(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノチューブと、前記チューブ内に設けられたコア部とを備えたナノケーブルであって、前記コア部は、芯部である炭化シリコンと前記芯部を被覆する酸化シリコンからなり、前記ナノチューブは、チッ化ホウ素及び炭素からなることを特徴とするナノケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載のナノケーブルにおいて、前記コア部の１種類の材料が結晶構造を有することを特徴とするナノケーブル。
【請求項３】
請求項１記載のナノケーブルにおいて、前記コア部の１種類の材料が非結晶構造を有することを特徴とするナノケーブル。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれかに記載のナノケーブルにおいて、前記コア部は、各材料ごとに互いに同軸構造を有することを特徴とするナノケーブル。
【請求項５】
請求項１乃至４の内のいずれかに記載のナノケーブルにおいて、前記ナノチューブと前記コア部分は互いに同軸構造を有することを特徴とするナノケーブル。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれかに記載のナノケーブルにおいて、前記コア部の中心に導体層又は半導体層が設けられ、その外側に絶縁層が設けられていることを特徴とするナノケーブル。
【請求項７】
請求項１乃至６の内のいずれかに記載のナノケーブルにおいて、前記コア部の中心が炭化シリコンであることを特徴とするナノケーブル。
【請求項８】
請求項６又は７記載のナノケーブルにおいて、前記コア部の中心部を被覆する絶縁層がシリコン酸化層、又は二酸化シリコンであることを特徴とするナノケーブル。
【請求項９】
請求項１乃至８の内のいずれかに記載のナノケーブルにおいて、前記ナノチューブが単層又は多層構造であることを特徴とするナノケーブル。
【請求項１０】
請求項１記載のナノケーブルをレーザーアブレーション法によって製造する方法であって、レーザービームターゲットに、窒化ホウ素、炭素、酸化シリコンおよび窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）を含むことを特徴とするナノケーブルの製造方法。
【請求項１１】
レーザーアブレーション法によるナノケーブルの製造方法において、レーザービームターゲットに、窒化ホウ素、炭素、および窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）を含み、酸化シリコン蒸気を流す工程を含むことを特徴とするナノケーブルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太さが数十ナノメートル以下の同軸ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ナノチューブ構造のチューブ内に、コアとしてナノチューブと異なった物質を取り込んだヘテロ構造が実現している。例えば、毛管現象を利用して、金属あるいはその化合物をナノチューブ内に注入する技術が発表されている(Ajayan, P. M. and Iijima, S, Nature 361, 333 (1993); Tsang, S. C., Chen, Y. K., Harris, P.J. F., and Green, M. L. H., Nature 372, 159 (1994); Ugarte, D., Chatelain,A., and de Heer, W. A., Science 274, 1897 (1996)、参照)。
【０００３】
また、直接アーク放電を用いて、蒸気から金属あるいはその化合物を内包するカーボンナノチューブも合成されている(Seraphin,S., Zhou, D., Jiao, J., Withers, J. C., and Loutfy, R., Nature 362, 503 (1993); Loiseau, A. and Pascard,H., Chem. Phys. Lett. 256, 246 (1996); Terrones, M., et al., Appl. Phys. A66, 307 (1998)、参照）。
【０００４】
このようなカーボンナノチューブにおいて、炭化物との接合は特に注目される。なぜなら、一般的に、炭化物は、炭素前駆体として生成され、それ自身、半導体的から金属的、超伝導的、または絶縁体的に振る舞う、非常に興味ある電気的性質を持っているからである。このようなカーボンナノチューブと、直径や螺旋状態によって、半導体あるいは金属的になる単層カーボンナノチューブ特有の電気的性質（Dresselhaus, M. S.,Dresselhaus, G., and Eklund, P., Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes (New York, Academic Press, 1996)）とが結びついて、多様な機能素子の実現が期待できる。例えば、外側のチューブを絶縁性、内側のコア部を導電性にすれば、微細なケーブルとして利用できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヘテロ構造では、同軸ケーブルを形成することはできなかった。その理由は、同軸ケーブル構造を実現するには２層の導体層と層間の絶縁層が必要であったからである。
【０００６】
そこで、本発明の技術的課題は、従来は実現が不可能であった、同軸構造を備えたナノケーブルとその製造方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のナノケーブルでは、ナノチューブと、前記チューブ内に設けられたコア部とを備えたナノケーブルであって、前記コア部は、芯部である炭化シリコンと前記芯部を被覆する酸化シリコンからなり、前記ナノチューブは、チッ化ホウ素及び炭素からなることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のナノケーブルでは、前記ナノケーブルにおいて、前記コア部の１種類の材料が結晶構造を有することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明のナノケーブルでは、前記ナノケーブルにおいて、前記コア部の１種類の材料が非結晶構造を有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記コア部は、各材料ごとに互いに同軸構造を有することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記ナノチューブと前記コア部は互いに同軸構造を有することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記コア部の中心に導体層又は半導体層が設けられ、その外側に絶縁層が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記コア部の中心が炭化シリコンであることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記コア部の中心部を被覆する絶縁層がシリコン酸化層、又は二酸化シリコンであることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のナノケーブルでは、前記いずれかのナノケーブルにおいて、前記ナノチューブが単層構造又は多層構造であることを特徴としている。
【００１７】
即ち、本発明のナノケーブルの基本的な構成の一つは、コア部の中心に導体層が設けられ、その外側に絶縁層が設けられたものであるが、例えば、半導体−絶縁体−半導体（もしくは半導体−絶縁体−金属）の放射方向における異質（ヘテロ）接合を構成することもできる。以下、これらを総称して「同軸ナノケーブル」と呼ぶ。
【００１８】
また、本発明のナノケーブルの製造方法では、前記ナノケーブルをレーザーアブレーション法によって製造する方法であって、レーザービームターゲットに、窒化ホウ素、炭素、酸化シリコンおよび窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）を含むことを特徴としている。
【００１９】
さらに、本発明のナノケーブルの製造方法では、レーザーアブレーション法によるナノケーブルの製造方法において、レーザービームターゲットに、窒化ホウ素、炭素、および窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）を含み、酸化シリコン蒸気を流す工程を含むことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態による同軸ナノケーブルの基本構造を模式的に示す断面斜視図である。図１を参照すると、本発明の実施の形態によるナノケーブル１０は、コア部と外皮とを備え、コア部は、芯部３と、その周囲を覆う絶縁層２とを備え、また、外皮は、コア部の周囲を覆うナノチューブ１を備えている。
【００２２】
このナノケーブル１０において、芯部３が１種類の材料から成る場合には、結晶構造を有するものであっても、非結晶構造を有するものであってもよい。また、芯部３が２種類以上の材料からなる場合には、材料ごとに互いに同軸構造をとることができる。
【００２３】
また、コア部の中心である芯部３として、導体層又は半導体層が設けられ、その外側に絶縁層２が設けられる。芯部３は、炭化シリコンであり、芯部３を被覆する絶縁層２は、シリコン酸化層、あるいは二酸化シリコンを用いることができるが、図１の例においては、非結晶質二酸化シリコン層から形成されている。
【００２４】
また、ナノケーブル１０において、外皮を構成するナノチューブ１は、単層構造であっても多層構造であってもよく、ホウ素、窒素、または炭素の元素から構成することができるが、図１に示される例においては、ＢＮとＣの多層チューブから形成されている。
【００２５】
以上説明した本発明の実施の形態によるナノケーブル１０は、例えば、以下のように製造される。
【００２６】
レーザーアブレーション法によるナノケーブルの形成方法において、レーザービームターゲットに窒化ホウ素、炭素、酸化シリコンおよび窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）を含むものを用いる。
【００２７】
また、レーザーアブレーション法によるナノケーブルの形成において、酸化シリコンは、酸化シリコン蒸気を流す工程によって形成することもできる。
【００２８】
実験的に決定されたナノケーブルの構造は、軸方向においてナノワイヤーとナノチューブの両方を兼ね備えており、そして理想的な半導体−絶縁体−半導体（もしくは半導体−絶縁体−金属）の放射方向における異種（ヘテロ）接合を構成するので、電子輸送もしくはナノ装置にきわめて重要である。ナノケーブルの重要性は、それ自身の優れた構造のみならず、構造形成の制御にもある。
【００２９】
ナノケーブルの成長は２段階に分けられる。第１段階は、Ｃ（固体または蒸気）＋２ＳｉＯ（ガス）→ＳｉＣ（固体）＋ＳｉＯ2（固体）の反応によるＳｉＣ−ＳｉＯ2ナノワイヤーの形成である。第２段階は、ＢＮ及びＣのナノ領域への分離による、ＢＣＮ鞘の被覆である。
【００３０】
このナノケーブルの内部にＬｉは検出されなかったが、グラファイト様（graphitic  or  graphote-like）の鞘の形成において、Ｌｉは重大な役割を果たすことを見出した。
【００３１】
出発物質にＬｉ3Ｎがないと、グラファイト様の鞘のない、ＳｉＣ−ＳｉＯ2ワイヤーのみが形成される。チューブ状ＢＮ層は、グラファイトテンプレートなしでは形成が困難であるが、Ｃは実験温度（１２００℃）でＳｉＯと容易に反応するので、上記の結果は驚くべきことではない。Ｌｉが出発原料に存在すると、ＳｉＯに対するＬｉの高い反応性は、外側のＣ層がＳｉＯとの反応を避けて、テンプレートの役割を果たすことによるのであろう。さらに、Ｌｉはグラファイト状ＢＮの生成を促進することができる。その結果、ナノチューブ内に導体層とそれを被覆する同軸構造の絶縁層が設けられ、チューブの導電性と組み合わせることにより、同軸（ナノ）ケーブルの実現が可能になる。
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態による同軸ナノケーブルの一製造例について、説明する。
【００３３】
本発明の技術を用いて太さ数十ｎｍ以下の同軸ケーブルを実現した。
【００３４】
用いたレーザーアブレーション装置は、T.Guo et al(Chem.Phys.Lett.243 (1955)49)の装置を原形とするもので、レーザーとして、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザーの２次高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。パルスレートは１０Ｈｚ，パルス幅は６〜７ｎｓであった。
【００３５】
ターゲットとして、窒化ホウ素、炭素、酸化シリコン、および窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）を混合圧縮した。ターゲット上でのエネルギー密度は約３Ｊ／ｃｍ2であった。ターゲットは、電気炉中で１２００℃に加熱した石英反応管の中央にセットした。流量３００ｓｃｃｍの窒素ガスを導入し、全体の圧力を５００ｔｏｒｒに調整した。生成物を炉の下流で収集した。
【００３６】
尚、酸化シリコンガスを流して窒化ホウ素、炭素、および窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）と高温下で反応させる方法でも同様の生成物が得られた。
【００３７】
得られた生成物の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察により、同軸ナノケーブルが形成できたことを確認した。
【００３８】
図２は本発明の実施の形態によるナノケーブルの結晶構造を示す低倍率写真である。図３は、本発明の実施の形態によるナノケーブル先端の結晶構造とそのコア部分の炭化シリコンの電子回折像を示す電子顕微鏡写真である。図４は、ナノケーブルの詳細な多層構造の組識を示す高分解能像の電子顕微鏡写真である。
【００３９】
図２において、網状の像は試料の支持膜である。
【００４０】
また、図３において、左上の拡大像が外側の鞘であるチューブ部分の構造、右下の拡大像がコア部分の炭化シリコン結晶構造を示している。
【００４１】
レーザーアブレーション法で得られた、図２に示すナノケーブルは、数十μｍ以下の長さと数十ナノメートルの直径を有する、高アスペクト比をもち、また直径は比較的均一である。
【００４２】
また、拡大した図３では、ナノケーブルが結晶構造のコア部分と、これを囲む非結晶構造の層とを有することが示されている。
【００４３】
図３に挿入した回折パターンは、結晶構造のコア部分がβ相ＳｉＣで、電子線に平行な＜１１０＞軸を有することを示しいる。｛１１１｝面からの回折スポットはアスタリスク（*）が付され、これは双晶面を示している。積層欠陥の存在は、ＳｉＣコア部分が、ＣとＳｉＣの固−気反応により形成されたことを暗示している。
【００４４】
また、図４では、非結晶構造の鞘の外側に別のグラファイト様の鞘が見られる。鞘からの格子の縁（図４の左上に挿入）は、層間距離が約０．３５ｎｍであり、ＢＮまたはＣのターボストレイティックグラファイテック（turbostratic graphitic）層の（００２）間隔に近いことを示している。結晶構造のＳｉＣコア部分（図３の右下部に挿入）から、約０．２５ｎｍの（１１１）面間隔をもつ典型的なフェースセンター（面心）立方相の＜１１０＞プロジェクションを見ることができる。ここに示された構造は、信号伝送に使用されている通常の同軸ケーブルと同じである。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明にれば、コア部の中心領域と外側の鞘であるチューブ部分が２層の導体層となり、また中間層の二酸化シリコン層が絶縁層となるので、従来は実現が不可能であった、同軸ナノケーブルとその製造方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるナノケーブルの基本構造の概略を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態によるナノケーブルの結晶構造を示す低倍率電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施の形態によるナノケーブル先端の結晶構造とそのコア部分の炭化シリコンの電子回折像を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】ナノケーブルの詳細な多層構造の組識を示す高分解能像の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１    ナノチューブ
２    絶縁層
３    芯部
１０  ナノケーブル
【図１】
0003769405.tif 000002
【図２】
0003769405.tif 000003
【図３】
0003769405.tif 000004
【図４】
0003769405.tif 000005