JP3834643B2

JP3834643B2 - Method for producing copper nanorods or nanowires

Info

Publication number: JP3834643B2
Application number: JP2003053503A
Authority: JP
Inventors: 義雄板東; ゾングウェン・リュウ
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004263318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、結晶欠陥のない銅ナノロッド若しくはナノワイヤーを高い収率で得ることのできる銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅は、電気、電子回路に電流を流すのに不可欠な材料であり、電子デバイスの急速な小型化にともない銅のナノロッド、ナノワイヤーが次世代の接続材料として注目を浴びている。
【０００３】
銅のナノロッド、ナノワイヤーは、鋳型を用いた銅酸化物の還元、電気化学的な成長法によって合成されている（たとえば、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
I.Lisieski外，フィジカル・レビューB（Physical Rev. B），1999年，第６１巻，ｐ．4968
【非特許文献２】
M.E.T.Molares外，アドバンスト・マテリアルズ（Adv. Mater.），2001年，第１３巻，ｐ．６２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳型を用いた合成法には、操作の煩雑さや収率が低い等の欠点がある。また、鋳型を用いて合成した銅ナノロッド、ナノワイヤーには結晶欠陥が含まれる。
【０００６】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、結晶欠陥のない銅ナノロッド若しくはナノワイヤーを高い収率で得ることのできる銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、金属銅と、炭素薄膜のコーティングされたモリブデン基板とを、真空中で800〜850℃の温度範囲に加熱し、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーを生成させることを特徴とする銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法（請求項１）を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法は、以上のとおりの特徴を有するものである。
【０００９】
加熱温度範囲を800〜850℃とするのは、金属銅は約800℃から蒸発し始めるからであり、また、モリブデン基板の温度が高くなり過ぎると、金属銅がモリブデン基板に付着せず、逸散してしまうためである。
【００１０】
以下実施例を示し、この出願の銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
炭素薄膜をコーティングした、基板としてのモリブデングリッドと、直径３mmの銅リングとを透過型電子顕微鏡のホルダーに取り付けた。このホルダーを試料室に入れ、試料室を減圧して圧力が1.0×10^-4Paに達した時に、ホルダーを815℃に加熱した。
【００１２】
銅リングから銅の蒸気が発生し、銅リングよりも温度の低い炭素薄膜上にすぐに銅が堆積してロッド状に成長した。収率は、鋳型を用いた合成法よりも格段と高かった。
【００１３】
図１（ａ）は、加熱時間２０分での銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの透過型電子顕微鏡像である。
【００１４】
この像から、直径５０〜100ナノメートルで均一であり、長さ３マイクロメートルまでのナノロッド若しくはナノワイヤーが生成していることが確認される。また、ナノロッド若しくはナノワイヤーの成長起点が、炭素薄膜の穴の周辺部にあることが確認される。
【００１５】
図１（ｂ）は、測定したＸ線エネルギー拡散スペクトルであり、銅のピークが確認される。スペクトルには、炭素の弱いピークも確認されるが、このピークは、基板としてのモリブデングリッドにコーティングした炭素薄膜に由来するものである。
【００１６】
加熱時間１時間では、２０マイクロメートルを超える長い銅ナノワイヤーが成長することが観察された。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）は、それぞれ、生成した銅ナノロッドの高分解能透過型電子顕微鏡像、電子回折パターンである。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）より、銅ナノロッドは、＜110＞方向に配向しており、ロッド軸は（-1, 1, 1）面に平行であり、2.09Åの空間格子を有し、欠陥のない面心立方晶構造であることが確認された。
【００１９】
図３は、別の透過型電子顕微鏡像であるが、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーは、炭素薄膜の穴の周辺部から中心部に向かって成長することが確認された。この現象は、おそらく炭素薄膜の表面が荒れているため、結晶が生成する際の起点になりやすいことが原因ではないかと考えられる。
【００２０】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、結晶欠陥のない銅ナノロッド若しくはナノワイヤーを高い収率で得ることが可能となる。微細回路の配線材料、電極材料、接続材料等の超小型電子デバイスへの応用が期待される。
【００２２】
また、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーは、真空中での銅蒸気の発生及びモリブデン基板への堆積という一段の操作で生成するため、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造のための操作が簡便となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、加熱時間２０分での銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの透過型電子顕微鏡像、測定したＸ線エネルギー拡散スペクトルである。
【図２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、生成した銅ナノロッドの高分解能透過型電子顕微鏡像、電子回折パターンである。
【図３】銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの別の透過型電子顕微鏡像である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method for producing copper nanorods or nanowires. More specifically, the invention of this application relates to a method for producing copper nanorods or nanowires that can obtain copper nanorods or nanowires free from crystal defects in high yield.
[0002]
[Prior art]
Copper is an indispensable material for passing electric currents in electrical and electronic circuits, and with the rapid miniaturization of electronic devices, copper nanorods and nanowires are attracting attention as next-generation connection materials.
[0003]
Copper nanorods and nanowires are synthesized by reduction of copper oxide using a template and an electrochemical growth method (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0004]
[Non-Patent Document 1]
I. Lisieski et al., Physical Review B (1999), Vol. 61, p. 4968
[Non-Patent Document 2]
METMolares et al., Advanced Materials (Adv. Mater.), 2001, Vol. 13, p. 62
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the synthesis method using a template has drawbacks such as complicated operation and low yield. In addition, copper nanorods and nanowires synthesized using a template contain crystal defects.
[0006]
The invention of this application was made in view of the circumstances as described above, and provides a method for producing copper nanorods or nanowires capable of obtaining copper nanorods or nanowires free from crystal defects in a high yield. Is a problem to be solved.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of this application is to heat a metal copper and a molybdenum substrate coated with a carbon thin film to a temperature range of 800 to 850 ° C. Provided is a method for producing copper nanorods or nanowires (claim 1).
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method for producing copper nanorods or nanowires of the invention of this application has the characteristics as described above.
[0009]
The reason why the heating temperature range is set to 800 to 850 ° C. is that metallic copper starts to evaporate from about 800 ° C., and if the temperature of the molybdenum substrate becomes too high, the metallic copper does not adhere to the molybdenum substrate, so This is because it is scattered.
[0010]
Examples will be shown below, and the method for producing copper nanorods or nanowires of this application will be described in more detail.
[0011]
【Example】
A molybdenum grid as a substrate coated with a carbon thin film and a copper ring with a diameter of 3 mm were attached to a holder of a transmission electron microscope. The holder was put in the sample chamber, and when the pressure reached 1.0 × 10 ⁻⁴ Pa by depressurizing the sample chamber, the holder was heated to 815 ° C.
[0012]
Copper vapor was generated from the copper ring, and copper immediately deposited on the carbon thin film having a temperature lower than that of the copper ring, and grew into a rod shape. The yield was much higher than the synthesis method using a template.
[0013]
FIG. 1A is a transmission electron microscope image of copper nanorods or nanowires with a heating time of 20 minutes.
[0014]
From this image, it is confirmed that nanorods or nanowires having a diameter of 50 to 100 nanometers and uniform length of up to 3 micrometers are generated. In addition, it is confirmed that the growth starting point of the nanorod or nanowire is in the peripheral part of the hole of the carbon thin film.
[0015]
FIG.1 (b) is the measured X-ray energy-diffusion spectrum, and the copper peak is confirmed. In the spectrum, a weak peak of carbon is also observed, but this peak is derived from a carbon thin film coated on a molybdenum grid as a substrate.
[0016]
It was observed that long copper nanowires exceeding 20 micrometers grow at a heating time of 1 hour.
[0017]
FIGS. 2A and 2B are a high-resolution transmission electron microscope image and an electron diffraction pattern of the produced copper nanorods, respectively.
[0018]
2 (a) and 2 (b), the copper nanorods are oriented in the <110> direction, the rod axis is parallel to the (-1, 1, 1) plane, and has a spatial lattice of 2.09 mm, It was confirmed that the face-centered cubic structure has no defects.
[0019]
FIG. 3 is another transmission electron microscope image, but it was confirmed that the copper nanorods or nanowires grew from the peripheral part of the hole of the carbon thin film toward the central part. This phenomenon is probably due to the fact that the surface of the carbon thin film is rough, so that it is likely to be a starting point when crystals are formed.
[0020]
Of course, the invention of this application is not limited by the above embodiments. Needless to say, various details are possible.
[0021]
【The invention's effect】
As explained in detail above, the invention of this application makes it possible to obtain copper nanorods or nanowires free from crystal defects with high yield. Application to microelectronic devices such as wiring materials for fine circuits, electrode materials, and connecting materials is expected.
[0022]
Moreover, since copper nanorods or nanowires are generated by a single operation of generating copper vapor in vacuum and depositing on a molybdenum substrate, the operation for producing copper nanorods or nanowires becomes simple.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a transmission electron microscopic image and a measured X-ray energy diffusion spectrum of copper nanorods or nanowires at a heating time of 20 minutes, respectively.
FIGS. 2A and 2B are a high-resolution transmission electron microscope image and an electron diffraction pattern of the produced copper nanorods, respectively.
FIG. 3 is another transmission electron microscope image of copper nanorods or nanowires.

Claims

A method for producing copper nanorods or nanowires, wherein metallic copper and a molybdenum substrate coated with a carbon thin film are heated in a temperature range of 800 to 850 ° C. in vacuum to produce copper nanorods or nanowires. .