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NEDOなど、単層CNT・銅複合材で微細配線作製技術-電流容量は銅の100倍

日刊工業新聞より。
NEDOなど、単層CNT・銅複合材で微細配線作製技術-電流容量は銅の100倍

aist_cntfilm_patterning_fig4_patterningimage.jpg
(上側)Siピラーによる段差を覆う単層CNT銅複合材料配線
(下側)Siピラー間を架橋した単層CNT銅複合材料配線

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、単層CNT融合新材料研究開発機構(TASC)、
産業技術総合研究所(AIST)は、ストロー状の炭素材料である単層カーボンナノチューブCNT)と銅の複合材を使い、
銅の100倍の電流を流しても壊れない(許容電流密度の高い)微細配線の作製技術を開発したと発表しています。
複雑な配線パターンでも、線幅0.5-数十μmで加工できるとの事。
車載向けの高機能電子デバイスや微小センサーへの応用を見込むそうです。

元々TASCAISTでは2013年7月に同材料を発表していますが、今回はこの材料を配線パターンを実装する技術を
発表した形になります。
具体的な手法としては下記になります。

aist_cntfilm_patterning_fig1_image.jpg
図1.CNTフィルム+パターニング

aist_cntfilm_patterning_fig2_image.jpg
図2.プレーティング

①Si基板上に垂直配向単層CNTが膜状に成長するように合成
②CNT膜を剥がし、他の基板上に載せる。
 この際に、イソプロピルアルコールに単層CNT膜を浸漬させ乾燥させることで、
 基板に水平に配向している単層CNT膜を高密度化し、その基板への密着性を高めることができる。
③単層CNT膜にリソグラフィーを実施し、形状加工を行う。
④形状加工した単層CNT配線に、銅イオンの有機系溶液と水溶液で、順に電気めっきすることで、
 配線形状に加工した単層CNT銅複合材料配線を作製する

ポイントになった技術の一つは、産総研などが開発した「スーパーグロース法」という
高い配向を備えた単層CNTの製造技術において、布状の単層CNTを作製できたことだそうです。
同じ配向を持つ単層CNT1本1本が互いに絡み合うことで布状になっています。
「触媒を線状に配置することで作製できた」
(産総研 ナノチューブ応用研究センター 首席研究員の畠賢治氏)とのこと。

ただし、現時点では、配線の向きと単層CNTの配向は必ずしも一致していないようです。
単層CNTの配向と電流を流す方向が異なると電気的特性も大きく違ってきますが
「配線の向きごとにプロセスを分けることで解決できる」(産総研の畠氏)との談。
プロセスはより複雑になりますが、配向を揃えることで電気特性の向上が見込めそうです。

また、新材料は熱膨張係数がほぼ0ppm/Kと非常に小さいCNTとCuを組み合わせることで、
熱膨張係数を両材料の中間的な値に抑え込み、Siの値に近づけることができたとの事です。

aist_cntfilm_patterning_fig3_CTE_image.png

ただし実際には、1~2mm角しかない布状の単層CNTをSiの300mmウエハー並みに大きくすることが難しく
この材料を半導体製造プロセスで利用することはできないそうで
実用化には「別の手法を使うことを考えている」(畠氏)と述べています。

単層CNT融合新材料研究開発機構
Technology Research Association for Single Wall Carbon Nanotubes(TASC)
TASC_logo_image.png
http://www.tasc-nt.or.jp/

産総研ニュースリリース
単層カーボンナノチューブと銅の複合材料で微細配線加工に成功

関連記事
Tech-on:銅の100倍の電流を流せる複合材料で微細配線、産総研などが試作
14/02/17追記
EETimes:立体交差もできる! 銅の100倍電流を流せるカーボンナノチューブ材料で微細配線加工に成功


新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、単層CNT融合新材料研究開発機構(TASC)、産業技術総合研究所は、ストロー状の炭素材料である単層カーボンナノチューブ(CNT)と銅の複合材を使い、銅の100倍の電流を流しても壊れない微細配線の作製技術を開発した。複雑な配線パターンでも、線幅0・5マイクロ-数十マイクロメートルで加工できる。車載向けの高機能電子デバイスや微小センサーへの応用を見込む。
 今後は高電流容量や温度に依存しにくい導電率といった特性を生かせる用途を探索し、デバイス開発を進める。また銅と単層CNT複合材の量産技術を確立し、企業と連携して実用化を目指す。
 単層CNTは炭素原子のみでできた直径1ナノメートル程度の筒状の素材。膜状に合成した単層CNTを基板に密着させてリソグラフィーで配線形状に加工した後、基板上の単層CNTに銅メッキすると複合材配線ができる。平らな基板だけでなく、パターン形成された基板も使える。できた複合材配線の熱膨張率はシリコンに近く、ひずみの発生を抑えられる。



カーボンナノチューブの基礎と応用カーボンナノチューブの基礎と応用



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