(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の絶縁層の上面の１つまたは複数の導電性プレートと、
前記導電性プレートの上面の第二の絶縁層であり、前記導電性プレートの上面は、前記導電性プレートのそれぞれの上の前記第二の絶縁層の開口に露出する、第二の絶縁層と、
前記開口に掛けわたされた導電性ナノチューブの分散したものから形成され、かつ湾曲することで前記導電性プレートに電気的に接触して保持される導電性マットと、
前記導電性ナノチューブの前記導電性マットに接触する導電性コンタクトとを含み、
前記導電性プレートの上面のいずれかに物理的に接触する前記導電性ナノチューブの前記導電性マットのいずれかの部分が、加速力の除去後にファンデルワールス力によって、前記導電性プレートの上面に取り付けられたままとなるように、前記導電性ナノチューブの前記導電性マットは、前記導電性プレートの上面に垂直な方向に印加されたベクトル成分を有する加速力によって、前記開口上で偏向可能である、装置。
【請求項２】
さらに、前記開口上に前記導電性ナノチューブの前記導電性マットに取り付けられた慣性重量を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記開口のそれぞれの面積は異なり、
前記導電性プレートの上面と垂直な方向の前記開口のそれぞれの深さは異なり、または、前記開口のそれぞれの面積は異なり、前記導電性プレートの上面と垂直な方向の開口のそれぞれの深さは異なる、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記ナノチューブは、カーボンナノチューブである、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
さらに、導電性アンテナと、前記アンテナに電気的に接続され、ナノチューブの前記導電性マット上に位置する導電性電極とを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第一の絶縁層の上面に１つまたは複数の導電性プレートを形成するステップと、
前記導電性プレートの上面に第二の絶縁層を形成するステップと、
前記第二の絶縁層中の導電性プレートのぞれぞれの上に開口を形成し、前記導電性プレートの前記上面を、前記開口に露出するステップと、
前記開口に掛けわたされた導電性ナノチューブの分散したものから形成され、かつ湾曲することで前記導電性プレートに電気的に接触して保持される導電性マットを形成するステップと、
前記導電性ナノチューブの前記導電性マットに導電性コンタクトを形成するステップとを含み、
前記導電性プレートの上面のいずれかに物理的に接触する前記導電性ナノチューブの前記導電性マットのいずれかの部分が、加速力の除去後にファンデルワールス力によって、前記導電性プレートの上面に取り付けられたままとなるように、前記導電性ナノチューブの前記導電性マットは、前記導電性プレートの上面に垂直な方向に印加されたベクトル成分を有する加速力によって、前記開口上で偏向可能である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを含む超小型電子・超小型電気機械装置の分野に関し、より詳細には、超小型加速度計および超小型電圧測定装置、並びに超小型加速度計および電圧測定装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度または最大電圧を測定して記録する現在の方法では、装置は、加速度を測定している間に電力の供給を要する記録装置に加えて、加速度測定装置および電圧測定装置が必要となる。加速度または電圧が発生する事象の露見が起こり、およびどのくらいの加速度が発生し、また電圧が生じたかを決定する必要がある多くの用途では、特に長期間にわたる時には、一定の電力を必要とする加速度装置および記録装置を使用することは非実用的であり、また非常に高価である。現在の加速度測定装置および電圧測定装置に必要な機械資源、電子資源、および電力源を収納する空間がほとんどない用途もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、コンパクトな、受動最大加速度装置および電圧測定記録装置の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一の態様は、第一の絶縁層の上面上の導電性プレートと、前記導電性プレートの上面上の第二の絶縁層であり、前記プレートの上面は、前記第二の絶縁層の開口内で露出する、第二の絶縁層と、１つまたは複数の導電性ナノチューブの１つまたは複数セットであり、前記ナノチューブの遠位第１および第二の端部領域が前記第二の絶縁層に接し、前記ナノチューブの中央領域は、前記開口を掛けわたされ、前記１つまたは複数のナノチューブの相違するセット中のナノチューブは、互いに電気的に接触しない、１つまたは複数の導電性ナノチューブの１つまたは複数セットと、導電性の１つまたは複数のコンタクトであり、前記１つまたは複数のコンタクトのそれぞれは、前記１つまたは複数のナノチューブの相違するセットのナノチューブの第一の端部領域と電気的に接触する、導電性の１つまたは複数のコンタクトとを有する装置である。
【０００５】
本発明の第二の態様は、第一の絶縁層の上面に導電性プレートを形成するステップと、前記導電性プレートの上面に第二の絶縁層を形成するステップと、前記第二の絶縁層に開口を形成し、前記プレートの上面を開口にて露出するステップと、１つまたは複数の導電性ナノチューブの１つまたは複数のセットであり、前記ナノチューブの遠位第１および第二の端部領域は、前記第二の絶縁層に接し、前記ナノチューブの中央領域は、前記開口を掛けわたされ、前記１つまたは複数のナノチューブの相違するセット中のナノチューブは、互いに電気的に接触しない、１つまたは複数の導電性ナノチューブの１つまたは複数のセットを形成するステップと、１つまたは複数の導電性コンタクトを形成するステップであり、前記１つまたは複数のそれぞれのコンタクトは、前記１つまたは複数のナノチューブの相違するセットのナノチューブの第一の端部領域と電気的に接触するステップとを含む方法である。
【０００６】
本発明の第三の態様は、第一の絶縁層の上面の１つまたは複数の導電性プレートと、前記導電性プレートの上面の第二の絶縁層であり、前記導電性プレートの上面は、前記導電性プレートのそれぞれの上方の前記第二の絶縁層の開口にて露出する、第二の絶縁層と、前記開口に掛けわたされたナノチューブの導電性マットと、ナノチューブの前記マットに接続する導電性コンタクトとを含む装置である。
【０００７】
本発明の第四の態様は、第一の絶縁層の上面に１つまたは複数の導電性プレートを形成するステップと、前記導電性プレートの上面に第二の絶縁層を形成するステップと、前記第二の絶縁層中の導電性プレートのぞれぞれの上方に開口を形成し、前記プレートの前記上面を、前記開口にて露出するステップと、前記開口に掛けわたされたナノチューブの導電性マットを形成するステップと、ナノチューブの前記マットに導電性コンタクトを形成するステップとを含む方法である。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明の様々な実施の形態により、コンパクトで受動最大加速度装置、および受動最大加速度装置および電圧記録装置を製造する方法が提供される。例えば、第一の実施の形態の開口の変化する幅を、第二の実施の形態の開口の変化する深さと組み合わせても良い。同様に、第三の実施の形態の開口の変化する幅を、第四の実施の形態の開口の変化する深さと組み合わせても良い。また、本発明の第三および第四の実施の形態は、第二の絶縁層の円形開口を用いて説明しているが、三角形、正方形、長方形、台形および多角形などの他の幾何学的図形の開口を使用してもよい。さらに、カーボンナノチューブの代わりに、炭素以外の材料を含む導電性ナノチューブまたはフィラメントを用いてもよく、または炭素と組み合わせて用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図２】第１図の２−２線に従う断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図４】第３図の４−４線に従う断面図である。
【図５】前記実施の形態の異なる開口部の形態を示す平面図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図７】第６図の７−７線に従う断面図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図９】第８図の９−９線に従う断面図である。
【図１０】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図１１】第１０図の１１−１１線に従う断面図である。
【図１２】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図１３】第１２図の１３−１３線に従う断面図である。
【図１４】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図１５】第１４図の１５−１５線に従う断面図である。
【図１６】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図１７】第１６図の１７−１７線に従う断面図である。
【図１８】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図１９】第１８図の１９−１９線に従う断面図である。
【図２０】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図２１】第２０図の２１−２１線に従う断面図である。
【図２２】本発明の第一の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図２３】第２２図の２３−２３線に従う断面図である。
【図２４】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図２５】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図２６】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図２７】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図２８】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図２９】加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置を示す断面図である。
【図３０】本発明の第二の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図３１】第３０図の３１−３１線に従う断面図である。
【図３２】第３０図の３２−３２線に従う断面図である。
【図３３】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図３４】第３３図の３４−３４線に従う断面図である。
【図３５】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図３６】第３５図の３６−３６線に従う断面図である。
【図３７】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図３８】第３７図の３８−３８線に従う断面図である。
【図３９】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図４０】第３９図の４０−４０線に従う断面図である。
【図４１】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図４２】第４１図の４２−４２線に従う断面図である。
【図４３】本発明の第三の実施の形態による加速度/電圧測定装置の製造過程を示す平面図である。
【図４４】第４３図の４４−４４線に従う断面図である。
【図４５】本発明の他の実施の形態による電圧測定装置を示す平面図である。
【図４６】第４５図の４６−４６線に従う断面図である。
【図４７】本発明の他の実施の形態による電圧測定装置を示す平面図である。
【図４８】第４７図の４８−４８線に従う断面図である
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
カーボンナノチューブは、より正確には、カーボンフラーレン類と呼ばれ、それは、六角形に配置されたｓｐ２混成炭素原子からなるかご形分子である。カーボンナノチューブには、中空チューブ状構造である単層フラーレンチューブと、多層フラーレンチューブの２種類のフラーレンチューブがある。多層フラーレンは、同軸シリンダのセットに類似する。本発明では、単層カーボンフラーレン（以下、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と呼ぶ）、および多層カーボンフラーレン（以下、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）と呼ぶ）を使用する。本発明のために、用語「カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）」は、炭素ＳＷＮＴまたは炭素ＭＷＮＴのいずれかを示す。炭素ＳＷＮＴは、炭素ＭＷＮＴより柔軟な傾向がある。
【００１１】
図１、３、６、８、１０、１２、１４、１６は、本発明の第一の実施の形態による加速度／電圧測定装置の製造を説明する平面図であり、図２、４、７、９、１１、１３、１５、１７は、対応する断面図である。図１は平面図であり、図２は、図１の２−２線断面図である。図１および２では、基板１００の上面に第一の絶縁層１０５が形成されている。パターン形成された導電層１１０が、絶縁層１０５の上面に形成されている。導電層１１０は、プレート領域１１５と、パッド領域１２０と、プレートとパッド領域との間のコネクター領域１２５からなる。一実施例では、基板１００は、半導体基板であり、第一の絶縁層１０５は、ＳｉＯ２を含み、導電層１１０は、ドープされたポリシリコンを含む。
【００１２】
一実施例では、導体材料のブランケット層を堆積させ、前記ブランケット層上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層に開口パターンをリソグラフ的に画定してブランケット層を露出し、ブランケット層を減じてエッチングし、残りのフォトレジストを取り除くことにより、パターン化した導電層１１０を形成する。
【００１３】
図３は平面図であり、図４は、図３の４−４線断面図である。図３、４では、第二の絶縁層１３０は、第一の絶縁層１０５と導電層１１０の重なるプレート領域１１５とを覆って形成されている。導電層１１０のパッド領域１２０は、第二の絶縁層１３０によってカバーされていない。第二の絶縁層１３０に開口１３５を形成して、プレート領域１１５上方の第一の導電層１１０の上面１４０を露出する。開口１３５は、４つの側壁１４５、１５０、１５５、１６０を有し、その形状は台形状である。側壁１４５、１５０は、対向し、互いに平行であり、側壁１５５、１６０によって接続されている。側壁１５０は、側壁１４５より短い。側壁１５５、１６０は長さが等しい。別の形状では、側壁１６０が、側壁１４５、１５０に垂直である（図５参照）。
【００１４】
一実施例において、層１３０のブランケット層を堆積し、ブランケット層上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層の開口のパターンをリソグラフ的に画定してブランケット層を露出し、プレート領域１１５および第一の絶縁層１０５に対してブランケット層を減じてエッチングし、残りのフォトレジストの取り除くことにより、パターン形成した第二の絶縁層１３０に開口１３５を形成する。
【００１５】
図６は平面図であり、図７は、図６の７−７線断面図である。図６、７では、開口１３５は、充填材料１７０で満たされている。充填材料１７０の上面１７２は、第二の絶縁層１３０の上面１７４と同一平面上にある。一実施例において、充填材料は、多結晶またはアモルファスのゲルマニウムである。
【００１６】
一実施例において、開口１３５を充填材料のブランケット堆積物によって充填材料で満たし、その後化学機械的研磨を行って、第二の絶縁層１７４の上面１７４上のいかなる充填材料も取り除く。次いで、フォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層にリソグラフ的に島状のパターンを画定して開口１３５の充填材料を保護し、露出した充填材料１７０を減じてエッチングし、残りのフォトレジストの取り除くことによって、開口１３５内にないいかなる残存する充填材料も取り除くことができる。充填材料１７０がゲルマニウムである場合、Ｈ２Ｏ２を水に溶解させた溶液をエッチング液として使用してもよい。
【００１７】
図８は、平面図であり、図９は、図８の９−９線断面図である。図８、９では、触媒棒１７５が、第二の絶縁層１３０の上面１７４に形成され、開口１３５の側壁１６０に隣接し、側壁１４５、１５０に垂直な方向に延在する。触媒棒１７５は、両端１７６および１７７を有する。触媒棒１７５は、側壁１４５、１５０間の垂直距離より長く、端部１７６は、側壁１４５を超えて延在し、端部１７７は、側壁１５０を超えて延在する。また、触媒棒１７５は、側壁１４５及び１５０間の垂直距離より短くてもよく、側壁１４５、１５０のどちらかを超えて延在してもよく、どちらも超えずに延在してもよい。触媒棒１７５の組成は、後に記載する。
【００１８】
一実施例において、フォトレジスト層を形成し、触媒棒１７５を形成するフォトレジスト層に、開口をリソグラフ的に画定して、触媒棒材料のブランケット層を堆積し、次いで、フォトレジスト層の上面のフォトレジスト層およびいかなる触媒棒材料を取り除くことによって、触媒棒１７５をリフトオフプロセスを使用して形成する。
【００１９】
図１０は、平面図であり、図１１は、図１０の１１−１１線断面図である。図１０、１１では、ＣＮＴ１８０は、側壁１４５及び１５０と平行な方向に、触媒棒１７５から成長し、充填材料１７０の上面１７２および第二の絶縁層１３０の上面１７４に平行に接触している。ＣＮＴ１８０は、側壁１６０、充填材料１７０および側壁１５５を横切って、触媒棒１７５から延在している。ＣＮＴの長さは、側壁１４５、１５０に平行な方向で測定される。
【００２０】
第一の実施例において、ＣＮＴスイープガスが炭素と触媒金属との合金の間を通る加熱チューブに、基板１００を設置することにより、ＣＮＴ１８０を製造する。基板１００の上面は、ＣＮＴスイープガスのフロー方向と平行に設置する。触媒棒１７５がガス流れに対して上流で垂直であり、充填材料１７０が触媒棒の下流であるように、基板１００を設置する。レーザーで触媒棒１７５を加熱すると、ＣＮＴが触媒棒から成長し、開口１３５を横切って延びる。第一の実施例では、触媒棒１７５は、鉄、コバルト、ニッケルまたはそれらの組み合わせと混合された炭素を含む。
【００２１】
第二の実施例では、触媒棒１７５は、鉄、コバルト、ニッケルまたはそれらの組み合わせを含み、触媒棒１７５を加熱した後に、レーザーを切り、炭化水素ガスをスイープガスに加える。使用可能な炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オレフィン、環式または芳香族炭化水素、または他の炭化水素が挙げられる。
【００２２】
一実施例において、ＣＮＴ１８０は、単層カーボンナノチューブで構成される。一実施例において、ＣＮＴ１８０は、多層カーボンナノチューブで構成される。
【００２３】
図１２は、平面図であり、図１３は、図１２の１３−１３線断面図である。図１２、１３では、ＣＮＴ１８０は、触媒棒１７５とは「非連結」であり、必要に応じて、第二の絶縁層１３０の上面１７４を張り出さないように、フォトリソグラフ的に「取り除く」。触媒棒１７５は、所定の位置に残すように示しているが、触媒棒は、任意に取り除いてもよい。
【００２４】
図１４は、平面図であり、図１５は、図１４の１５−１５線断面図である。図１４、１５では、多数の導電性パッド１８５が、導電性ワイヤー１９５によって、導電性ＣＮＴコンタクト１９０に電気的に接続されている。４つのパッド１８５を使用するのは典型的であり、より多くのまたはより少ないパッド１８５を使用してもよい。パッド１８５、ＣＮＴコンタクト１９０およびワイヤー１９５は、一体形成してもよい。ＣＮＴコンタクト１９０は、それぞれ、１つまたは複数の相違するＣＮＴ１８０の１セットと接触する。ＣＮＴ１８０は、すべて接触する必要はなく、隣接するＣＮＴコンタクト１９０は、同じ１つまたは複数のＣＮＴ１８０と接続するべきではない。一実施例において、パッド１８５、ＣＮＴコンタクト１９０およびワイヤ１９５は、Ｐｔ、Ａｕまたは他の金属、およびそれらの組み合わせで構成されている。
【００２５】
一実施例において、導体材料のブランケット層を堆積し、ブランケット層上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層に開口のパターンをリソグラフ的に画定してブランケット層を露出し、ブランケット層を減じてエッチングし、残りのフォトレジストの取り除くことにより、パッド１８５、ＣＮＴ１９０およびワイヤー１９５を形成する。
【００２６】
図１６は、平面図であり、図１７は、図１６の１７−１７線断面図である。図１６、１７では、充填材料１７０（図１５参照）を開口１３５から取り除き、開口１３５に張り出すＣＮＴ１８０を残して、装置２０５Ａを完成する。充填材料１７０がゲルマニウムである場合、水にＨ２Ｏ２を溶解した溶液をエッチング液として使用してもよい。開口１３５の幅（側壁１４５、１５０と平行な方向に側壁１５５から側壁１６０まで測定された）が、側壁１４５から側壁１５０へ減少するので、ＣＮＴ１８０のそれぞれの張出し長さ、またはＣＮＴ１８０のそれぞれによって張り出さられた距離は、ＣＮＴ１８０が側壁１４５および１５０に対してどこに位置するかに依存して変化する。開口１３５の狭い部分にわたって延在するＣＮＴ１８０を偏向させるよりも、開口１３５の広い部分にわたって延在するＣＮＴ１８０を偏向させるのに、より少ない力が必要である。さらに、考察を後に記載する。
【００２７】
図１８、２０、２２は、本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置の製造時に、任意の慣性重量の追加を説明する平面図であり、図１９、２１、２３は、対応する断面図である。図１８、２０、２２および対応する図１９、２１、２３で説明するステップは、図１、３、６、８、１０、１２および対応する図２、４、７、９、１１、１３で説明するステップの後に行なわれ、図１４、１５、１６、１７で説明するステップの代わりである。
【００２８】
図１８は平面図であり、図１９は、図１８の１９−１９線断面図である。図１８、１９では、多数の慣性重量２００が、１つまたは複数のＣＮＴ１８０の複数のセットに取り付けられている。重量２００は、それぞれ、１つまたは複数の相違するＣＮＴ１８０の単一のセットに取り付けられている。重量２００にすべてのＣＮＴ１８０を取り付ける必要はなく、隣接する重量２００は、１つまたは複数のＣＮＴ１８０の同じセットに取りつけるべきではない。
【００２９】
一実施例において、フォトレジスト層を形成し、重量２００を形成するフォトレジスト層に、開口をリソグラフ的に画定して、重量材料のブランケット層を堆積し、フォトレジスト層の上面のフォトレジスト層およびいかなる重量材料をも取り除くことによって、リフトオフプロセスを使用して重量２００を形成する。一実施例で、重量２００は、導体材料からなる。一実施例では、重量２００は、半導体からなる。一実施例では、重量２００は、電気絶縁体からなる。
【００３０】
図２０は、平面図であり、図２１は、図２０の２１−２１線断面図である。重量２００を除いて、図２０、２１は、それぞれ、図１４および１５に類似している。
【００３１】
図２２は、平面図であり、図２３は、図２２の２３−２３線断面図である。重量２００を除いて、図２２と２３の装置２０５Ｂは、図１６および１７の装置２０５Ａに類似している。
【００３２】
図２４、２６、２８は、加速前の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置の断面図であり、対応する２５、２７、２９は、加速後の本発明の第一の実施の形態による加速度測定装置の断面図である。
【００３３】
図２４では、ＣＮＴ１８０は、開口１３５にかかり、導電層１１０とパッド１８５との間に電気的接続はない。図２５では、導電層１１０の上面１４０に垂直な方向に、大きなベクトル成分を有する加速がかかる場合により、ＣＮＴ１８０は曲がり、導電層１１０の上面１４０と電気的、物理的に接触する。ＣＮＴ１８０を介して、導電層１１０とパッド１８５との間に電気的接続がある。図２５では、一旦、ＣＮＴ１８０が導電層１１０の上面１４０と接触すると、ＣＮＴ１８０は、ファンデルワールス力によって所定の位置に保持される。
【００３４】
全てが理解されるというわけではないが、一般に、ファンデルワールス力は、分子間力である。分子中の結合は、電子の周囲を回ることにより引き起こされる。分子の一方の側で余剰の負電荷を、分子の反対側で電荷（正電荷）の不足を生成するいかなる場合において、いかなる所定の電子も、分子の一方または他方にある、すなわち、双極子が形成されると考えてもよい。隣接する分子上の双極子が、陰極に対して配列した陽極、陽極に対する陰極である場合、弱い一時的な静電気引力がある。物体が多くの分子から構成されるので、引きつける双極子を有する有限数のペアの分子が常に存在する。
【００３５】
図１６に戻って、「Ａ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０は、開口１３５にわたって、「Ｂ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０よりも短い距離にかかっている。「Ｂ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０は、開口１３５にわたって、「Ｃ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０よりも短い距離にかかっている。「Ｃ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０は、開口１３５にわたって、「Ｄ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０よりも短い距離にかかっている。ＣＮＴ１８０に及ぼされる力は、ＣＮＴの質量および加速度量に比例することが分かる。空間にかかる横部材の屈曲量は、他の要因のなかで部材のスパンの長さに比例する。したがって、「Ｄ」と表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０は、「Ｃ」表示するパッドに接続されたＣＮＴ１８０が、導電層１１０の上面１４０と接触するために必要とされるよりも低い加速度を受けた後、導電層１１０の上面１４０と接触することとなる。多くのパッド１８５が、パッド１２０にショートしたことが分かると、検知方向に、より高い加速度を受ける。ＣＮＴ１８０を上面１４０に接触させ、「貼付」させるファンデルワールス力が、上面からＣＮＴを引き離す役割をする加速力より大きいなら、次いで、パッド１２０にショートしたパッド１８５の数は、装置２０５Ａが受ける最大加速度に対して、公知の関係（容易に測定された）を有する。
【００３６】
図２６、２７は、ＣＮＴ１８０に取り付けられた重量２００を追加したことを除いて、図２４、２５に類似する。重量２００は、ＣＮＴの屈曲に対する抵抗を克服するために、ＣＮＴ１８０に及ぼされた加速による力を「増幅する」役目を果たす。言いかえれば、重量２００は、ＣＮＴの有効質量を増加させることにより、ＣＮＴ１８０の曲げモーメントを増加させる。図２２の装置２０５Ｂは、この効果を利用する。
【００３７】
図２８、２９は、ＣＮＴ１８０に取り付けられた重量２００がＣＮＴを包囲し、上面１４０に向けてＣＮＴの下に延在するということを除いて、図２６、２７に類似している。したがって、重量２００は、導電性層１１０の上面１４０と電気的に接触し、ファンデルワールス力によって導電層１１０に保持される。図２８で説明する構造は、図１４、１５で説明するステップと、図１８、１９で説明し、上述したステップとの間で、フィラー１７０（図１５参照）のリセスエッチングを行なうことによって製造されてもよい。
【００３８】
図３０は、本発明の第二の実施の形態による加速度／電圧測定装置の平面図であり、図３１は、図３０の３１−３１線断面図であり、図３２は、図３０の３２−３２線断面図である。図３０、３１の装置２０５Ｃは、図２２、２３の開口１３５を第一の絶縁層１０５の凹部２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ、２２５Ｄの上方に形成された矩形開口部２２０に変えた以外は、図２２、２３の装置２０５Ｂに類似している。図３２で、領域２２５Ａの上方のＣＮＴ１８０と導電層１１０の距離が、ＤＡであることが分かる。領域２２５Ｂの上方のＣＮＴ１８０と導電層１１０の距離は、ＤＢである。領域２２５Ｃの上方のＣＮＴ１８０と導電層１１０の距離は、ＤＣである。領域２２５Ｄの上方のＣＮＴ１８０と導電層１１０の距離は、ＤＤである。ここで、ＤＡ>ＤＣ>ＤＢ>ＤＤである。したがって、開口２２０を横切る複数のＣＮＴ１８０のスパンが同じであるとともに、ＣＮＴが電気的に導電層１１０に接触し、「貼付」するのに必要な離脱量は、領域２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ、２２５Ｄにおいて異なる。装置２０５Ｃでの加速度測定は、横部材の屈曲の程度が、横部材に印加された力に比率することに依存する。
【００３９】
図３２は、第一の絶縁層１０５にエッチングされた段差を説明しているが、代わりに、基板１００に段差をエッチングして、領域２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ、２２５Ｄを形成してもよい。図３０、３１、３２で説明する構造が、重量２００なしで、または図１４Ａに示すＣＮＴを包囲する重量を使用して製造されてもよいことが分かる。
【００４０】
以下に記載される本発明の第三および第四の実施の形態の様々な構造を形成するために用いられる、プロセスの作動原理および材料は、特に断りのない限り、本発明の第１および第二の実施の形態のために上述したものと同様である。
【００４１】
図３３、３５、３７、３９、４１は、本発明の第三の実施の形態による加速度測定装置の製造を説明する平面図であり、図３４、３６、３８、４０、４２は、対応する断面図である。図３３は、平面図であり、図３４は、図３３の３４−３４線断面図である。図３３、３４において、３つのパターン化した導電性層１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、それぞれ、パッド領域１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃおよびパッド領域１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを有し、第一の絶縁層１０５上に形成されている。
【００４２】
図３５は、平面図であり、図３６は、図３５の３６−３６線断面図である。図３５、３６において、第二の絶縁層１３０は、プレート領域１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃの真上に形成され、円形開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃは、それぞれのプレート領域１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃの真上の第二の絶縁層１３０に形成されている。それぞれのプレート領域１１５Ａ、１５５Ｂ、１１５Ｃの表面１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃは、それぞれの開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ内に露出している。開口１３５Ａは、直径ＲＡを有し、開口１３５Ｂは、直径ＲＢを有し、開口１３５Ｃは、直径ＲＣを有し、ここで、ＲＣ>ＲＢ>ＲＡである。３つのプレート領域（１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ）および対応する開口（１３Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ）を使用することは典型的であり、より多くまたは少ない数のパッドおよび開口を使用してもよい。
【００４３】
図３７は、平面図であり、図３８は、図３７の３８−３８線断面図である。図３７、３８では、フィラー１７０は、開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ内に形成されている。
【００４４】
図３９は、平面図であり、図４０は、図３９の４０−４０線断面図である。図３９、４０では、ＣＮＴの単一の連続マット２５０が、開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃの真上に形成されている。一実施例では、溶剤にＣＮＴを分散したものからＣＮＴのマット２５０を回転塗布しており、溶剤は次いで蒸発する。一実施例において、前記分散は膠質である。他の実施例において、前記分散は機械的である（攪拌によって維持される）。開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃの面積の十分な割合が、ＣＮＴによって覆われない状態であるように、マット２５０のＣＮＴの密度を制御して、その結果、エッチング液がマットに浸透して、図１６、１７で上述したようにフィラー１７０を取り除くことができる。一実施例では、マット２５０は、単層カーボンナノチューブで構成されている。一実施例では、マット２５０は、多層カーボンナノチューブで構成されている。
【００４５】
図４１は平面図であり、図４２は、図４１の４２−４２線断面図です。図４１、４２では、任意の重量２００は、開口１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃの中心の真上のマット２５０上に形成されており、導電性パッド２５５は、マット１５０に接続されており、充填材料１７０（図４０参照）を取り除いて、装置２６０Ａを完成する。重量２００は、上述されるような重量を形成する前に、充填材料１７０（図４０参照）を凹部に設置することによって、マット２５０を構成するＣＮＴを包囲しても良い。
【００４６】
図４３は、本発明の第四の実施の形態による加速度／電圧測定装置の平面図であり、図４４Ｂは、図４３の４４−４４線断面図である。図４３、４４では、装置２６０Ｂは、開口１３５Ｄ、１３５Ｅ、１３５Ｄがすべて同じ直径を有し、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３がＤ１＞Ｄ２＞Ｄ３で異なる以外、図４１、４２の装置２６０Ａに類似している。Ｄ１は、マット２５０と導電性プレート１１０Ｄの距離である。Ｄ２は、マット２５０と導電性プレート１１０Ｅの距離である。Ｄ３は、マット２５０と導電性プレート１１０Ｆの距離である。第一の絶縁層１０５でのエッチングステップにより、異なる距離、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を生成した。または、基板１００のエッチングステップによって、相違する距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を生成してもよい。
【００４７】
本発明の様々な実施の形態の同一の構造は、加速度測定装置と同時に、電圧測定装置として使用してもよい。図１６に戻って、例えば、パッド１８５およびパッド１２０に同じ電圧差をかけると、ＣＮＴ１８０は導電層１１０の方へ屈曲することとなる。パッドＤに取り付けられたＣＮＴ１８０を十分に屈曲するためには、より小さい電圧差が必要となり、ＣＮＴを、例えば、パッドＢにＣＮＴ１８０を屈曲して取り付けるために必要とされるよりも大きいファンデルワールス力によって、導電層１１０に接触させ、次いで取り付ける。一旦電圧を解除すると、導電層１１０に取り付けられたいかなるＣＮＴも、取り付けられたままとなり、相違するパッド１８５、１２０間を精査することによって、装置が受ける最大電圧を決めることができる。
【００４８】
図４５は、本発明の実施の形態による電圧測定装置の平面図であり、図４６は、図４５の４６−４６線断面図である。図４５、４６では、装置３００Ａは、絶縁層３１０が形成された基板３０５と、絶縁層３１０に取り付けられた絶縁蓋３１５とを含む。本発明の第１および第二の実施の形態による導電性プレート３２０の上方のＣＮＴアレイ３１５Ａは、絶縁層３１０上に形成されている。導電性アンテナ３２５は、蓋３１５上に位置し、パッド３４０にコンタクト３３０を介して電気的に接続されている。パッド３４０は、導電性プレート３２０に電気的に接続されている。導電性のパッド３４５は、ＣＮＴアレイ３１５ＡのＣＮＴの相違するセットに接続されている。
【００４９】
パッド３４０およびパッド３４５を電気的に浮かせながら、装置３００Ａを、作動中のプラズマエッチングまたはプラズマ堆積室などの電気的に帯電する環境に設置してもよい。アンテナ３２５上で引き起こされた電圧によって、ＣＮＴのセットのよっては引きつけられることとなり、次いで、ファンデルワールス力によって、ＣＮＴは導電性プレート３２０に貼り付くこととなる。その後、装置３００Ａを帯電する環境から取り出し、ＣＮＴとＣＮＴの下の導電性プレートとの間で受ける最大電圧を決めるために、パッド３４０を、相違するパッド３４５に対して個々に精査する。
【００５０】
図４７は、本発明の実施の形態による電圧測定装置の平面図であり、図４８は、図４７の４８−４８線断面図である。図４７、４８では、装置３００Ｂは、絶縁層３１０が形成された基板３０５と、絶縁層３１０に取り付けられた絶縁蓋３１５とを含む。１セットの導電性プレート３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄの上方のＣＮＴマット３１５Ｂが、絶縁層３１０上に形成されている。導電性アンテナ３２５は、蓋３１５上に位置する。パッド３４０は、ＣＮＴマット３１５Ｂに電気的に接続されている。導電性パッド３４５は、相違する導電性プレート３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄに接続されている。アンテナ３２５は、導電性コンタクト３６０を介して、ＣＮＴマット３１５Ｂの上方に位置する電極３６５に電気的に接続されている。ＣＮＴマットの一部が、後に記載するように電極に引きつけられる場合、電極３６５は、ＣＮＴマット３１５Ｂが電極３６５にショートしないように、絶縁層３７０によってカバーされている。
【００５１】
まず、導電性プレート３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄに、ＣＮＴマット３１５Ｂの一部を引きつけ、ヴァンファンデルワールス力によって取り付けるように、装置３００Ｂをプリチャージする。次いで、パッド３４０およびパッド３４５をアースする、または電気的に浮かせながら、装置３００Ｂを、作動中のプラズマエッチングまたはプラズマ堆積室などの電気的に帯電された環境に設置してもよい。アンテナ３２５上に引き起こされた電圧によって、ＣＮＴは電極３６５に引きつけられ、ＣＮＴを導電性プレート３２０に保持するファンデルワールス力を破壊することとなる。その後、装置３００Ｂを前記帯電環境から取り出し、ＣＮＴマット３１５Ｂと導電性プレート３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄとの間で受ける最大電圧を決めるために、パッド３４０を、相違するパッド３４５に対して個々に精査する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の理解のため、本発明の実施の形態を説明した。当然のことながら、本発明は、本明細書に記載された特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく当業者に直ちに明らかなように、様々な改良、再配列、および置換が可能である。したがって、以下の請求の範囲が、発明の真の精神および範囲に収まるように、そのような改良および変更の全てを網羅することを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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