(57)【要約】【課題】結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料を、４３０℃以下の低温で、目的とする場所に直接製造できる導電性材料の製造方法を提供する。【解決手段】触媒金属膜２２と炭素原料膜２４とを、４３０℃以下の温度で加熱して、グラフェン膜２６を形成する形成工程を行う。このとき、触媒金属膜２２を構成する触媒金属材料として、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含むものを用いる。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性炭素ナノ材料の原料となる炭素原料（２４、２５、４２ａ）と、前記結晶性炭素ナノ材料を形成するための触媒金属材料（２２、２３、４２ｂ）とを、４３０℃以下の温度で加熱して、結晶性炭素ナノ材料（２６、２７、４４、４８）を形成する形成工程を有し、
前記触媒金属材料として、融点温度が４３０℃以下の金属元素群のいずれか１つ以上を含むものを用いる結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程は、
基材（２０）の表面上に前記触媒金属材料（２２）を堆積させた後、前記触媒金属材料の表面上に前記炭素原料（２４）を堆積させる堆積工程と、
前記堆積工程の後、前記炭素原料と前記触媒金属材料とを加熱する加熱工程とを含む請求項１に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程は、
基材（２０）の表面上に前記炭素原料（２４）を堆積させた後、前記炭素原料の表面上に前記触媒金属材料（２２）を堆積させる堆積工程と、
前記堆積工程の後、前記炭素原料と前記触媒金属材料とを加熱する加熱工程とを含む請求項１に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項４】
前記形成工程は、
基材の表面上に前記炭素原料（４２ａ）と前記触媒金属材料（４２ｂ）の混合物（４２）を堆積させる堆積工程と、
前記混合物を加熱する加熱工程とを含む請求項１に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項５】
基材（２０）と触媒金属膜との界面にも結晶性炭素ナノ材料膜を成長させたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程の前記温度が、前記触媒金属材料の融点以上とし、液相から結晶性炭素ナノ材料膜を成長させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程の前記温度が、前記触媒金属材料の融点未満とし、固相から結晶性炭素ナノ材料膜を成長させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項８】
前記堆積工程では、インクジェット法、印刷法または浸漬法によって、前記混合物を堆積させる請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の導電性材料の製造方法。
【請求項９】
触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ、３６ａ、３６ｃ、５６ａ、５６ｃ）と、
前記触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ、３６ｂ、３６ｄ、５６ｂ、５６ｄ）とを備え、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる導電性材料。
【請求項１０】
触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ）と、
前記触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ）とを備え、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる透明電極。
【請求項１１】
触媒金属材料（５６ａ、５６ｃ）と、
前記触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（５６ｂ、５６ｄ）とを備え、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電極。
【請求項１２】
触媒金属材料（３６ａ、３６ｃ）と、
前記触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（３６ｂ、３６ｄ）とを備え、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる配線。
【請求項１３】
基材（１２）と、
前記基材の表面上に形成された透明電極（１４）とを備え、
前記透明電極は、触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ）の複合材料で構成され、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電子装置。
【請求項１４】
基材（５４）と、
前記基材の表面上に形成された電極（５６）とを備え、
前記電極は、触媒金属材料（５６ａ、５６ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（５６ｂ、５６ｄ）の複合材料で構成され、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電子装置。
【請求項１５】
基材（３４）と、
前記基材の表面上に形成された配線（３６）とを備え、
前記配線は、触媒金属材料（３６ａ、３６ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（３６ｂ、３６ｄ）の複合材料で構成され、
前記触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる半導体装置。
【請求項１６】
前記触媒金属材料が、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＳｅの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれか１項に記載の導電性材料、透明電極、電極、配線、電子装置、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料の製造方法、導電性材料、透明電極、電極、配線、電子装置および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーという結晶性炭素ナノ材料は、次世代ナノ材料として注目を集めている。
【０００３】
結晶性炭素ナノ材料のうちグラフェンの製造方法としては、特許文献１、２に記載の製造方法がある。特許文献１の製造方法は、転写法によるグラフェンの製造方法である。転写法では、目的とする場所とは異なる場所でグラフェンを製造した後、グラフェンを目的とする場所に転写する。一方、特許文献２の製造方法は、無転写法によるグラフェンの製造方法である。無転写法では、目的とする場所に直接グラフェンを製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７０５３１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−９８３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料を、低温かつ無転写法で製造できる技術の開発が求められている。
【０００６】
具体的に説明すると、結晶性炭素ナノ材料の応用例としては、透明電極および配線が考えられる。
【０００７】
透明電極は、透明基板の表面上に転写を行わずに直接形成されることが望ましい。このため、透明基板の耐熱温度よりも低温で、結晶性炭素ナノ材料を透明基板の表面に直接合成できる技術の開発が求められる。
【０００８】
また、配線では、回路の細線化に伴い、電流密度が飛躍的に増加するため、これに耐え得る材料が必要であり、結晶性炭素ナノ材料がその候補として期待される。現行の半導体素子の製造耐熱温度は４５０℃程度である。このため、結晶性炭素ナノ材料を現行の半導体装置の配線として用いるためには、４３０℃以下の低温での合成が必須である。
【０００９】
さらに、配線では、位置制御が重要である。結晶性炭素ナノ材料を配線として用いる場合は、目的とする場所に所望の形状に形成できることが必要となる。このことから、転写法による結晶性炭素ナノ材料の形成は適応できない。したがって、結晶性炭素ナノ材料を回路基板上へ無転写法で直接合成できる技術の開発が求められる。
【００１０】
なお、特許文献１の製造方法は、グラフェンの低温合成を可能とする技術であるが、グラフェンを無転写法で製造する技術ではない。特許文献２の製造方法は、グラフェンを無転写法で製造する技術であるが、４３０℃以下の低温でグラフェンを製造するものではない。
【００１１】
本発明は上記点に鑑みて、少なくとも結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料を、４３０℃以下の低温で、目的とする場所に直接製造できる導電性材料の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、新規な導電性材料、新規な透明電極、新規な電極、新規な配線、新規な電子装置および新規な半導体装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
少なくとも結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料の製造方法であって、
結晶性炭素ナノ材料の原料となる炭素原料（２４、２５、４２ａ）と、結晶性炭素ナノ材料を形成するための触媒金属材料（２２、２３、４２ｂ）とを、４３０℃以下の温度で加熱して、結晶性炭素ナノ材料（２６、２７、４４、４８）を形成する形成工程を有し、
触媒金属材料として、融点温度が４３０℃以下の金属元素群（Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅ）のいずれか１つ以上を含むものを用いる。
【００１３】
この導電性材料の製造方法は、触媒金属材料として、上記の金属元素群を含む材料で構成されたものを用いている。このため、４３０℃以下の低温で、結晶性炭素ナノ材料を合成できる。結晶性炭素ナノ材料の合成温度が低温なので、結晶性炭素ナノ材料を目的とする場所に直接合成することができる。
【００１４】
よって、本発明の導電性材料の製造方法によれば、少なくとも結晶性炭素ナノ材料を含む導電性材料を、４３０℃以下の低温で、目的とする場所に直接製造することができる。
【００１５】
本発明の導電性材料の製造方法には、導電性材料として、結晶性炭素ナノ材料と触媒金属材料との複合材料を製造することと、結晶性炭素ナノ材料と触媒金属材料のうち結晶性炭素ナノ材料のみを製造することとが含まれる。
【００１６】
すなわち、形成工程の後に、触媒金属材料を除去する工程を行うことで、導電性材料として結晶性炭素ナノ材料のみを形成することができる。また、形成工程中に触媒金属材料が蒸発することで、導電性材料として結晶性炭素ナノ材料のみを形成することができる。
【００１７】
また、形成工程では、触媒金属材料を除去しないことで、導電性材料として、結晶性炭素ナノ材料と触媒金属材料との複合材料を形成することができる。
【００１８】
ここで、従来のグラフェンの製造方法では、触媒金属材料が厚くないと、グラフェン（結晶性炭素ナノ材料）を製造できなかった。これに対して、本発明の導電性材料の製造方法では、触媒金属材料として、上記の金属元素群で構成されたものを用いている。このため、触媒金属材料の厚さが従来の製造方法で用いられる触媒金属材料よりも薄くても、結晶性炭素ナノ材料を形成できる。また、触媒金属材料が島状であっても、結晶性炭素ナノ材料を形成できる。触媒金属材料を薄く、または、島状とすることで、触媒金属材料が残存していても、導電性材料としての性能への影響を小さく抑えることができる。よって、本発明の導電性材料の製造方法によれば、触媒金属材料を除去しなくても、製造された複合材料を種々の用途の導電性材料として利用することができる。
【００１９】
請求項１に記載の発明における形成工程として、具体的には、請求項２〜４に記載の発明を採用することができる。
【００２０】
すなわち、請求項２に記載の発明のように、形成工程として、基材（２０）の表面上に触媒金属材料（２２）を堆積させた後、触媒金属材料の表面上に炭素原料（２４）を堆積させる堆積工程と、堆積工程の後、炭素原料と触媒金属材料とを加熱する加熱工程とを行うことができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明のように、形成工程として、基材（２０）の表面上に炭素原料（２４）を堆積させた後、炭素原料の表面上に触媒金属材料（２２）を堆積させる堆積工程と、堆積工程の後、炭素原料と触媒金属材料とを加熱する加熱工程とを行うことができる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明のように、形成工程として、基材の表面上に炭素原料（４２ａ）と触媒金属材料（４２ｂ）の混合物（４２）を堆積させる堆積工程と、混合物を加熱する加熱工程とを行うことができる。
【００２３】
また、請求項５記載の発明のように、基材と触媒金属材料膜との界面にも結晶性炭素ナノ材料膜を成長（形成）させることができる。
【００２４】
また、請求項６記載のように、加熱工程の温度を、前記触媒金属材料の融点以上とすると、液相から結晶性炭素ナノ材料膜を成長させることができる。
【００２５】
また、請求項７記載のように、加熱工程の温度を、前記触媒金属材料の融点未満とすると、固相から結晶性炭素ナノ材料膜を成長させることができる。
【００２６】
また、請求項８記載の発明のように、請求項４に記載の発明において、堆積工程では、インクジェット法、印刷法または浸漬法によって、混合物を堆積させることができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ、３６ａ、３６ｃ、５６ａ、５６ｃ）と、触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ、３６ｂ、３６ｄ、５６ｂ、５６ｄ）とを備え、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる導電性材料である。
【００２８】
この導電性材料は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な導電性材料を提供できる。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ）と、触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ）とを備え、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる透明電極である。
【００３０】
この透明電極は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な透明電極を提供できる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、触媒金属材料（５６ａ、５６ｃ）と、触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（５６ｂ、５６ｄ）とを備え、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電極である。
【００３２】
この電極は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な電極を提供できる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、触媒金属材料（３６ａ、３６ｃ）と、触媒金属材料の表面上に形成された結晶性炭素ナノ材料（３６ｂ、３６ｄ）とを備え、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる配線である。
【００３４】
この配線は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な配線を提供できる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明は、基材（１２）と、基材の表面上に形成された透明電極（１４）とを備え、透明電極は、触媒金属材料（１４ａ、１４ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（１４ｂ、１４ｄ）の複合材料で構成され、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電子装置である。
【００３６】
本発明における複合材料は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な電子装置を提供できる。
【００３７】
請求項１４に記載の発明は、基材（５４）と、基材の表面上に形成された電極（５６）とを備え、電極は、触媒金属材料（５６ａ、５６ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（５６ｂ、５６ｄ）の複合材料で構成され、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる電子装置である。
【００３８】
本発明における複合材料は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な電子装置を提供できる。
【００３９】
請求項１５に記載の発明は、基材（３４）と、基材の表面上に形成された配線（３６）とを備え、配線は、触媒金属材料（３６ａ、３６ｃ）と結晶性炭素ナノ材料（３６ｂ、３６ｄ）の複合材料で構成され、触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含んでいる半導体装置である。
【００４０】
本発明における複合材料は、請求項１に記載の発明によって製造されるものである。本発明によれば、新規な半導体装置を提供できる。
【００４１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態における電子装置の平面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線での電子装置の断面図である。
【図３Ａ】第１実施形態における透明電極の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図３Ｂ】第１実施形態における透明電極の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図４】第２実施形態における電子装置の平面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線での電子装置の断面図である。
【図６Ａ】第２実施形態における透明電極の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図６Ｂ】第２実施形態における透明電極の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図７】第３実施形態における半導体装置の平面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での半導体装置の断面図である。
【図９】第４実施形態における半導体装置の平面図である。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ線での半導体装置の断面図である。
【図１１Ａ】第５実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１１Ｂ】第５実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１２Ａ】第６実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１２Ｂ】第６実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１３Ａ】第７実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１３Ｂ】第７実施形態における導電性材料の製造方法を説明するための基材の断面図である。
【図１４】第８実施形態における電子装置の平面図である。
【図１５】図１４中のＸＶ−ＸＶ線での電子装置の断面図である。
【図１６】第９実施形態における電子装置の平面図である。
【図１７】図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線での半導体装置の断面図である。
【図１８】実施例１の試料のラマン分光分析結果である。
【図１９】第１０実施形態の製造方法を説明するための説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は触媒金属が島状の場合の断面図、（ｃ）は触媒金属の拡大斜視図、（ｄ）は触媒金属が連続膜である場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００４４】
（第１実施形態）
本実施形態では、透明電極を備える電子装置および透明電極の製造方法について説明する。本実施形態の透明電極およびその製造方法が、本発明の導電性材料およびその製造方法に相当する。
【００４５】
図１、２に示すように、本実施形態の電子装置１０は、透明基板１２と、透明電極１４と、配線接続用電極１６とを備える。
【００４６】
透明基板１２は、透明な絶縁基板である。透明基板１２は、ガラスや合成樹脂などの絶縁材料によって構成される。
【００４７】
透明電極１４は、透明基板１２の表面上に形成されている。透明電極１４は、透明性を有する導電性材料が膜状に形成されたものである。
【００４８】
透明電極１４は、触媒金属膜１４ａとグラフェン膜１４ｂとの複合材料によって構成されている。グラフェン膜１４ｂは、触媒金属膜１４ａの表面上に形成されている。グラフェン膜１４ｂは、グラフェンで構成された膜である。グラフェンは、結晶性炭素ナノ材料の一種である。本明細書でいうグラフェンには、炭素原子が二次元的に並んだ層が１層である単層グラフェンおよび炭素原子が二次元的に並んだ層が複数層である多層グラフェンが含まれる。本実施形態のグラフェン膜１４ｂは、単層グラフェンまたは２２層以下の多層グラフェンで構成される。単層グラフェンの厚さは、０．３ｎｍである。２２層の多層グラフェンの厚さは、８ｎｍである。したがって、本実施形態のグラフェン膜１４ｂの厚さは、０．３ｎｍ以上８ｎｍ以下である。なお、膜の厚さおよび材料の厚さは、任意の複数箇所で測定したときの最大厚さであり、測定対象である材料が存在する部分での厚さである。これらのことは、本明細書に記載の他の膜の厚さおよび材料の厚さについても、同様である。
【００４９】
触媒金属膜１４ａは、触媒金属材料が膜状に連続した形状とされたものである。触媒金属材料は、グラフェンを形成するために用いられるものである。換言すると、触媒金属材料は、グラフェンの形成反応に対して触媒作用を果たす金属材料である。触媒金属材料は、融点温度が４３０℃以下の、例えばＺｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上の種類の触媒金属原子を含んでいる。触媒金属材料は、触媒金属原子のみによって構成されている場合に限られない。触媒金属材料に、触媒金属原子以外の原子が含まれていてもよい。触媒金属膜１４ａの厚さは、０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【００５０】
配線接続用電極１６は、透明電極１４の表面上に形成されている。配線接続用電極１６は、透明電極と図示しない配線とを電気的に接続する。配線接続用電極１６は、金属材料によって構成される。なお、配線接続用電極１６を介さずに、透明電極１４と図示しない配線とが直接接続されていてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の透明電極１４の製造方法について説明する。本実施形態では、透明電極１４として用いられるグラフェン膜１４ｂを固相合成法によって製造する。
【００５２】
具体的には、図３Ａに示すように、基材２０の表面上に触媒金属膜２２を堆積させた後、触媒金属膜２２の表面上にグラフェン膜の原料となる炭素原子を含む炭素原料膜２４を堆積させる堆積工程を行う。
【００５３】
ここで、本実施形態では、基材２０と触媒金属膜２２のそれぞれが、透明基板１２と触媒金属膜１４ａに対応する。触媒金属膜２２は、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上の種類の触媒金属原子を含んでいる。触媒金属膜２２は、１種類の触媒金属原子で構成された単体の金属、１種類の触媒金属原子で構成された金属が複数混合された混合物、複数種類の触媒金属原子で構成された合金のいずれであってもよい。
【００５４】
触媒金属膜２２の堆積方法としては、基材の表面上に目的の材料を堆積させる種々の堆積方法が採用可能である。堆積方法としては、スパッタ法、蒸着法、レーザアブレーション法、インクジェット法、印刷法、スピンコート法、浸漬法、化学気相合成法（ＣＶＤ法）などの物理堆積法および化学堆積法が挙げられる。インクジェット法は、インクジェットプリンターを用いて、原料液の液滴を飛ばして、基材の表面に目的の材料を堆積させる方法である。浸漬法は、原料液に基材を浸漬して、基材の表面上に目的の材料を堆積させる方法である。
【００５５】
堆積雰囲気は、真空、不活性ガス雰囲気、大気のいずれでもよい。例えば、インクジェット法、浸漬法で堆積させる場合、堆積雰囲気は大気である。なお、本明細書で言う真空とは、真空ポンプで実現可能な程度の圧力の真空度であることを意味する。真空中で堆積させる場合、１０００Ｐａ以下の真空度とすることが好ましく、１０Ｐａ以下の真空度とすることがより好ましい。
【００５６】
堆積時に、マスクパターンを用いることで、所望の平面形状とされた触媒金属膜２２を形成することができる。インクジェット法で堆積させる場合では、直接描画により所望の平面形状とされた触媒金属膜２２を形成することができる。
【００５７】
炭素原料膜２４は、炭素原子のみで構成されている場合に限られない。炭素原料膜２４は、炭素および触媒金属以外の原子、例えば、酸素、水素、窒素、フッ素、塩素等を含んでいてもよい。特に、炭素原料膜２４に窒素、フッ素または塩素が含まれる場合、窒素、フッ素または塩素を含むグラフェン膜２６が形成される。これにより、グラフェン膜２６の導電性が向上する。炭素原料膜２４の堆積方法としては、触媒金属膜２２の堆積方法と同様に、基材の表面上に目的の材料を堆積させる種々の堆積方法が採用可能である。堆積雰囲気は、触媒金属膜２２の形成方法と同様に、真空、不活性ガス雰囲気、大気のいずれでもよい。
【００５８】
触媒金属膜２２の厚さは、０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とされる。これにより、触媒金属膜２２の可視光透過率を５０％以上にすることができる。すなわち、触媒金属膜２２に透明性を持たせることができる。触媒金属膜２２の厚さが０．１ｎｍ以上であれば、グラフェンの形成反応に対する触媒作用が得られる。触媒作用触媒金属膜２２の厚さは、３ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、触媒金属膜２２の可視光透過率を７５％以上にすることができる。
【００５９】
炭素原料膜２４の厚さは、０．３ｎｍ以上８ｎｍ以下とされる。これにより、グラフェン膜２６の厚さを０．３ｎｍ以上８ｎｍ以下にでき、グラフェン膜２６の可視光透過率を５０％以上にすることができる。すなわち、グラフェン膜２６に透明性を持たせることができる。グラフェン膜２６に高い透明性を持たせるためには、炭素原料膜２４の厚さは、４ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、グラフェン膜２６の厚さを４ｎｍ以下にでき、グラフェン膜２６の可視光透過率を７５％以上にすることができる。
【００６０】
また、グラフェンの層数は、炭素原料膜２４の膜厚で決定される。このため、グラフェンの層数が所望の層数となるように、炭素原料膜２４の膜厚が設定される。
【００６１】
堆積工程の後、炭素原料膜２４および触媒金属膜２２を加熱する加熱工程と行う。加熱温度は、加熱する前の温度よりも高い温度であり、４３０℃以下である。加熱雰囲気は、真空、不活性ガス雰囲気、大気のいずれでもよい。真空中で加熱する場合、１０００Ｐａ以下の真空度とすることが好ましく、１０Ｐａ以下の真空度とすることがより好ましい。
【００６２】
これにより、図３Ｂに示すように、触媒金属膜２２の表面上にグラフェン膜２６が形成される。このグラフェン膜２６が、図２に示すグラフェン膜１４ｂに対応する。このとき、加熱温度が触媒金属材料の融点よりも低い場合、加熱によって触媒金属材料に炭素原子が固溶（炭素を含む分子に分解させずに固溶）、拡散または溶解する。その後、固溶、または、拡散した炭素原子が規則的に配列することで、固化した固相（体）からグラフェン膜２６が成長する（形成される）。加熱温度が触媒金属材料の融点よりも高い場合、加熱によって触媒金属材料が溶融して液化する。さらに、液化した触媒金属材料に溶解する。その後、溶解していた炭素原子が規則的に配列することで、液化した液相（体）からグラフェン膜２６が成長する（形成される）。このようにして、透明基板１２の表面上に透明電極１４が形成される。
【００６３】
以上の説明の通り、本実施形態の透明電極１４の製造方法は、炭素原料膜２４と触媒金属膜２２とを加熱して、グラフェン膜２６を形成する形成工程を有している。そして、触媒金属材料として、融点温度が４３０℃以下の金属元素群である、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｂ、Ｇａ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｅのいずれか１つ以上を含むものを用いている。このため、４３０℃以下、より具体的には、２５０℃以下の加熱温度で、グラフェンを合成できる。生体安全性、グラフェン膜の成長容易性、炭素の溶解度、およびコスト等を考慮すると、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＳｅの少なくともいずれかを含んでいることが好ましく、いずれかを主成分とすることが特に好ましい。
【００６４】
なお、上述の通り、加熱温度は、触媒金属材料の融点よりも低くても、高くてもよい。しかし、本発明者の実験結果によると、加熱温度の下限は、融点温度よりも１０℃低い温度以上であることが好ましい。さらに、加熱温度の上限は、融点温度よりも３０℃高い温度以下であることが好ましい。したがって、触媒金属材料として融点が４２０℃のＺｎを用いた場合、加熱温度は４１０℃以上、４３０℃以下が好ましい。同様に、触媒金属材料として融点が２３０℃のＳｎを用いた場合、加熱温度は２２０℃以上、２６０℃以下が好ましい。同様に、触媒金属材料として融点が１６０℃の合金を用いた場合、加熱温度は１５０℃以上１９０℃以下が好ましい。
【００６５】
さらに、本実施形態の透明電極１４の製造方法は、触媒金属材料として上記触媒金属原子を含むものを用いている。このため、基材２０の表面上に形成する触媒金属膜２２の厚さが１５ｎｍ以下という薄さであっても、グラフェン膜２６を形成することができる。グラフェン膜２６は、厚さが８ｎｍ以下、望ましくは４ｎｍ以下であるため、透明性を有する。グラフェン膜２６の形成後に残存する触媒金属膜２２は、厚さが１５ｎｍ以下であるため、透明性を有する。このため、本実施形態の透明電極の製造方法によれば、グラフェン膜２６の形成後に、触媒金属膜２２を除去しなくても、グラフェン膜２６と触媒金属膜２２の複合材料を透明電極１４として用いることができる。
【００６６】
（第２実施形態）
図４、５に示すように、本実施形態の電子装置１０は、第１実施形態の電子装置１０に対して、透明電極１４を構成する触媒金属材料の形状が異なる。
【００６７】
透明電極１４は、島状の触媒金属材料１４ｃとグラフェン膜１４ｄの複合材料によって構成されている。触媒金属材料１４ｃは、透明基板１２の表面上に分散して配置されている。グラフェン膜１４ｄは、触媒金属材料１４ｃの表面および透明基板１２の表面のうち触媒金属材料１４ｃが形成されていない部分に形成されている。
【００６８】
次に、本実施形態の透明電極１４の製造方法について説明する。本実施形態では、透明電極１４として用いられるグラフェン膜１４ｄを固相合成法によって製造する。
【００６９】
具体的には、図６Ａに示すように、基材２０の表面上に島状の触媒金属材料２３を堆積させた後、触媒金属材料２３の表面上および基材２０の表面上のうち触媒金属材料２３の形成部分を除く部分に、炭素原料膜２５を堆積させる堆積工程を行う。その後、炭素原料膜２５および触媒金属材料２３を加熱する加熱工程を行う。触媒金属材料２３と炭素原料膜２５のそれぞれの材料構成、形成方法および加熱条件等は、第１実施形態の触媒金属膜２２と炭素原料膜２４と同じである。
【００７０】
これにより、図６Ｂに示すように、触媒金属材料２３の表面および基材２０の表面のうち触媒金属材料２３の形成部分を除く部分に、グラフェン膜２７が形成される。本実施形態では、基材２０、触媒金属材料２３、グラフェン膜２７のそれぞれが、図５に示す透明基板１２、触媒金属材料１４ｃ、グラフェン膜１４ｄに対応する。このようにして、透明基板１２の表面上に透明電極１４が形成される。
【００７１】
本実施形態の透明電極１４の製造方法は、炭素原料膜２５と触媒金属材料２３とを加熱して、グラフェン膜２７を形成する形成工程を有している。そして、触媒金属材料２３として第１実施形態に記載した触媒金属原子を含むものを用いている。このため、４３０℃以下、より具体的には、２５０℃以下の加熱温度で、グラフェンを合成できる。さらに、基材２０の表面上に形成する触媒金属材料２３が島状であっても、グラフェン膜２７を形成することができる。グラフェン膜２７の形成後に残存する触媒金属材料２３は、基材２０の表面上に分散されている。このため、基材２０の表面上に触媒金属材料２３が存在していても、グラフェン膜２７と触媒金属材料２３の複合材料は透明性を有する。すなわち、複合材料は、少なくとも触媒金属材料２３が存在しない部分によって透明性が確保される。したがって、本実施形態の透明電極１４の製造方法によれば、グラフェン膜２７の形成後に、触媒金属材料２３を除去しなくても、グラフェン膜２７と触媒金属材料２３の複合材料を透明電極１４として用いることができる。
【００７２】
（第３実施形態）
本実施形態では、配線を備える半導体装置および配線の製造方法について説明する。配線が本発明の導電性材料に相当する。
【００７３】
図７、８に示すように、本実施形態の半導体装置３０は、半導体基板３２と、絶縁膜３４と、配線３６と、２つの電極３８、３９とを備える。
【００７４】
半導体基板３２は、Ｓｉなどの半導体材料で構成されている。絶縁膜３４は、半導体基板３２の表面上に形成されている。絶縁膜３４は、ＳｉＯ２などの絶縁材料で構成されている。配線３６は、絶縁膜３４の表面上に形成されている。配線３６は、２つの電極３８、３９同士を電気的に接続している。２つの電極３８、３９は、Ｃｕなどの金属材料で構成されている。
【００７５】
配線３６は、触媒金属膜３６ａとグラフェン膜３６ｂとの複合材料によって構成されている。触媒金属膜３６ａとグラフェン膜３６ｂのそれぞれは、第１実施形態で説明した触媒金属膜１４ａとグラフェン膜１４ｂに対応する。本実施形態では、触媒金属膜３６ａの厚さは０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜３６ｂは、単層グラフェンまたは多層グラフェンで構成される。グラフェン膜３６ｂの厚さは０．３ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜３６ｂの厚さは、好ましくは４０ｎｍ以下とされる。グラフェン膜３６ｂの厚さが４０ｎｍは、炭素原子が二次元的に並んだ層が１１０層のときの厚さである。
【００７６】
配線３６は、第１実施形態で説明した透明電極１４の製造方法と同じ製造方法によって製造される。本実施形態では、図３Ｂに示される基材２０、触媒金属膜２２、グラフェン膜２６のそれぞれが、図８に示す絶縁膜３４、触媒金属膜３６ａ、グラフェン膜３６ｂに対応する。
【００７７】
本実施形態の配線３６の製造方法は、第１実施形態の透明電極１４の製造方法と同じである。このため、本実施形態の配線３６の製造方法においても、第１実施形態に記載の効果が得られる。
【００７８】
さらに、本実施形態の配線３６の製造方法は、低温プロセスのため、現行の半導体装置の製造プロセスにそのまま適合可能である。このため、半導体装置の製造プロセスの新たな開発が不要である。
【００７９】
（第４実施形態）
図９、１０に示すように、本実施形態の半導体装置３０は、第３実施形態の半導体装置３０に対して、配線３６を構成する触媒金属材料の形状が異なる。
【００８０】
配線３６は、島状の触媒金属材料３６ｃとグラフェン膜３６ｄの複合材料によって構成されている。触媒金属材料３６ｃは、絶縁膜３４の表面上に分散して配置されている。グラフェン膜３６ｄは、触媒金属材料３６ｃの表面および絶縁膜３４の表面のうち触媒金属材料３６ｃが形成されていない部分に形成されている。触媒金属材料３６ｃの厚さは０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜３６ｄの厚さは０．３ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜３６ｄの厚さは、好ましくは４０ｎｍ以下とされる。
【００８１】
配線３６は、第２実施形態で説明した透明電極１４の製造方法と同じ製造方法によって製造される。本実施形態では、図６Ｂに示される基材２０、触媒金属材料２３、グラフェン膜２７のそれぞれが、図１０に示す絶縁膜３４、触媒金属材料３６ｃ、グラフェン膜３６ｄに対応する。
【００８２】
本実施形態の配線３６の製造方法は、第２実施形態の透明電極１４の製造方法と同じである。このため、本実施形態の配線３６の製造方法においても、第２実施形態に記載の効果が得られる。
【００８３】
（第５実施形態）
本実施形態では、第１実施形態の導電性材料の製造方法とは異なる導電性材料の製造方法について説明する。本実施形態では、グラフェン膜を固相合成法によって製造する。
【００８４】
図１１Ａに示すように、基材２０の表面上に炭素原料膜２４を堆積させた後、炭素原料膜２４の表面上に触媒金属膜２２を堆積させる堆積工程を行う。その後、炭素原料膜２４および触媒金属膜２２を加熱する加熱工程を行う。炭素原料膜２４と触媒金属膜２２のそれぞれの材料構成、形成方法および加熱条件等は、第１実施形態と同じである。
【００８５】
これにより、図１１Ｂに示すように、基材２０と触媒金属膜２２の間にグラフェン膜２６が形成される。すなわち、基材２０の表面上に、グラフェン膜２６と触媒金属膜２２との複合材料が製造される。
【００８６】
本実施形態の導電性材料の製造方法は、炭素原料膜２４と触媒金属膜２２とを加熱して、グラフェン膜２６を形成する形成工程を有している。そして、第１実施形態と同じ触媒金属材料を用いている。このため、本実施形態の導電性材料の製造方法においても、第１実施形態に記載の効果が得られる。
【００８７】
本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図２に示す第１実施形態の透明電極１４を製造することもできる。この場合、グラフェン膜１４ｂは、触媒金属膜１４ａと透明基板１２の間に形成される。
【００８８】
触媒金属膜２２に替えて、図６Ａ、６Ｂに示す第２実施形態の透明電極１４の製造方法のように、島状の触媒金属材料２３を形成してもよい。この場合、基材２０の表面上に、炭素原料膜２５を形成する。炭素原料膜２５の表面上に、島状の触媒金属材料２３を形成する。その後、加熱する。これにより、基材２０の表面上にグラフェン膜２７が形成される。
【００８９】
また、本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図８に示す第３実施形態の配線３６を製造することもできる。この場合、グラフェン膜３６ｂは、触媒金属膜３６ａと絶縁膜３４の間に形成される。
【００９０】
また、配線３６を製造する場合、触媒金属膜２２に替えて、島状の触媒金属材料２３を形成してもよい。この場合、配線３６は、図１０に示す第４実施形態の配線３６に対して、グラフェン膜３６ｄが触媒金属材料３６ｃの下に位置するように変更された構造となる。
【００９１】
（第６実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる導電性材料の製造方法について説明する。本実施形態では、グラフェン膜を固相合成法によって製造する。
【００９２】
図１２Ａに示すように、基材２０の表面上に、炭素原料４２ａと触媒金属材料４２ｂの混合膜４２を堆積させる堆積工程を行う。その後、混合膜４２を加熱する加熱工程を行う。これにより、図１２Ｂに示すように、基材２０の表面上に、グラフェン膜４４と触媒金属材料４６の複合材料を形成することができる。
【００９３】
ここで、混合膜４２は、触媒金属原子と炭素原子を含む混合物で構成された膜である。触媒金属原子は、第１実施形態に記載されたものと同じである。触媒金属原子は、混合膜４２中に分散されている。混合膜４２の触媒金属材料４２ｂの含有率は、全体の１〜９９％の範囲内とすることができる。
【００９４】
混合膜４２の形成方法は、第１実施形態の触媒金属膜２２の形成方法と同じ方法を採用できる。混合膜４２の形成方法として、インクジェット法あるいは印刷法を用いることが好ましい。具体的には、触媒金属材料の粒子と炭素原料の粒子とを含む混合液を用いたインクジェット法あるいは印刷法によって、基材２０の表面上に、触媒金属材料の粒子と炭素原料の粒子との混合物を堆積させる。これにより、基材２０の表面上の所望の場所に、所望の平面形状とされた混合膜４２を直接形成できる。そして、混合膜４２を加熱することにより、所望の平面形状とされた複合材料を形成できる。
【００９５】
また、基材２０の表面に広範囲にわたって混合膜４２を形成する場合では、混合膜４２の形成方法として、浸漬法を用いることが好ましい。これにより、簡素な設備を用いて、大面積の混合膜４２を簡単に形成することができる。
【００９６】
混合膜４２の加熱条件は、第１実施形態の加熱条件と同じである。混合膜４２が加熱されると、混合膜４２中の触媒金属材料４２ｂが凝集して、島状の触媒金属材料４６となる。さらに、この凝集と同時に、グラフェン膜４４が形成される。一般に、Ａ−Ｂ混合物が加熱されてＡ層とＢ層に分離する時には、表面エネルギーが小さい材料が上の層になるように分離する。本実施形態の場合、炭素は金属に比べて表面エネルギーが小さいので、島状の触媒金属材料４６を覆うように、グラフェン膜４４が形成される。すなわち、触媒金属材料４６の表面および基材２０の表面のうち触媒金属材料４６の形成部分を除く部分に、グラフェン膜４４が形成される。
【００９７】
本実施形態の導電性材料の製造方法は、炭素原料４２ａと触媒金属材料４２ｂとを加熱して、グラフェン膜４４を形成する形成工程を有している。そして、触媒金属材料４２ｂは、第１実施形態の触媒金属膜２２と同じ材料構成である。このため、本実施形態の導電性材料の製造方法においても、第１実施形態に記載の効果が得られる。
【００９８】
本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図５に示す第２実施形態の透明電極１４を製造することができる。この場合、グラフェン膜４４の厚さは、０．３ｎｍ以上８ｎｍ以下とされ、好ましくは、４ｎｍ以下とされる。島状の触媒金属材料４６の厚さは、０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。
【００９９】
また、本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図１０に示す第４実施形態の配線３６を製造することもできる。この場合、グラフェン膜４４の厚さは、０．３ｎｍ以上１μｍ以下とされる。島状の触媒金属材料４６の厚さは、０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。
【０１００】
（第７実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる導電性材料の製造方法について説明する。本実施形態では、グラフェン膜を化学気相合成法によって製造する。
【０１０１】
図１３Ａに示すように、基材２０の表面上に、触媒金属膜２２を形成する。触媒金属膜２２の材料構成および形成方法は、第１実施形態と同じである。
【０１０２】
その後、図１３Ｂに示すように、触媒金属膜２２の表面上に、化学気相合成法によって、グラフェン膜４８を形成する。具体的には、炭素原子を含む炭素原料ガスを供給しつつ、４３０℃以下で加熱する。加熱は、真空中、不活性ガス雰囲気中、水素などの還元雰囲気中、大気中いずれでもよい。
【０１０３】
本実施形態の導電性材料の製造方法は、炭素原料ガスと触媒金属膜２２とを加熱して、グラフェン膜４８を形成する形成工程を有している。そして、第１実施形態と同じ触媒金属膜２２を用いている。このため、本実施形態の導電性材料の製造方法においても、第１実施形態に記載の効果が得られる。
【０１０４】
本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図２に示す第１実施形態の透明電極１４を製造することができる。また、本実施形態の導電性材料の製造方法によって、図８に示す第３実施形態の配線３６を製造することもできる。
【０１０５】
（第８実施形態）
本実施形態では、電極を備える電子装置について説明する。電極が本発明の導電性材料に相当する。
【０１０６】
図１４、１５に示すように、本実施形態の電子装置５０は、基板５２と、素子部５４と、電極５６と、配線５８とを備える。
【０１０７】
素子部５４は、基板５２の表面上に形成されている。素子部５４は、センサー素子部、発光素子部または受光素子部などの各種機能を有する素子が形成された部分である。電極５６は、素子部５４の表面上に形成され、素子部５４と電気的に接続されている。電極５６は、素子部５４の表面の一部を覆っている。電極５６が、素子部５４の表面の全域を覆っていてもよい。配線５８は、電極５６の表面上に形成され、電極５６と電気的に接続されている。
【０１０８】
電極５６は、触媒金属膜５６ａとグラフェン膜５６ｂとの複合材料によって構成されている。触媒金属膜５６ａとグラフェン膜５６ｂのそれぞれは、第１実施形態で説明した触媒金属膜１４ａとグラフェン膜１４ｂに対応する。本実施形態では、触媒金属膜５６ａの厚さは０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜５６ｂの厚さは０．３ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜５６ｂの厚さは、好ましくは４０ｎｍ以下とされる。なお、本実施形態の電極５６は、触媒金属膜１４ａとグラフェン膜１４ｂのそれぞれの厚さによって、透明である場合と透明でない場合とがある。
【０１０９】
電極５６は、第１実施形態で説明した透明電極１４の製造方法と同じ製造方法によって製造される。このため、本実施形態の電極５６の製造方法においても、第１実施形態に記載の効果が得られる。本実施形態では、図３Ｂに示される基材２０、触媒金属膜２２、グラフェン膜２６のそれぞれが、図１５に示す素子部５４、触媒金属膜５６ａ、グラフェン膜５６ｂに対応する。
【０１１０】
（第９実施形態）
図１６、１７に示すように、本実施形態の電子装置５０は、第８実施形態の電子装置５０に対して、電極５６を構成する触媒金属材料の形状が異なる。
【０１１１】
電極５６は、島状の触媒金属材料５６ｃとグラフェン膜５６ｄの複合材料によって構成されている。触媒金属材料５６ｃは、素子部５４の表面上に分散して配置されている。グラフェン膜５６ｄは、触媒金属材料５６ｃの表面および素子部５４の表面のうち触媒金属材料５６ｃが形成されていない部分に形成されている。触媒金属材料５６ｃの厚さは０．１ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜５６ｄの厚さは０．３ｎｍ以上１μｍ未満とされる。グラフェン膜５６ｄの厚さは、好ましくは４０ｎｍ以下とされる。
【０１１２】
（第１０実施形態）
図１９に示すように、本実施形態は、透明基板上に島状の触媒金属膜の表面および、透明基板と触媒金属膜との界面にもグラフェン膜を成長させた配線、あるいは配線接続用の電極である。本形態において、触媒金属材料としてＳｎを使用し、界面に成長するグラフェン膜が、島状の触媒金属膜の底面とほぼ対応する形状に成長することが確認された。
【０１１３】
（第１１実施形態）
本実施形態は、触媒金属材料としてＩｎ（インジウム）を使用した。
【０１１４】
インジウムの融点は、１５７℃である。このため、１７０℃の加熱工程ではインジウムは溶融し、溶融インジウムに溶解した炭素が拡散し、第１のグラフェン膜として触媒金属膜上に再析出する。
【０１１５】
そして、再析出により触媒金属膜下面に第２のグラフェン膜として形成される。なお、第２のグラフェン膜は第１のグラフェン膜よりも薄い。
【０１１６】
また、加熱工程の温度が１５０℃、すなわち、インジウムの融点未満であっても、グラフェン膜は、触媒金属膜の表面および、基板と触媒金属膜との界面にもグラフェン膜を成長した。
【０１１７】
さらに、触媒金属材料としてＳｎ−Ｉｎ合金を使用しても、その融点は、Ｓｎの融点（２３０℃）およびＩｎの融点（１５７℃）よりも低い、例えば１１７℃であり、低融点の触媒金属材料は、さらに低温の加熱処理によりグラフェン膜を形成できる。例えば、融点が１１７℃の触媒金属材料は、１００℃以下でもグラフェン膜を形成できる。
【０１１８】
電極５６は、第２実施形態で説明した透明電極１４の製造方法と同じ製造方法によって製造される。このため、本実施形態の電極５６の製造方法においても、第２実施形態に記載の効果が得られる。本実施形態では、図６Ｂに示される基材２０、触媒金属材料２３、グラフェン膜２７のそれぞれが、図１７に示す素子部５４、触媒金属材料５６ｃ、グラフェン膜５６ｄに対応する。
【０１１９】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【０１２０】
（１）第１、第２実施形態では、本発明の導電性材料を透明電極１４に適用し、第３、第４実施形態では、本発明の導電性材料を配線３６に適用し、第８、第９実施形態では、本発明の導電性材料を電極５６に適用したが、本発明の導電性材料の用途はこれに限定されない。本発明の導電性材料を、透明電極、電極、配線以外の他の用途に適用してもよい。
【０１２１】
（２）上記各実施形態では、基材の表面上に形成した触媒金属材料とグラフェン膜との複合材料を導電性材料として用いたが、これに限定されない。基材の表面上にグラフェン膜を形成した後、触媒金属材料を除去し、グラフェン膜と触媒金属材料のうちグラフェン膜のみを導電性材料として用いてもよい。触媒金属材料を除去する方法としては、例えば、薬品によって触媒金属材料を溶かす方法が挙げられる。また、触媒金属材料を除去しなくても、加熱工程時に、触媒金属材料が蒸発してしまう場合もある。
【０１２２】
（３）上記各実施形態では、結晶性炭素ナノ材料として、グラフェン膜を形成したが、他の結晶性炭素ナノ材料を形成することもできる。本明細書でいう結晶性炭素ナノ材料は、材料の少なくとも一部が炭素の結晶構造を有し、材料の厚さが０．１ｎｍ以上１μｍ未満のものである。材料の結晶性は、材料全体に対して５％以上であればよい。
【０１２３】
他の結晶性炭素ナノ材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーが挙げられる。カーボンナノチューブと金属触媒材料の複合材料の製造方法として、触媒金属材料を含むナノファイバー状の炭素材料を合成し、これを加熱する方法が挙げられる。具体的には、炭素基板に触媒金属材料を供給しながらイオンビームを照射する。これにより、触媒金属材料を含むナノファイバー状の炭素材料を合成することができる。そして、この触媒金属材料を含むナノファイバー状の炭素材料を加熱することで、触媒金属材料が内部に配置されたカーボンナノチューブを形成できる。すなわち、カーボンナノチューブと金属触媒材料の複合材料を製造できる。
【実施例】
【０１２４】
（実施例１）
第１実施形態における導電性材料の製造方法を用いて試料を作製した。具体的には、熱酸化シリコン（ＳｉＯ２）基板上に、レーザアブレーション法により真空中で、Ｓｎで構成される触媒金属膜を１５ｎｍ堆積させた。さらに、触媒金属膜の上に、レーザアブレーション法により真空中で、非晶質炭素膜を５ｎｍ堆積させた。何れの膜の堆積時も、真空度は、１．０×１０−５〜９．９×１０−５Ｐａの範囲内、具体的には、３×１０−５〜７×１０−５の範囲内であった。その後、この試料を基板加熱ホルダー上に装着し、真空中で２５０℃、１時間の加熱を行った。加熱時の真空度は、１．０×１０−４〜９．９×１０−４Ｐａの範囲内、具体的には、１×１０−４〜７×１０−４の範囲内であった。その後、室温まで冷却された試料のラマン分光分析を行った。このラマン分光分析結果を図１８に示す。
【０１２５】
図１８に示すように、基板のＳｉＯ２（５１９ｃｍ−１）に由来するピークの他に、グラフェンに典型的な２Ｄ（２７１３ｃｍ−１）ピーク、グラファイト化を示すＧ（１５８４ｃｍ−１）ピーク、欠陥に由来するＤ（１３５２ｃｍ−１）ピークが確認できる。２Ｄピークが確認されており、ＤピークがＧピークに比べて非常に小さい（ＩＧ／ＩＤ＝３．３７）ことから、欠陥の少ない高品質のグラフェンが形成されていることが分かる。また、２ＤピークとＧピークの強度比（Ｉ２Ｄ／ＩＧ＝０．５４）から、グラフェン層は３層以上の複数層から成ることが分かる。基板上の全面で、同様のラマンスペクトルが得られたことから、グラフェン層は基板全面に形成されていることが確認された。
【０１２６】
（実施例２）
実施例１と同様の方法により、触媒金属膜の厚さが３０ｎｍ、非晶質炭素膜の厚さが１０ｎｍの試料を作製した。実施例１と同じ加熱条件で加熱した試料のラマン分光分析を行った。その結果、試料全面で、実施例１と同様のラマンスペクトルが確認された。すなわち、グラフェン層は基板全面に形成されていることが確認された。
【０１２７】
（実施例３）
第５実施形態における導電性材料の製造方法を用いて試料を作製した。すなわち、実施例１とは膜の堆積順序を逆にした試料を作製した。実施例１と同じ加熱条件で加熱した試料のラマン分光分析を行った。その結果、試料全面で、実施例１と同様のラマンスペクトルが確認された。すなわち、グラフェン層は基板全面に形成されていることが確認された。
【０１２８】
（実施例４）
第６実施形態における導電性材料の製造方法を用いて試料を作製した。すなわち、基板上に、レーザアブレーション法により真空中で、触媒金属材料と非晶質炭素の混合膜を形成した。混合膜の厚さは２０ｎｍである。実施例１と同じ加熱条件で加熱した試料のラマン分光分析を行った。その結果、試料全面で、実施例１と同様のラマンスペクトルが確認された。すなわち、グラフェン層は基板全面に形成されていることが確認された。
【０１２９】
（実施例５）
第１０、１１実施形態において、触媒金属材料としてＳｎ、Ｉｎ、またはＳｎ−Ｉｎ合金を使用しても、透明基板上に島状の触媒金属材料とその表面、および基板と触媒金属材料との界面、にグラフェン膜が、島状の触媒金属膜の底面とほぼ対応する形状に成長することを、実施例１と同様の条件でラマン分光分析にて、確認された。なお、触媒金属材料としてＩｎ−Ｇａ合金を使用しても、同様にグラフェン膜が成長することが確認できる。
【符号の説明】
【０１３０】
１４    透明電極
１４ａ  触媒金属膜
１４ｂ  グラフェン膜
２０    基材
２２    触媒金属膜
２４    炭素原料膜
２６    グラフェン膜
３６    配線
３６ａ  触媒金属膜
３６ｂ  グラフェン膜
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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