カーボンナノチューブは、その1次元電子伝導、高い許容電流密度、高い熱伝導率などから、種々の電子デバイス、微細配線応用などが期待されています。電子応用において、CNTの性質は金属または半導体に揃っていることが要求されます。さらに、精密な電子状態制御が要求される半導体応用では、バンドギャップがある程度揃っていることが要求されます。すなわち、カイラリティの制御が必須となるわけです。このカイラリティ制御は、CNTの成長において、原子レベルでの制御が要求される難題です。CNTのカイラリティ制御を行う手法に関しては、合成段階で作り分ける手法と、合成後に分離して必要なカイラリティを得る手法、半導体・金属の混合の系では、金属CNTだけを焼損させるなどの手法が存在します。合成における作り分けに関しては、CVD法をはじめ様々なアプローチが取られてきていますが、現時点でカイラリティ制御を合成の段階で試み、有力な成果を出した研究グループの数は多くありません。合成後の分離に関しては、ゲルカラムクロマトグラフィや、DNAによる分離が挙げられ、現在最も有力なカイラリティ分離の手法といえます。金属CNTの焼損は、半金混合のCNTが架橋している構造において、はじめ金属CNTのみが通電して加熱・焼損することを利用して、半導体のみの架橋構造を得ようとするもので、半導体デバイス作製のうえでは非常に有用ですが、デバイスの作り込みが必要であるなど、煩雑です。CNTの電子応用において、上記の理由から、少数のCNTを用いた弱電系のデバイスを中心に研究が進んでおり、CNT1本で構成されるC-MOSや、ウェアラブルコンピューティングを目指したフレキシブルトランジスタ、透明電極などの応用が盛んに研究され、いくつかの技術は製品段階に到達しています。対して、CNTの109 A/cm2以上という許容電流密度から容易に想像のつくパワーデバイスへの応用は意外にも前例がありません。

川原田研究室では、超長尺に成長できる触媒法によるカーボンナノチューブフォレストと、炭化ケイ素(SiC)上に、真空中での高温熱処理により形成されるCNTフォレスト(CNTs on SiC)を材料とした研究を進めています。

論文

1) T.Ohashi, R.Kato, T.Ochiai, T.Tokune, H. Kawarada, “High quality single-walled carbon nanotube synthesis using remote plasma CVD”, Diamond and Related Materials, 24, 184～187(2012) (DOI:10.1016/j.diamond.2012.01.014)

2) T. Ohashi, T. Ochiai, T. Tokune, H. Kawarada,“Increasing the length of a single-wall carbon nanotube forest by adding titanium to a catalytic substrate”, Carbon, 57,79-87(June 2013) (DOI: 10.1016/j.carbon.2013.01.037)

3) T. Ohashi, R. Kato, T. Tokune, H. Kawarada,“Understanding the stability of a sputtered Al buffer layer for single-walled carbon nanotube forest synthesis”,Carbon, 57,401-409 (June  2013) (DOI:10.1016/j.carbon.2013.02.012)