定して用いる必要がある。典型的な例としては、シリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）から成る基体に炭素ナノ構造体を接合したＡＦＭの探針がある（特許文献１：特開２０００−２２７４３５）。この接合はＮｉ等の金属を蒸着させて行なっているが、下記の点で問題があった。

１）耐久性が低い。基体と炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）とを接合しているのはファンデルワールス力であるため接合力が非常に小さく、わずかな応力で脱落し易い。

２）測定精度が低い。基体と蒸着金属との界面および蒸着金属と炭素ナノ構造体との界面でそれぞれ接触抵抗が生ずる。これら２つの接触抵抗に起因して温度変化などの外部条件変化により電流ノイズが発生し、結果として測定精度が低下する。

３）作製に長時間を要し、性能のばらつき大きい。１つ１つ手作業でマニュピレータによりＣＮＴ等を接合するため、時間やコストがかかる上、性能のばらつき発生が避けられない。

また従来、種々の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）の切断は、酸溶液中で超音波振動を加えて化学的に切断する方法、ミリング等により機械的に切断する方法などにより行なわれていたが、所望の長さに揃えて切断することが困難であった。

特開２０００−２２７４３５号公報（特許請求の範囲）

本発明は、上記従来技術の問題を解消し、優れた耐久性を備え、高い測定精度を可能とし、短時間・低コストでばらつき無く作製できるＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦという炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有するＳＴＭやＡＦＭ用の探針あるいは電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、Ｘ線装置、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電界電子放出源を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、基体上に成長した炭素構造体の頂点付近の炭素原子と化学結合して該頂点上に成長したカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体を提供する。

本発明の炭素ナノ構造体の製造方法は、炭素材料に高エネルギービームを照射することを特徴とする。一般に、高エネルギービームの照射を室温から２００℃の温度域で行なうことが望ましい。高エネルギービームとしては、イオンビーム、レーザビームまたは電子ビームを用いることができる。

また、本発明の炭素ナノ構造体の切断方法は、基体上の炭素構造体および炭素ナノ構造体を樹脂中に埋め込み、樹脂および埋め込まれた炭素ナノ構造体を一緒に炭素ナノ構造体側から所定位置まで研磨した後、残留している樹脂を除去することを特徴とする。

更に、本発明の炭素ナノ構造体を有することを特徴とする、走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針および電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、Ｘ線装置、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電界電子放出源が提供される。

更に、本発明の炭素ナノ構造体が複数個並列に配置され且つ炭素構造体を単一の基材中に埋め込まれて一体化した構造を有することを特徴とする、走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針および電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、Ｘ線装置、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電界電子放出源も提供される。

上記の探針または電界電子放出源の製造方法は、
基材の表面を、上記炭素ナノ構造体の複数個並列配置に対応する位置に開口を有するマスクで覆う工程、
上記マスクの開口内に露出した基材の表面に、エッチングにより窪みを形成する工程、
上記マスク上から炭素を堆積させる工程、
上記マスクを除去して、上記窪み内のみに上記堆積炭素を残す工程、
上記窪み内に炭素を堆積させた側の基材表面に高エネルギービームを照射することにより、該堆積炭素上に上記炭素ナノ構造体を成長させる工程
を含む。

望ましくは、本発明の探針または電界電子放出源は、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるＧバンドとＤバンドのピーク強度比Ｇ／Ｄが１よりも大きい。

望ましくは、本発明の探針または電界電子放出源は、炭素構造体が円錐であり、高さが底面の直径よりも高いこ。

望ましくは、本発明の探針または電界電子放出源は、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層が化学的修飾により絶縁性を付与されているか、あるいは、最表層がキラル構造またはジグザグ構造である。

本発明によれば、基体上に成長した炭素構造体の頂点に化学結合した状態で炭素ナノ構造体が生成するので、炭素構造体との接合が化学結合により極めて強固なため耐久性に優れており、化学結合による接合界面には接触抵抗が発生することもないので高い測定精度が実現可能であり、炭素材料への高エネルギービームの照射により炭素構造体とその頂点上の炭素ナノ構造体とが連続的に一括形成されるので短時間・低コストでばらつきなく作製でき、大量生産にも適している。

〔実施形態１〕
図１に、本発明の炭素ナノ構造体を模式的に示す。炭素ナノ構造体１０は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）またはグラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）であり、基体１２上に成長した炭素構造体１４の頂点１４Ｔ付近の炭素原子と化学結合して頂点１４Ｔ上に成長している。すなわち、炭素ナノ構造体１０は接合部Ｂにおいて炭素構造体１４と化学結合により接合している。

従来は、例えば図２に示すように、ＳＴＭやＡＦＭの探針１は、ＣＮＴ２等をシリコンＳｉや窒化珪素ＳｉＮｘ等の基体３に、ニッケルＮｉ等の蒸着層Ｘにより接合していたため、既述のように接合が弱いファンデルワールス力により接合が行われており、小さな応力で容易に脱落してしまった。

これに対して、本発明によれば、基体１２上に直接成長させる炭素構造体１４は基体１２との接合面積を大きくとれるので強固な接合が可能になり、同時に、この炭素構造体１４の頂点１４ＴにＣＮＴ等の炭素ナノ構造体１０が化学結合により非常に強固に接合されているので、全体として外力に対する耐久性が著しく向上する。

本発明において、基体１２は上記従来例のようにシリコンＳｉや窒化珪素ＳｉＮｘであってもよいし、炭化珪素ＳｉＣあるいはその他の材質であってもよく、特に材質は限定する必要がない。

〔実施形態２〕
実施形態１で説明した本発明の炭素ナノ構造体は本発明の方法により初めて製造可能になった。

図３に示すように、本発明の炭素ナノ構造体１０の製造は、炭素材料１６にイオンビーム、レーザビーム、電子ビーム等の高エネルギービームＥを照射する。照射の衝撃（スパッタ）により炭素材料１６の表面から炭素が弾き出され、その跡に多数のクレータが生じ、弾き出された炭素を原料としてクレータ間のコーン１４の頂点１４Ｔから上方へ向けて炭素ナノ構造体１０が成長する。炭素材料１６はグラファイト板であってもよいし、図示のように基体１２上に形成したグラッシーカーボン等の炭素蒸着膜であってもよい。また、炭素蒸着を行ないつつ同時に高エネルギービームを照射してもよい。

本発明の製造方法は、室温付近（２００℃程度以下）の低温で製造可能であるので、高温処理に伴う欠陥発生等が起こることがない。また触媒は、炭素ナノ構造体の成長促進のために用いてもよいが、特に必要としないので、触媒除去の後処理が必須ではない。

図１、図３に示した本発明の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）１０と基体１２および炭素構造体１４とを含む一体構造を利用すれば、高精度・高耐久性のＳＴＭ、ＡＦＭ等の原子オーダー観察用顕微鏡の探針（プローブ）や電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、Ｘ線装置、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電界電子放出源などを低コストで大量に製造できる。

すなわち、例えばＳＴＭは、鋭い探針を試料表面から１ｎｍ程度まで近接させて配置し、探針と試料との間に流れるトンネル電流を測定しつつ圧電素子によってこれを表面に沿った方向に走査し、表面の構造や電子状態を観察する顕微鏡である。

従来、炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）を用いたＳＴＭやＡＦＭの探針は、既述のようにＮｉ等の金属の蒸着により炭素ナノ構造体を基体に接合していたため、基体／金属間と金属／炭素ナノ構造体間に接触抵抗が生じてしまい、接触部で発熱したり、温度などの外部条件変化（外部撹乱）によりノイズ電流が発生し、その結果、測定精度が低下し、機械的強度も低いという問題があった。

本発明の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）は基体上に成長した炭素構造体と化学結合した状態で一体に形成されているので、従来のような接触抵抗が生じることがないし、機械強度的にも非常に堅固であり、ＳＴＭ、ＡＦＭ等の探針やＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源に適用すれば大きな利点が得られる。

〔実施形態３〕
前述のように、従来、種々の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）の切断は、酸溶液中で超音波振動を加えて化学的に切断する方法、ミリング等により機械的に切断する方法などにより行なわれていたが、所望の長さに揃えて切断することが困難であった。

本発明は、上記従来の問題を解消し、炭素ナノ構造体を所望長さに揃えて切断できる方法を提供する。

図４（１）に示すように、実施形態２において説明したような本発明の製造方法により基体１２上に複数の炭素構造体１４と、個々の炭素構造体１４の頂点に１本づつ炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦまたはＧＮＦ）１０とを成長させた例を説明する。

まず、図４（２）に示すように、基体１２上の炭素構造体１４および炭素ナノ構造体１０を全て樹脂２０で埋め込む。

次に、図４（３）に示すように、樹脂埋め込み部の上部（図中の点線で囲んだ部分）を研磨して、この部分の樹脂２０と炭素ナノ構造体１０を一緒に除去する。

最後に、図４（４）に示すように、樹脂２０を溶媒で溶出除去すれば、所望長さに切り揃えられた炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）１０が得られる。

このように本発明の切断方法によれば、一度の処理で多数の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）を所望長さに揃えて切断することができる。

〔実施形態４〕
図５は、本発明の炭素ナノ構造体１０を複数個並列に配置し且つ炭素構造体１４の部分を単一の基材２２中に埋め込んで一体化した構造を有するＳＴＭ、ＡＦＭ等の探針あるいはＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源を示す。

個々の炭素ナノ構造体１０を相互に電気的に絶縁するために、絶縁性の基材２２に埋め込み、図示のように各炭素ナノ構造体１０から導線２４を引き出した形にする。

従来のＳＴＭ、ＡＦＭは探針が１本のみであり、試料表面の走査に多くの時間を要していた。それは、探針作製時にマニュピレータを用いて複数のＣＮＴを接合し、観察時に各探針毎に独立に電圧を印加することが困難だったからである。

これに対して、図５に示した本発明の複数個並列探針を採用することにより、それぞれ独立に電圧を印加することが可能になり、一度に広範囲の試料表面を走査することができる。

炭素ナノ構造体１０の相互絶縁が不要な場合には基材２２として導電材料を用い、図示の導線２４は必要がなくなる。

更に、例えばＦＥＤの電界電子放出源（エミッター）に適用する場合、１ピクセル当り複数個のエミッターを割り当てるには、１ピクセルに用いる個数の炭素ナノ構造体１０を１ユニットとし、各ユニット内の炭素ナノ構造体１０同士は導電状態とし、各ユニット間を絶縁状態にすればよい。

〔実施形態５〕
図５に示した実施形態４の、炭素ナノ構造体１０を複数個並列配置した探針または電界電子放出源を本発明により製造する手順の一例を説明する。

まず、図６（１）に示すように（本図は構造全体を示す斜視図）、基材２２の表面を、炭素ナノ構造体１０の複数個並列配置に対応する位置に開口２６を有するマスク２８で覆う。

次に、図６（２）に示すように（本図以降は１個の開口２６について示す断面図）、マスク２８を介して基材２２の表面をエッチングすることにより、開口２６内に露出している基材２２の表面に窪み３０を掘り込む。

次に、図６（３）に示すように、マスク２８の上から蒸着等により炭素３２を堆積させる。

次に、マスク２８を除去して、窪み３０内のみに上記堆積した炭素３２を残す。

そして、実施形態２において説明した本発明の製造方法により、窪み３０内に炭素３２を堆積させた側の基材２２表面に高エネルギービーム（イオンビーム、レーザビーム、電子ビームなど）を照射して、堆積炭素３２上に炭素ナノ構造体１０を成長させる。これにより、基材２２の表面に埋め込まれた堆積炭素３２を炭素構造体１４としてその上に炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）１０が成長した構造が得られる。

上述の過程は全ての開口２６内すなわち窪み３０内で同時に進行するので、基材２２の全表面において一括して炭素ナノ構造体１０が形成され、図５に示した多数個並列配置の構造が一度の処理で得られる。

〔実施形態６〕
本発明の炭素ナノ構造体１０をＳＴＭ、ＡＦＭ等の探針やＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源として用いる場合、導電性をできるだけ高めることが望ましい。炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）は、内部欠陥の存在により電子伝導が妨げられ、電気抵抗が増大し、発熱や外部撹乱によるノイズの発生が起きたり、欠陥箇所で放電が発生したりして、探針による測定精度や電界電子放出源の動作精度を低下させる。

図７に例示するように、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるＧバンドとＤバンドのピーク強度比Ｇ／Ｄが１より大きければ、高い結晶性が得られ、高い導電性が確保できる。Ｇ／Ｄ比を高める手段として、例えば真空中で１０００℃にて１０時間加熱する処理は、欠陥を減少させ結晶性を高めるのに有効である。

〔実施形態７〕
本実施形態は、特にＳＴＭ、ＡＦＭなどの探針に用いた場合に有利な形態である。

これらの原子オーダー観察用走査顕微鏡では、走査中に、探針の炭素構造体部分が測定試料と相互作用する場合がある。この相互作用を低減または回避するために、探針の炭素構造体部分をできるだけ試料表面から離すことが望ましい。

図８に、炭素構造体１４を円錐状とし、その高さｈを底面の直径ｄより大きくした探針を示す。これにより、炭素構造体１４の体積の大きい部分を試料表面ｓから十分に引き離すことが可能になり、炭素構造体１４と試料との相互作用を実質的に回避できる。

図９に、円錐状炭素構造体の頂点から連続的に成長したＣＮＦのＳＥＭ写真を示す。

〔実施形態８〕
本発明の炭素ナノ構造体１０を用いたＳＴＭ、ＡＦＭ用探針やＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源は、必要な先端での放電は十分に確保しつつ、不必要で有害な側面からの放電を防止することが望ましい。

図１０に多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）１０Ｍの先端部を示す。この多層カーボンナノチューブ１０Ｍは、最表層Ｌを化学的修飾により絶縁性を付与するか、または、最表層Ｌをキラル構造またはジグザグ構造とすることにより、有害な側面からの放電を防止したものである。

本発明の方法により、以下の手順および条件でカーボンナノファイバーを製造した。

製造装置の構成は、超高真空走査電子顕微鏡（JEOL: JAMP-10S）、差動排気マイクロビームイオンガン（JEOL: MIED）、超高真空シード供給装置（アークプラズマガン ULVAC-APG-1000）、および試料加熱ゴジオステージを用いた。図１１に示すように、イオンガンＩＧおよびシード供給源ＳＳは同一鉛直面（Ｘ−Ｚ面）内に配置され、イオンビームＩＢおよびシード供給粒子ＳＰの入射角はイオン照射対象面ＯＳの法線Ｚに対していずれも５５度であった。

表面凹凸を有する試料に対する傾斜入射スパッタは、垂直入射スパッタに比べ、しばしば表面荒れの形成を助長することが知られている。上記の配置はこの知見を利用して、コーン形成とその頂点からのカーボンナノファイバー（炭素ナノ構造体）の成長を促進する配置としたものである。

照射（スパッタ）イオンとしては、ビーム径３８０μｍ、エネルギー３ｋｅＶのアルゴン（Ａｒ）イオンを用いた。平均イオン電流密度は８８〜２６４μＡ／ｃｍ^２であり、イオンビームの中心でのスパッタ速度（Ｓ）は１０〜３０ｎｍ／ｍｉｎであった（カーボンのスパッタ速度の実測は困難なため、表面分析で標準的に用いられるＳｉＯ_２膜での実測値で表示）。

シードすなわち触媒供給用のアークプラズマガンは、金属ターゲット周囲での局所的なパルスアーク放電を粒子放出の基本原理とする。触媒供給源としてモリブデン（Ｍｏ）ターゲットを用いた。パルスの繰り返し周期および動作距離は各々２Ｈｚおよび１５ｍｍであり、このときの粒子供給速度（Deposition Rate: Ｄ）は０．２ｎｍ／ｍｉｎであった。触媒金属Ｍｏはスパッタクレータ全域で均一に堆積した。アークプラズマガンは、放電を誘起するためのガス供給を必要としないことから、超高真空下で正常に作動した。到達真空度は７×１０^−７Ｐａであり、触媒Ｍｏ粒子を供給しつつＡｒイオン照射を行って成長中でも７×１０^−６Ｐａ台の真空度が常に維持されていた。

Ａｒイオン照射の対象とする炭素材料としては、グラッシーカーボン（glassy carbon: Tokai Carbon Co., Ltd.）を用いた。Ａｒイオン照射は室温〜１２０℃で行い、イオン照射時間は１００分であった。イオン照射後の形態観察には、ＵＨＶ−ＳＥＭおよび通常ＳＥＭ（JEM-5600）を用いた。

上記のようにＡｒイオン照射とＭｏ粒子照射とを行うと、まずクレータの形成にともないクレータ間にコーン（突起）が成長した（条件は、一例としてＡｒイオンスパッタ速度Ｓ＝２０ｎｍ／ｍｉｎ、Ｍｏ粒子供給速度Ｄ＝０．２ｎｍ／ｍｉｎ）。形成されるコーン１４（クレータ間の突起）の個数およびサイズは、Ａｒイオンスパッタ速度Ｓの増加とともに増加した。大きい粒界部に加え粒内でもコーン群の形成が認められた。コーン１４の先端１４Ｔは先鋭であり、コーンの成長方向はイオン入射方向と一致していた。

Ａｒイオンスパッタ速度Ｓを増加すると（例えば上記一例に対してはＳ＝２５ｎｍ／ｍｉｎに増加すると）、形成するコーン形状に劇的な変化が生ずる。コーンサイズは更に増大し、幾つかのコーン１４の先端にはＣＮＦが成長した。極めて興味深いことに、ＣＮＦは各コーンの先端に１本だけ成長し、ＣＮＦの初期成長方向はコーン成長方向に一致していた。ＣＮＦの長さはまちまちで、短いものでは２００ｎｍであり、長いものでは５μｍ（５０００ｎｍ）にまで達した。短いＣＮＦはほぼ直線的に成長し、長いものでは湾曲したものも多数認められた。ＣＮＦの長さとコーンのサイズ（長さ、幅）とは何ら関係が認められなかった。ＣＮＦの直径は成長方向に対してほぼ一定であり、また、長さに無関係にほぼ均一（５０ｎｍ）であった。本スパッタ条件下では、ＣＮＦ成長に伴うコーンの収率は全体の２０〜３０％程度であった。加えて、ＣＮＦは全てコーンの先端（頂点）に成長し、下地平坦部から直接成長するものは認められなかった。

Ａｒイオンスパッタ速度を更に速く（上記例に対してＳ＝３０ｎｍ／ｍｉｎ、Ｄ＝０．２ｎｍ／ｍｉｎ）すると、形成されるコーンの個数、ＣＮＦ成長の収率は不変であったが、より長いＣＮＦの成長が見られ、１０μｍ（１００００ｎｍ）に達するものも観察された。

本発明によれば、上記従来技術の問題を解消し、優れた耐久性を備え、高い測定精度を可能とし、短時間・低コストでばらつき無く作製できるＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦという炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有するＳＴＭやＡＦＭ用の探針あるいはＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源が提供される。

図１は、本発明の炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）を示す断面図である。図２は、従来のＳＴＭ等の探針を示す斜視図である。図３は、本発明の炭素ナノ構造体の製造方法を示す断面図である。図４は、本発明の炭素ナノ構造体の切断方法を示す断面図である。図５は、本発明の炭素ナノ構造体を多数個並列配置したＳＴＭ、ＡＦＭ等の探針やＦＥＤ、Ｘ線装置、ＳＥＭ、ＴＥＭ等の電界電子放出源を示す斜視図である。図６は、図５の構造の製造方法を示す断面図である。図７は、本発明の炭素ナノ構造体のラマン分光分析結果を示すグラフである。図８は、本発明の望ましい形態によるＳＴＭ、ＡＦＭ等の探針を示す断面図である。図９は、円錐状炭素構造体の頂点から連続的に成長したＣＮＦのＳＥＭ写真である。図１０は、本発明の望ましい形態により多層カーボンナノファイバーの先端付近を示す斜視図である。図１１は、本発明の炭素ナノ構造体を製造する方法を示す斜視図である。

符号の説明

１０…炭素ナノ構造体（ＣＮＴ、ＣＮＦ、ＧＮＦ）
１２…基体
１４…炭素構造体、コーン
１４Ｔ…炭素構造体（またはコーン）１４の頂点
１６…炭素材料
２０…樹脂
２２…基材
２６…開口
２８…マスク
３０…窪み
３２…堆積炭素

Claims

基体上に成長した炭素構造体の頂点付近の炭素原子と化学結合して該頂点上に成長したカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体。
請求項１記載の炭素ナノ構造体の製造方法であって、炭素材料に高エネルギービームを照射することを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
請求項２において、高エネルギービームの照射を室温から２００℃の温度域で行なうことを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
請求項２または３において、高エネルギービームが、イオンビーム、レーザビームまたは電子ビームであることを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
請求項１記載の炭素ナノ構造体の切断方法であって、基体上の炭素構造体および炭素ナノ構造体を樹脂中に埋め込み、樹脂および埋め込まれた炭素ナノ構造体を一緒に炭素ナノ構造体側から所定位置まで研磨した後、残留している樹脂を除去することを特徴とする炭素ナノ構造体の切断方法。
請求項１記載の炭素ナノ構造体を有することを特徴とする走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針。
請求項１記載の炭素ナノ構造体を有することを特徴とする電界電子放出源。
請求項１記載の炭素ナノ構造体が複数個並列に配置され且つ炭素構造体を単一の基材中に埋め込まれて一体化した構造を有することを特徴とする走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針。
請求項１記載の炭素ナノ構造体が複数個並列に配置され且つ炭素構造体を単一の基材中に埋め込まれて一体化した構造を有することを特徴とする電界電子放出源。
請求項８記載の探針または請求項９記載の電界電子放出源の製造方法であって、
基材の表面を、上記炭素ナノ構造体の複数個並列配置に対応する位置に開口を有するマスクで覆う工程、
上記マスクの開口内に露出した基材の表面に、エッチングにより窪みを形成する工程、
上記マスク上から炭素を堆積させる工程、
上記マスクを除去して、上記窪み内のみに上記堆積炭素を残す工程、
上記窪み内に炭素を堆積させた側の基材表面に高エネルギービームを照射することにより、該堆積炭素上に上記炭素ナノ構造体を成長させる工程
を含むことを特徴とする探針または電界電子放出源の製造方法。
請求項６または８において、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるＧバンドとＤバンドのピーク強度比Ｇ／Ｄが１よりも大きいことを特徴とする探針。
請求項７または９において、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるＧバンドとＤバンドのピーク強度比Ｇ／Ｄが１よりも大きいことを特徴とする電界電子放出源。
請求項６または８において、炭素構造体が円錐であり、高さが底面の直径よりも高いことを特徴とする探針。
請求項７または９において、炭素構造体が円錐であり、高さが底面の直径よりも高いことを特徴とする電界電子放出源。
請求項６または８において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層が化学的修飾により絶縁性を付与されていることを特徴とする探針。
請求項７または９において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層が化学的修飾により絶縁性を付与されていることを特徴とする電界電子放出源。
請求項６または８において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層がキラル構造またはジグザグ構造であることを特徴とする探針。
請求項７または９において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層がキラル構造またはジグザグ構造であることを特徴とする電界電子放出源。