(57)【要約】本発明は以下の製造工程段階を有する“ナノ構造の超小型化法”を提供する。先ず基板上に形成した円筒形ナノ細孔頂点の開口部上に、該頂点開口部直径が徐々に減少して、開口部直径が該頂点開口部の直径より小さい縮小ナノ開口になるように分子又は原子状態の材料を蒸着する。次いでガス分子又は原子状態の材料を直接該縮小ナノ開口に通過させことにより円筒形ナノ細孔の底下にある該基板表面上に、より小さなナノスケールのナノ量子ドット、ナノロッド又はナノリングのナノ構造を直接形成する。【選択図】図７
2009522785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造の超小型化法であり、
（a）基板と該基板上に形成した円筒形ナノ細孔を含む層を提供し、
（ｂ）円筒形ナノ細孔頂点の開口部の大きさを縮小し、
（ｃ）大きさ縮小の頂点開口部にナノ構造形成材料を通過させて、ナノ構造を基板表面に形成し、該ナノ構造が該大きさ縮小の頂点開口部寸法に一致する寸法を有し、且つ
（ｄ）該円筒形ナノ細孔を含む該層の少なくとも一部を除去する
方法。
【請求項２】
段階（ｂ）が該円筒形ナノ細孔の頂端上に蒸着材を蒸着し、該大きさ縮小開口部を形成するように該頂点の縁から半径方向内向きに延びる構造を形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階（ｂ）が更に該頂点縁上の該蒸着材の入射角に対してゼロ以外の傾斜角で該基板を可動プラットフォーム上に配置し、該可動プラットフォームを該蒸着材蒸着中に少なくとも一度回転して、該蒸着材を該縁円周付近に蒸着することにより、頂点開口部の大きさを縮小する段階を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
更に該可動プラットフォームの回転段階が該蒸着材蒸着中に複数回含み、頂点開口部の大きさを更に縮小する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
更に該蒸着材蒸着時に大きさ縮小の頂点開口部直径をモニターするために膜の厚さ計を用い、該モニターに対応して可動プラットフォームの回転速度を制御する段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
段階（ｂ）が該円筒形ナノ細孔上に閉鎖頂点を提供し、該閉鎖頂点に該大きさ縮小開口部を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該大きさ縮小開口部を該閉鎖頂点のエッチングにより形成する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
該大きさ縮小開口部がエッチング材を該閉鎖頂点に塗布して形成する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該大きさ縮小開口部が該閉鎖頂点をスパッタエッチングで形成する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該ナノ構造形成材料が該基板に直接蒸着して該ナノ構造を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
該ナノ構造形成材料がエッチャントを含み、該ナノ構造が該基板のエッチング領域を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
更に第二のナノ構造形成材料を直接該基板のエッチング領域に蒸着する段階を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
該ナノ構造の直径が該大きさ縮小の開口部直径と同じ量子ドットを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
段階（ｃ）がコリメータを該材料源と該大きさ縮小開口の間に配置する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
段階（ｃ）が可動プラットフォーム上に該基板を配置し、該ナノ構造形成材料を該開口に通過させ該ナノ構造形成材料を直接該基板上に蒸着しながらプラットフォームを直線的に移動し、該円筒形ナノ細孔の直径より小さい幅を有するナノロッドを形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
段階（ｃ）が可動プラットフォーム上に該基板を配置し、プラットフォームを三次元に移動し、該円筒形ナノ細孔直径より小さい寸法を有するナノリングを形成する段階含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
段階（ｄ）が該円筒形ナノ細孔を含む該層を除去するためのウェットエッチング段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
段階（ｄ）が該円筒形ナノ細孔を含む該層を除去するためのドライエッチング段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
該層がフォトレジスト層である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
更に可動プラットフォーム上に該基板を配置し、第一該ナノ構造形成後該プラットフォームを移動し、少なくとも一つの追加該ナノ構造を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
該ナノ構造が該円筒形ナノ細孔の直径より小さい直径を有する量子ドットである請求項１の方法で形成したナノ構造。
【請求項２２】
該ナノ構造が該円筒形ナノ細孔の直径より小さい幅を有するロッドである請求項１の方法で形成したナノ構造。
【請求項２３】
該ナノ構造が該円筒形ナノ細孔の直径より小さい寸法を有するリングである請求項１の方法で形成したナノ構造。
【請求項２４】
該ナノ構造がシングルエレクトロントランジスタ（ＳＥＴ）の電極である請求項１の方法で形成したナノ構造。
【請求項２５】
円筒形ナノ細孔頂点の開口部に大きさ縮小のナノ開口を形成する方法で、該円筒形ナノ細孔頂点の縁に蒸着材を蒸着し、該大きさ縮小開口部を形成するために該頂点縁から半径方向内向きに延びる構造を形成する段階を含む方法。
【請求項２６】
該円筒形ナノ細孔が基板上に形成した層内に含まれ、更に該基板を該頂点縁上の該蒸着材の入射角に対してゼロ以外の傾斜角に可動プラットフォーム上に配置し、該蒸着材蒸着時に少なくとも一度該可動プラットフォームを回転して該縁円周付近に該蒸着材を蒸着することにより頂点開口部の大きさを縮小する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
更に該蒸着材蒸着時に複数回該可動プラットフォームを回転して、頂点開口部の大きさを更に縮小する段階を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
該プラットフォームを第１位置に回転し、該蒸着材の一部を蒸着する時に停止し、次いで該プラットフォームを少なくとも１つの第二位置に回転し、該蒸着材の更なる部分が蒸着する時に停止する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
該プラットフォームを該蒸着材蒸着時に連続的に回転する請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
更に該蒸着材蒸着時に大きさ縮小の頂点開口部直径をモニターするために膜の厚さ計を使用し、該モニターに対応して可動プラットフォームの回転速度を制御する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
円筒形ナノ細孔の頂点開口部上の大きさ縮小ナノ開口部の形成法であり、該円筒形ナノ細孔上に閉鎖頂点を提供し、該閉鎖頂点に該大きさ縮小開口部を形成する段階を含む方法。
【請求項３２】
該大きさ縮小開口部が該閉鎖頂点のエッチングで形成する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
該大きさ縮小開口部が該閉鎖頂点にエッチング材を塗布して形成する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
該大きさ縮小開口部が該閉鎖頂点のスパッタエッチングで形成する請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
基板上にナノ構造を形成する方法で、直径が該円筒形ナノ細孔直径より小さい頂点開口部を有する円筒形ナノ細孔を提供し、該頂点開口部にナノ構造形成材料を通過させ、基板表面に直接ナノ構造を形成する段階を含み、該ナノ構造が大きさ縮小の該頂点開口部の寸法に相当する寸法を有するナノ構造形成法。
【請求項３６】
基板上にナノ構造を形成する方法で、幅が溝幅より小さい頂点開口部を有する該溝を提供し、該頂点開口部にナノ構造形成材料を通過させ、基板表面上に直接ナノ構造を形成することを含み、該ナノ構造が該頂点開口部の幅に相当する幅を有するナノ構造形成法。
【請求項３７】
該ナノ構造がナノ連結線である請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００５年１２月３０日に申請の米国仮特許出願番号７５４，６１４の優先権を主張する。本発明はより超小型化形状のナノ構造の製造に関し、特に既存種のナノ構造とナノデバイスのナノスケール関連で高度な超小型化法を提供する。特に在来製造設備を直接用いて、在来製造設備でのナノスケールの最小限界よりもより小さい形状のナノ量子ドット、薄い形状のナノロッド及び狭い形状のナノリングのナノ構造が製造される。
【背景技術】
【０００２】
ナノ科学の最近の進歩は、種々の分野で、特に半導体工業で広く応用されてき、常に以下のような多数のナノデバイスとナノ構成要素を常に生成する。
エレクトロニクスでは、数千の電子の代わりに数個の電子だけでシングルエレクトロントランジスタ（ＳＥＴ）やナノ構造によるスピンバルブが操作でき、その結果エネルギーや電力消費を削減するだけでなく、スイッチング速度も又増加する。
オプトエレクトロニクスでは、シリコンレーザーはナノ構造の小型化効果を用いて量子ドット特性を制御する効果を有する。
トランスデューサの応用では、ナノセンサーとナノ検知器により、ごく微量な化学分子や生体分子と共に細胞内機能を測定できることにより生体臨床医学で最小侵襲診断の開発が進展する。
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、スピンスクリーン／フィルタープログラム及び量子ドットスピンメモリのようなナノスケールデバイスの他の応用が全て大いに活発になる。
しかしナノスケールデバイスやナノ構成部品全ての大きさはある程度減少するが、基本的な物理的制限によりより小さなナノ構造の製造能力が制限されることにより更なる超小型化の現状を打破できない。
図１から図３に示すように、ナノ構造は在来のナノリソグラフィにより作製する。製造段階は以下の通りである。
（Ａ）先ず期待ナノパターンＱをフォトマスクＭ上に配置し、次いで該フォトマスクＭを基板１上面上に置き、フォトレジスト２を薄く塗る（図１に示すように）。
（Ｂ）該基板１上に薄く塗った該フォトレジスト２上に、ナノ開口３構造を規定するように露出現像で該ナノパターンＱと同じパターンを得られるように、光ビームeを該フォトマスクＭ上の該ナノパターンＱに通過させる（図２に示すように）。
（Ｃ）蒸着源デバイス４０を用いて、ガス分子又は原子状態の蒸着材Ｂを直接該ナノ開口３の周囲と底に蒸着する（図３の図Ｘと図Ｙに示すように）。
（Ｄ）最後に溶液により該フォトレジスト２を選択的に除去することにより該基板１表面上にナノ量子ドット４構造を形成する（図３の図Ｚに示すように）。
前述の在来工程では在来フォトリソグラフィの精度限界が限られ、現在の最高に正確なナノスケールは６０−６５nmに達するにしか過ぎない。
それ故パターン転写フォトリソグラフィのフォトマスクＭによる該ナノ開口３のナノスケールは６０nmを超える。その結果これら装置で製造した該ナノ量子ドット４のナノスケールは又相対的に６０nmを越す。従ってナノ構造の在来の該ナノデバイスの物理的サイズ制限は、なお６０nmを超える範囲である。
それ故ナノ開口３のナノスケールをより小さくするように如何にこの障害を突破するかが、種々分野の専門家全てにとって重大だがややこしく困難な技術的課題となる。その解決は大量生産の工業的な実現性と費用効率の高い経済原理に左右され、技術的ブレイクスルー手段の選択がより困難になる。
ナノ科学を理解する科学者とナノ技術に習熟した専門家全ては、５０nmより小さい又は１−２nmさえのデバイスの実現による恩恵に気づいているが、より良い解決或いは有効な技術的ブレイクスルーのいずれもが発表も応用もされていない。
【発明の開示】
【０００３】
本発明はナノ構造の超小型化法を案出する。
最大の目的は、精度変更又は改装を全くすることなしに在来製造設備を直接用いて、在来製造設備よりより小型な形状の新規ナノ構造を製造することである。
在来製造設備の物理的限界の進展と現行突破することで、種々のナノデバイス、ナノ回路及びナノワイヤの再超小型化を達成することである。
他の目的はナノ構造の超小型化法に以下の製造工程段階を提供することである。
先ず基板上に形成した円筒形ナノ細孔頂点の開口部上に、該頂点開口部直径が徐々に減少して開口部直径が該頂点開口部の直径より小さい縮小ナノ開口部になるように分子又は原子状態の材料を蒸着する。
次いでガス分子又は原子状態の材料を、直接該縮小ナノ開口部に通過させる。その結果円筒形ナノ細孔底下にある該基板表面上に、６０nmより小さい大きさのナノ構造のナノ量子ドット、ナノロッド又はナノリングを直接形成する。
その結果より小型の工業製品類又は小型用途の生物医学用トランスデューサ／検知器製造のための半導体産業で、直ちに適応でき且つ直接応用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図４を参照して、既存円筒形ナノ細孔１０を積み上げ法又はビルドダウン法に従い在来法で製造する。
該在来円筒形ナノ細孔１０の最小サイズは６０nm以上である。製造工程実施の代替えとしては、フォトリソグラフィ、ナノプリンティング、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）及び有機気相成長エピタキシ（ＭＯＶＣＤ）が挙げられる。しかし前述のこれら在来技術は、本発明により以後その特性とノウハウは求められないので詳述しない。
図４乃至図８を参照して、本発明に従う“ナノ構造の超小型化法”の工程段階は以下を含む。
（a）先ず基板１のフォトレジスト２上に形成した円筒形ナノ細孔１０の頂点開口部１１上に、ガス分子又は原子状態のシーラント（＝封止材）を蒸着することにより（図４の図面Ｂ−Ｂに示すように）、該頂点開口部１１は徐々に縮小してその開口部直径が該頂点開口部１１より小さい縮小ナノ開口部２０となる（図５と図６の図面ｇに示すように）。
（ｂ）該縮小ナノ開口２０にガス分子又は原子状態の蒸着材Ｂを直接通過させる（図７と図８に示す）。
従って該縮小ナノ開口２０と同じ直径を有するナノ量子ドット３０が、該円筒形ナノ細孔１０の底下にある該基板１表面上に直接形成される（図８の図面a、ｂ、ｃ及びｄに示すように）。
（ｃ）そして溶液洗浄（即ちウエットエッチング）又はガスエッチング（即ちドライエッチング）を用いて、該基板１上の該フォトレジスト２の該円筒形ナノ細孔１０を除いてより小さなナノスケールを有するナノ量子ドット３０構造を該基板１表面上に直接形成する（図８の図面eと対応平面図に示すように）。
ここで該円筒形ナノ細孔１０の該頂点開口部１１上の該縮小ナノ開口２０形成で、前述の段階（a）を実施する従属段階は以下を含む（図５に示すように）。
（１）先ず該基板１を三次元傾斜と回転が可能な傾斜回転コンソールＲ上にしっかりと取り付け、該傾斜回転コンソールＲを傾斜角θに調節し（図５の図面に示すように）、即ち該円筒形ナノ細孔１０の頂点開口部１１中心線と、該蒸着源装置４０の出力方向線との狹角値は（９０°―θ）である。その結果ガス分子又は原子状態の蒸着材Ａは、該円筒形ナノ細孔１０の該頂点開口部１１の先端縁に一部蒸着できる（図５の図面とＡ印を付けた対応図面に示すように）。
（２）そして該傾斜回転コンソールＲを傾斜角θの傾斜を保ち、徐々に完全に一回転することにより（図５の図面ｂ、ｃ、ｄ、e、ｆと各対応側面図のそれぞれに示されるように）、ガス分子又は原子状態の該シーラント（＝封止材）Ａを蒸着して、該頂点開口部１１がよ小さい直径の縮小ナノ開口２０を、該円筒形ナノ細孔１０の該頂点開口部１１上に形成する（図５の図面ｇと対応側面図に示されるように）。
前述の従属段階（２）では、該傾斜回転コンソールＲの回転数は、該縮小ナノ開口２０がより小さなオリフィス直径となるように増加できる。その上該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径の大きさを膜の厚さ計によりリアルタイムでモニターし、該傾斜回転コンソールＲの回転数制御の基準としての役割が果たせる。従って種々仕様の該ナノ量子ドット３０の事後の期待ナノ構造は、該縮小開口２０のオリフィス直径の期待サイズの結果と合致し、このようにして得られる。
更に該円筒形ナノ細孔１０の該頂点開口部１１上に縮小ナノ開口２０を形成する製造法での前述の段階（a）は、基板１を静止保持し蒸着源装置４０を該基板１周りに完全に一回転することで置き換えられ、同一成果が得られる。
図９乃至図１６を参照して、以下の工程段階が含まれる。
（１）該基板１を該円筒形ナノ細孔１０上の頂点開口部１１方向が垂直上向きに向くよう水平方向に保持し、該蒸着源装置４０を整列傾斜して互いの狹角が傾斜角θになるように該頂点開口部１１に向くようにする（図９の図面a-aに示すように）。その結果ガス分子又は原子状態の該シーラント（＝封止材）が、該頂点開口部１１の該蒸着源装置４０に対して遠い側の縁に一部蒸着できる（図９の図面a-aと対応平面図に示すように）。
（２）そして該蒸着源装置４０を該傾斜角θに保持し、中心として該基板１周りを完全に一回転する（図１０乃至図１６と対応断面図ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、ｄ−ｄ、ｆ−ｆ、ｇ−ｇ、ｈ−ｈに示すように）。
その結果該頂点開口部１１より小さいオリフィス直径を有する縮小ナノ開口２０が、ガス分子又は原子状態の該シーラント（＝封止材）の蒸着により、該円筒状ナノ細孔１０の該頂点開口部１１上に形成できる（図１６と対応断面図ｈ−ｈに示すように）。
更に前述の段階（a）でのガス分子又は原子状態の該蒸着材Ｂの出力が、該蒸着源装置４０により供給される。ガス分子又は原子状態の該蒸着材料Ｂが、該縮小ナノ開口２０を直線軌道の形で通過するように、該蒸着源装置４０と該縮小ナノ開口２０間にコリメータ５０を設置することにより（図７に示すように）、ガス分子又は原子状態の該蒸着材Ｂの移動方向での干渉性が高くなる。従って該基板１表面に形成するナノ量子ドット３０の信頼性を強める。
それ故前述の工程段階（a）、（ｂ）及び（ｃ）により製造した該ナノ量子ドット３０のナノ構造は、該円筒状ナノ細孔１０上の該縮小ナノ開口２０を通り該基板１表面にガス分子又は原子状態の蒸着材Ｂを蒸着して形成する隆起ナノドットである。該ナノ量子ドット３０の円周形状は不規則な曲線の連結で囲まれ、その大きさは該縮小ナノ開口２０の該オリフィス直径と同じである。
従って該基板１に形成した該ナノ量子ドット３０のナノスケールの大きさは、該縮小ナノ開口２０の該オリフィス直径が該円筒状ナノ細孔１０直径より小さいので、該円筒状ナノ細孔１０の大きさより明らかに小さい。
例えば円筒状ナノ細孔１０のナノスケールを６０nmにし、該頂点開口部１１上で縮小形成した該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径を１０nmにする。このとき該基板１上に形成する該ナノ量子ドット３０のナノスケールの大きさは１０nmである。従って前述の製造工程により実際に既存ナノ構造の超小型化結果が得られる。
より超小型化形状のナノロッド６０製造における本発明の第二実施形態を図１７に示す。
この製造工程では、基板１を二次元的に左方向と右方向に傾斜可能な回転コンソールＰにしっかりと取り付け、該回転コンソールＰの左方向と右方向傾斜角θをθ１、θ２及びθ３などに一つずつ規則正しく調整する（図１７の図面ｆ、ｇ、ｈ、iと対応平面図のそれぞれに示すように）。
その結果該縮小ナノ開口２０を通過する分子又は原子状態の蒸着材Ｂが、一つずつ連続的にナノロッド６０を該基板１表面上に形成し、その幅は円筒状ナノ細孔１０のオリフィス直径の幅より小さい（図１７の図面ｊと対応平面図に示すように）。
それ故該ナノロッド６０の構造は隆起ロッドであり、該縮小ナノ開口２０を異なる傾斜角θに一つずつ連続的に調節して、分子又は原子状態の該蒸着材Ｂを蒸着することで該基板上に形成する。従って隆起ロッドの最大幅は、該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径に等しいか又は小さく、ロッド両側は不規則な線の連結で形作られる（図１７の図面ｊと対応平面図に示すように）。
より超小型化形状のナノリング７０製造における本発明の第三実施形態を図１８に示す。
この製造工程では、基板１を三次元的傾斜回転可能な傾斜回転コンソールＲにしっかりと取り付け、該傾斜回転コンソールＲの回転角Φを一つずつ規則正しくΦ１、Φ２、Φ３及びΦ４などにすると同時に、前方と後方傾斜角θプラス左方向と右方向揺れ角θをθ４、θ５、θ６及びθ７などに連携して調整する（図１８の図面ｍ、ｎ、o、ｐ、ｑ、ｒ、ｓと対応平面図のそれぞれに示すように）。
その結果該縮小ナノ開口２０を通過する分子又は原子状態の蒸着材Ｂは、該基板１上に一つずつ連続的にナノリング７０を形成し、その大きさは円筒形ナノ細孔１０のオリフィス直径より小さい（図１８の図面ｓと対応平面図に示すように）。
それ故該ナノリング７０の構造は隆起リングであり、分子又は原子状態の該蒸着材Ｂを異なる傾斜角θと回転角Φに該縮小ナノ開口２０を一つずつ連続的に調節しながら蒸着して該基板上に形成する。従って隆起リングの最大外径は該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径に等しいか又は小さく、隆起リングの両側は不規則な曲線の連結で囲まれる（図１８の図面ｓと対応平面図に示すように）。
該基板１の該フォトレジスト２上に形成した既存パターン（図１９に示すように）である円筒状ナノ細孔８０上の閉鎖頂点を有するナノ構造製造における本発明の第四実施形態を図１９乃至図２２に示す。
製造工程段階は以下を含む。
（a）溶液によるエッチング又は高エネルギーガス粒子によるスパッタリングを用いて、先ず閉鎖頂点を有する円筒状ナノ細孔８０頂点にナノオリフィス８１の穴を開ける（図２０に示すように）。
（ｂ）ガス分子又は原子状態の蒸着材料Ｂをナノオリフィス８１に直接通過させる（図２１に示すように）。その結果該ナノオリフィス８１のオリフィス直径と同じナノスケールを有するナノ量子ドット９０を、該円筒形ナノ細孔８０底下にある該基板１上に直接形成する（図２２の図面a、ｂ、ｃ、ｄに示すように）。
（ｃ）そして溶液洗浄（即ちウエットエッチング）又はガスエッチング（即ちドライエッチング）を用いて、該基板１上の該フォトレジスト２の該円筒形細孔８０を除去することによりより小さなナノスケールのナノ量子ドット９０を該基板１表面上に直接形成する（図２２の図面eに示すように）。
ここで該ナノ量子ドット９０のナノ構造製造での前述の工程段階（a）、（ｂ）及び（ｃ）は、前述の実施形態と連携して修正し、同様にナノロッド６０又はナノリング７０のナノ構造が製造できる。
ソース電極Ｓ，ドレイン電極Ｄ及びゲート電極Ｇの三つの基本電極以外に、予備アイランド電極Ｉを有する三極管であるシングルエレクトロントランジスタ（ＳＥＴ）の基本回路図を図２３に示す。
ここで該アイランド電極Ｉは該ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄの間に位置し、トンネル接合が二つの電極の各接合部に組み込まれる。
即ち一つの共通の該アイランド電極Ｉを共有する二つのトンネル接合部がある。
トンネル接合部は二つの導電電極間の絶縁隔壁である。
ＳＥＴの構造は以下の特性を有する。
（１）該ゲート電極Ｇは該アイランド電極Ｉと仮想キャパシタ（Ｃｇ）により連結する。
（２）該トンネル接合部は、実質的にはレジスタ挙動とキャパシタ挙動の両物性を有する誘電体である。
キャパシタとして：静電容量は以下の式にほぼ等しい。
Ｃ＝ε０．εｒ．Ａ／ｄ
ここでＣはファラッド単位の静電容量である。
ε０は自由空間の誘電率である。
εｒは誘電率又は比誘電率である。
Ａは各平面電極面積である。
ｄは電極間距離間隔である。
トンネル接合キャパシタは、トンネリング電子により一素電荷充電され、電圧積み上げを起こす（Ｖ＝e／Ｃ）。
ここでＶ）はトンネル接合での電圧積み上げである。
eは1.6x10-19クーロンの素電荷である。
Ｃは接合部の静電容量である。
レジスタとして：抵抗は隔壁厚みに指数関数的に依存する。
典型的な隔壁厚みは１乃至数ナノメーターオーダーである。
古典的電磁気学と異なり、固有抵抗は動的で非線形、即ち最早一定ではない。
小さいか又はゼロバイアス電圧近くでの微分抵抗（Ｒ）の増加はクーロンブロケードと呼ぶ。
（３）電荷の離散性のために、トンネル接合部を通る電流フローは厳密に一個の電子がトンネル隔壁を通過する（トンネリング）連続事象である。
連続（非離散的）電荷は該ゲート電極Ｇにより該アイランド電極Ｉに誘導できる。
（４）式に基づいて：Ｖ＝e／ＣとＣ＝ε０．εｒ．Ａ／ｄでＡは極端に低い値のeに影響されるナノスケールの必要がある。
トンネル接合部を静電容量１フェムトファラッドのプレートコンデンサー形状にするには、電気透磁率１０で厚さ１ナノメーターの酸化物層を用いて、寸法約１００ｘ１００ナノメーターの電極を作る必要がある。
（５）固有充電エネルギー（接合部に素電荷一個を充電するに必要なエネルギー）が電荷担体の熱エネルギーより大きくなるのに十分な低い温度の必要がある。
（６）該ソース電極Ｓと該ドレイン電極Ｄのフェルミエネルギー準位が互いに並んだ場合にのみトンネル電流が発生する。
上述のこれらの制約により、該ソース電極Ｓ，ドレイン電極Ｄ及びアイランド電極Ｉの距離と大きさは、該ＳＥＴの性能収率に極めて影響する。
現在の技術ではこれらの必要性を得るのは非常に困難で極端に高くつく。
それ故ＳＥＴの大量生産はいまだに半導体又はエレクトロニクス産業で応用されていない。
しかし本発明の製造工程を適応すると、本発明の製造工程により該ソース電極Ｓ，ドレイン電極Ｄ、アイランド電極Ｉ及びゲート電極Ｇの位置、大きさ、構成要素及び密度が正確に制御できるので、ＳＥＴの大量生産が実施でき半導体又はエレクトロニクス産業で進展できる。実際の製造工程は前述の実施形態の工程段階を互いに相互に連携して得られる。
シングルエレクトロントランジスタ（ＳＥＴ）の製造工程を図２４に示す。
製造工程段階は以下を含む。
（Ｉ）先ず頂点開口部の直径が徐々に減少して、開口部直径が該頂点開口部の直径より小さい縮小ナノ開口２０になるように、基板１のフォトレジスト２上に形成の円筒形ナノ細孔１０の該頂点開口部上に、ガス分子又は原子状態のシーラント（＝封止材）Ａを蒸着する。
（ＩＩ）該基板１を水平方向に保持し、該蒸着源装置４０を該縮小ナノ開口２０に面するように並べ、蒸着材料Ｂで該基板１表面上の期待中心位置に第一ナノ量子ドットのアイランド電極Ｉを蒸着する（図２４の図面１−１に示すように）。
（ＩＩＩ）該縮小ナノ開口２０を中心にし、該基板１を傾斜角θ１で右方向に傾斜し、蒸着材Ｂで該基板１表面上の該既存アイランド電極Ｉの期待右側位置に、第二ナノ量子ドットのドレイン電極Ｄを蒸着する（図２４の図面２−２に示すように）。
（ＩＶ）再度該縮小ナノ開口２０を中心にし、該基板１を傾斜角θ２で左方向に傾斜し、蒸着材料Ｂで該基板１表面上の該既存アイランド電極Ｉの期待左位置に、第三ナノ量子ドットのソース電極Ｓを蒸着する（図２４の図面３−３に示すように）。
（Ｖ）最後に該縮小ナノ開口２０を中心軸にし、該基板１を回転角Φに時計方向に回転し、蒸着材料Ｂで該基板１表面上の該既存島電極Ｉの予期前方位置に、第四ナノ量子ドット４のゲート電極Ｓを蒸着する（図２４の図面４−４に示すように）。
ここで該傾斜角θ１が傾斜角θ２に等しい場合、距離Ｄ２はＤ１に等しい。Ｄ３は該回転角Φの大きさで制御される。
ここでＤ１は該ソース電極Ｓと該アイランド電極Ｉ間の距離であり、
Ｄ２は該ドレイン電極Ｄと該アイランド電極Ｉ間の距離であり、
Ｄ３は該ゲート電極Ｇと該アイランド電極Ｉ間の距離である（図２４の図面５−５に示すように）。
それ故該傾斜角θと回転角Φが容易に制御できる調整を用いて、該ソース電極Ｓ，ドレイン電極Ｄ、アイランド電極Ｉ及びゲート電極Ｇの位置、大きさ、距離又は構成要素密度が正確に得られる。種々のナノ量子ドットでそれぞれ異なる構成要素の必要性さえも、製造工程を調整して異なる蒸着材を簡単に選択して得られる。
従って応用範囲と拡張範囲は広いだけでなく、製造工程も又室温で実施できことにより、総合的な実際的で経済的な効果は本当に価値がある。
ナノ回路間又はナノ構成要素間のナノ接続線を製造する本発明の他の成果を図２５乃至図２９に示す。
製造工程段階は以下を含む。
（a）先ず基板１のフォトレジスト２上に形成したナノ溝１００の頂点スリット１０１上に分子又は原子状態のシーラント（＝封止材）Ａを蒸着する（図２５と図２６の図面に示すように）。その結果該頂点スリット１０１の初期開口幅より小さいスリット幅を有する縮小ナノスリット２００を、累積的蒸着により徐々に開口部を狭めることで形成する（図２５と図２７の図面ｂに示すように）。
（ｂ）ガス分子又は原子状態の蒸着材Ｂを該縮小ナノ開口２００に直接通過させ（図２８に示すように）、該縮小ナノスリット２００のスリット幅と同じ幅のナノワイヤ３００を、該ナノ溝１００底下にある該基板１上に直接形成する（図２５の図面ｃと図２９の図面a、ｂ、ｃ、ｄに示すように）。
（ｃ）そして溶液洗浄（即ちウエットエッチング）又はガスエッチング（即ちドライエッチング）を用いて、該基板１上の該フォトレジスト２の該ナノ溝１００を除去する。
その結果より小さなナノスケールのナノワイヤ３００が、該基板１表面上に直接形成される（図２５の図面ｄと図２９の図面eに示すように）。
隆起ナノ量子ドットを蒸着する代わりに、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材）Ｃにより、くぼみナノ量子ドットを製造する本発明の他成果を図３０と図３１に示す。
くぼみナノドット３０１製造の工程段階は以下の通りである。
基板１のフォトレジスト２上に形成した円筒形ナノ細孔１０の縮小ナノ開口２０に、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材）を直接通過させる（図３０に示すように）。その結果くぼみナノドット３０１が該基板（１）表面上に直接形成される（図３１の図面eに示すように）。
該くぼみナノドット３０１の円周形状は不規則な曲線の連結で囲まれ、その大きさは該縮小ナノ開口２０の該オリフィス直径と同じである。
隆起ナノロッドを蒸着する代わりに、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材）Ｃにより、くぼみナノロッドを製造する本発明の他実施形態を図３２に示す。
くぼみナノロッド６０１製造の工程段階は以下の通りである。
先ず該縮小ナノ開口２０の傾斜角θを一つずつ規則正しく左方向と右方向にθ１，θ２，θ３などとして調節する（図３２の図面ｆ、ｇ、ｈ、iと対応平面図に示すように）。
次いで基板１のフォトレジスト２上に形成した円筒形ナノ細孔１０の縮小ナノ開口２０に、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材）を直接通過させる（図３０に示すように）。その結果くぼみナノロッド６０１が該基板（１）表面上に一つずつ連続的に形成する（図３２の図ｊに示すように）。
従って該くぼみナノロッド６０１の最大幅は、該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径に等しいか又はより小さく、ロッド両側は不規則な線の連結形状である（図３２と対応平面図に示すように）。
隆起ナノリングを蒸着する代わりに、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材料）Ｃにより、くぼみナノリングを製造する本発明の他成果を図３３に示す。
くぼみナノリング７０１製造の工程段階は以下の通りである。
先ず該縮小ナノ開口２０の回転角Φを一つずつ規則正しくΦ１，Φ２、Φ３、Φ４などとすると同時に、前方と後方に傾斜角θプラス左方向と右方向に揺れ角θ連携してθ４、θ５、θ６、θ７などに規則正しく調節する（図３３の図面ｋ、ｌ、ｍ、n、 oとそれぞれの対応平面図に示すように）。
次いで基板１のフォトレジスト２上に形成した円筒形ナノ細孔１０の縮小ナノ開口２０に、ガス分子又は原子状態のエッチャント（＝エッチング材）を直接通過させる（図３０に示すように）。その結果くぼみナノリング７０１が該基板１表面上に一つずつ連続的に形成する（図３３の図面ｐと対応平面図に示すように）。
従って該くぼみナノリング７０１の最大外径は、該縮小ナノ開口２０のオリフィス直径に等しいか又はより小さく、ロッド両側は不規則な曲線の連結で囲まれる（図３３の図面ｑと対応平面図に示すように）。
最後に “ナノ構成要素”、“ナノ回路”又は“ナノワイヤ”などのナノ構造は、本発明を用いて在来法よりより超小型化した方法で室温工程下に製造できる。製造工程が非常に簡単で費用効率が高く、更には技術的ブレイクスルーをもたらす。
従って本発明は工業的開発に合致するだけでなく、特許としての新規性、実用性及び進歩の本質的基準を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ナノ技術工程での在来のパターン転写フォトリソグラフィに従うフォトマスクと基板を示す説明透視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図３】在来ナノ技術に従うナノ量子ドット構造の製造を示すフローチャート。
【図４】ナノ技術工程での在来の積み上げ法又はビルドダウン法に従う円筒形ナノ細孔の形成を示す説明透視図。
【図５】本発明に記載の円筒形ナノ細孔頂点上で縮小ナノ開口部の形成を示す説明フローチャート。
【図６】本発明に記載の円筒形ナノ細孔頂点上で縮小ナノ開口部の形成を示す説明断面図。
【図７】本発明に記載の縮小ナノ開口部を通過してナノ量子ドットの形成を示す操作説明図。
【図８】本発明に記載の基板表面上でのナノ量子ドット成長を示す操作説明図。
【図９】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第一説明図。
【図１０】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第二説明図。
【図１１】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第三説明図。
【図１２】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第四説明図。
【図１３】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第五説明図。
【図１４】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第六説明図。
【図１５】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第七説明図。
【図１６】本発明の他実施形態に記載の円筒形ナノ細孔頂点上での縮小ナノ開口部形成を示す第八説明図。
【図１７】本発明に記載の基板表面でのナノロッド成長を示す説明フローチャート。
【図１８】本発明に記載の基板表面でのナノリング成長を示す説明フローチャート。
【図１９】本発明に記載の閉鎖頂点を有する円筒形ナノ細孔を示す説明図。
【図２０】本発明の他実施形態に記載の説明フローチャートの第一図。
【図２１】本発明の他実施形態に記載の説明フローチャートの第二図。
【図２２】本発明の他実施形態に記載の説明フローチャートの第三図。
【図２３】シングルエレクトロントランジスタ（ＳＥＴ）の基本的回路図。
【図２４】基板表面上のＳＥＴ用ソース電極、ドレイン電極、アイランド電極及びゲート電極製造を示す説明フローチャート。
【図２５】本発明に記載のナノワイヤ形成を示すフローチャートの説明透視図。
【図２６】本発明に記載のナノワイヤ形成を示す第一説明断面図。
【図２７】本発明に記載のナノワイヤ形成を示す第二説明断面図。
【図２８】本発明に記載のナノワイヤ形成を示す第三説明断面図。
【図２９】本発明に記載のナノワイヤ形成を示す第四説明断面図。
【図３０】本発明に記載の縮小ナノ開口部を通してのエッチャント（＝エッチング剤）塗布を示す説明図。
【図３１】本発明に記載の基板表面のへこみナノドットのエッチングを示す説明図。
【図３２】本発明に記載の基板表面のへこみナノロッドのエッチングを示す説明図。
【図３３】本発明に記載の基板表面のへこみナノリングのエッチングを示す説明図。
【図１】
2009522785.tif 000003
【図２】
2009522785.tif 000004
【図３】
2009522785.tif 000005
【図４】
2009522785.tif 000006
【図５】
2009522785.tif 000007
【図５】
2009522785.tif 000008
【図６】
2009522785.tif 000009
【図７】
2009522785.tif 000010
【図８】
2009522785.tif 000011
【図９】
2009522785.tif 000012
【図１０】
2009522785.tif 000013
【図１１】
2009522785.tif 000014
【図１２】
2009522785.tif 000015
【図１３】
2009522785.tif 000016
【図１４】
2009522785.tif 000017
【図１５】
2009522785.tif 000018
【図１６】
2009522785.tif 000019
【図１７】
2009522785.tif 000020
【図１８】
2009522785.tif 000021
【図１８】
2009522785.tif 000022
【図１９】
2009522785.tif 000023
【図２０】
2009522785.tif 000024
【図２１】
2009522785.tif 000025
【図２２】
2009522785.tif 000026
【図２３】
2009522785.tif 000027
【図２４】
2009522785.tif 000028
【図２５】
2009522785.tif 000029
【図２６】
2009522785.tif 000030
【図２７】
2009522785.tif 000031
【図２８】
2009522785.tif 000032
【図２９】
2009522785.tif 000033
【図３０】
2009522785.tif 000034
【図３１】
2009522785.tif 000035
【図３２】
2009522785.tif 000036
【図３３】
2009522785.tif 000037
【図３３】
2009522785.tif 000038
【国際調査報告】
2009522785.tif 000039