(57)【要約】本発明は、長軸方向及び横方向エクステンションを有するナノチューブと、ナノチューブの少なくとも第１の部分を支持する構造と、横方向エクステンションによって規定される第１の法区及び／又はにおいてナノチューブに力を付与する第１の手段とを備えたナノチューブ装置（１００，６００）に関するものである。ナノチューブの少なくとも第２の部分が前記構造の支持を越えて突出するものであって、前記力があるレベルを超えるときに、ナノチューブの第２の部分が横方向エクステンションの方向に曲がり、それによって、第１の電気回路を閉じる。好適には、ナノチューブに前記力を付与する第１の手段が電気的手段であり、力がその手段に電圧を印加することによって形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸方向及び横方向エクステンションを有するナノチューブと、ナノチューブの少なくとも第１の部分を支持する構造と、横方向エクステンションによって規定される第１の法区及び／又はにおいてナノチューブに力を付与する第１の手段とを備えたナノチューブ装置（１００，６００）において、
ナノチューブの少なくとも第２の部分が前記構造の支持を越えて突出するものであって、前記力があるレベルを超えるときに、ナノチューブの第２の部分が横方向エクステンションの方向に曲がり、それによって、第１の電気回路を閉じることを特徴とするナノチューブ装置。
【請求項２】
ナノチューブに前記力を付与する第１の手段が電気的手段であり、その力が電圧をその手段に印加することによって形成される請求項１に記載のナノチューブ装置。
【請求項３】
前記支持構造は、第１のレベル及び第２のレベルの上に構造（ストラクチャー）を有するテラス構造を備え、ナノチューブの支持される第１の部分がその構造の第１のレベルによって支持され、力を付与する前記手段が前記第２のレベル上に配置される請求項１又は２のいずれかに記載のナノチューブ装置。
【請求項４】
力を付与する第１の手段が、第１のゲート電極と、ナノチューブの曲がりによって閉じられる第１の回路とを備え、第１のゲート電極が前記構造の前記第２のレベル上に配置され、第１のソース電極が前記構造の前記第１のレベル上に配置された請求項１から３のいずれか一項に記載のナノチューブ装置。
【請求項５】
支持するテラス構造が第３のレベル上にさらなる構造を備え、前記第３のレベルが前記第２のレベルに平行であるが、ナノチューブの突出部の反対側に配置され、ナノチューブ装置が横方向エキステンションによって規定される第２の方向においてナノチューブに力を付与する第２の手段を有し、前記力があるレベルを超えるときに、ナノチューブの第２の部分が横方向エキステンションの第２の方向において曲がり、それによって第２の電気回路を閉じる請求項１から４のいずれか一項に記載のナノチューブ装置。
【請求項６】
ナノチューブに前記力を付与する第２の手段が電気的手段であり、その力がその手段に電圧を印加することによって形成される請求項５に記載のナノチューブ装置。
【請求項７】
前記さらなる支持構造が、第１のレベル及び第２のレベル上に構造（ストラクチャー）を有するテラス構造を備え、ナノチューブの支持された第１の部分が構造の第１のレベルによって支持され、力を付与する前記手段が前記第２のレベル上に配置された請求項５または６のいずれかに記載のナノチューブ装置。
【請求項８】
力を付与する第２の手段が第２のゲート電極を備え、ナノチューブの曲がりによって閉じられた第２の回路が構造の前記第３のレベル上に配置された第２のドレインを備える請求項５から７のいずれか一項に記載のナノチューブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ナノテクノロジーは、いわゆるナノチューブの進歩を含むテクノロジーの成長が著しい分野である。このテクノロジーの分野に含まれる装置の固有の小さなサイズのために、ナノテクノロジーは、例えば、エレクトロニクス分野、例えば、半導体分野における用途に対して理想的である。メモリ装置はナノテクノロジーから大きな恩恵を受ける応用の一例である。
【背景技術】
【０００２】
マルチ状態ロジカルスイッチ又はメモリエレメントとして作用するナノスケールサイズの装置が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この必要性は、長軸方向及び面方向エキステンションを有するナノチューブと、ナノチューブの少なくとも第１の部分を指示する構造と、横方向エキステンションによって規定される第１の方向においてナノチューブに力を付与する第１の手段とを備えたナノチューブ装置を提供する本発明によって充足される。ナノチューブの少なくとも第２の部分は前記構造の支持を越えて突出し、前記力があるレベルを超えるときは、ナノチューブの第２の部分は横エキステンションの方向で収縮し、これによって第１の電気回路を閉じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
好適には、ナノチューブに前記力を付与する第１の手段は電気的手段であり、力はその手段に電圧を印加することによって形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を、添付図面を参照して詳細に記載する。
【０００６】
図１は、本発明による装置１００の第１の実施形態である。装置はナノチューブ１２０、好適には導電性ナノチューブ、適切にはカーボンナノチューブを備える。
【０００７】
装置はさらに、例えばシリコンＳｉのような非導電性材料から成り、ナノチューブの少なくとも第１の部分を支持する構造１３０を含み、ここで、ナノチューブの第２の部分は支持構造を超えて突出するものであり、従って支持されないものである。ナノチューブの第１の支持された部分は電極１１０に接続され、これ以降はソース電極と称する。
【０００８】
支持構造１３０はテラス状の形状であるのが適しており、上部レベル１３０’’と下部レベル１３０’を備えた“ステップ状”構造を有し、ここで、２つのレベルは構造１１０の壁状形状によって相互接続されている。壁の高さによって画定されるような構造の２つのレベル１３０’、１３０’’の間の高さの差は、符号ｈを用いて示している。本明細書を通して“レベル”との語の使用は、装置の水平方向又は垂直方向のいずれかにおいて、構造に対して好適にはステップ状形状を付与する寸法の差を示すものであることに留意されたい。
【０００９】
前記構造の下部レベル１３０’では、２つの付加の電極が配置され、一方はゲート電極１４０と称され、他方はドレイン電極１５０と称される。ゲート電極は壁の最近接点まで距離ＬＧの位置に配置し、ドレイン電極に対する対応する距離はＬＤと称される。ここで、ＬＧは適切にはＬＤより小さい。
【００１０】
ナノチューブの突出部分の全伸長（トータルエクステンション）は、好適には50〜150nmの間であり、適切には約100nmのオーダーであり、高さｈは約3nmのオーダーのサイズである。
【００１１】
ゲート電極１４０に電圧を印加すると、それによる容量性の力が、ゲート電極へ向かう方向でナノチューブ１２０に印加する。ここで、前記方向は図において“下方”方向として知覚されるナノチューブの横方向エキステンションによって規定される方向である。Ｆｃで示されている力は、以下の数式によって表される：
【数１】
2005521196.tif 000003
【００１２】
この式において、ＱＧ＋ＱＤはナノチューブ上の過剰な電荷であり、ＣＧ及びＣＤはキャパシタンスであり、図２を参照して以下に詳細に説明する。ｘはナノチューブ１２０と前記構造の下部レベル１３０’との間の最短距離である。
【００１３】
図２は図１に示した装置の等価回路２００である：ソース電圧ＶＳは、インピーダンスＺで、キャパシタンスＣＧを介してゲート電圧ＶＧに、また、キャパシタンスＣＤおよびＣＤに平行に接続された抵抗ＲＴを介してドレイン電圧ＶＤに接続されている。力ＦＣに起因した機械的移動によって、ＣＧとＣＤとは時間で変化する。
【００１４】
抵抗は以下の式によって表現できる：
【数２】
2005521196.tif 000004
【００１５】
Ｒ０は実験結果から推定され、数100キロオームのオーダーであり得、トンネリング長λは典型的には0.5Åのオーダーである。距離ｘは、ゲートに印加される電圧ＶＧを変えることによって変えることができる。
【００１６】
図３は、典型的なパラメータの組に対する電流−電圧関数を示す。水平軸のうちの一つにゲート電圧ＶＧを示し、他方の水平軸にドレイン電圧ＶＤを示す。垂直軸はソース電極を介してドレイン電極へ流れる電流を示している。この図に示されているように、ソース電圧を固定してゲート電圧が変わるときに、装置の非伝導（オフ）状態から伝導（オン）状態への急峻な変化がある。
【００１７】
図４は、ソース電圧を固定したときの装置の電流−電圧特性を示す。“オフ”から“オン”状態への変化をさせるのに要するゲート電圧のシフトは約1.5mVである。
【００１８】
図１で示した装置について“オン”状態から“オフ”状態への変化に要する時間は、その反対すなわち、“オフ”状態から“オン”状態への変化に要する時間よりかなり短い。本発明による装置のスイッチングダイナミクスは、装置のジオメトリ、例えば、壁高さｈ、テラスの下部レベル１３０’上の電極の位置ＬＧ、ＬＤ、ナノチューブの突出部の長さＬを変えることによって影響を受け得る。従って、適切な構成によって、本発明による装置は、異なる用途の要求を充足するように適用できる。
【００１９】
図５は、本発明の他の実施形態５００の平面図である。この実施形態５００は、図１に示したものと同様なナノチューブ装置を備えるが、支持テラス構造５３０がさらに、第３レベル上に構造５３０’’を備え、この第３のレベル５３０’’は第２のレベル５３０’に本質的に平行であるが、ナノチューブ５２０の突出部の反対側に位置する。
【００２０】
実施形態５００は本質的に、図１に示した装置の特徴を全てを備え、さらに、横方向エキステンションによって規定される方向においてナノチューブ５２０に力を付与する第２の手段５４０’を備え、これによって、前記力があるレベルを超えるときに、ナノチューブの第２の部分は横方向エキステンションの第２の方向に伸縮し、これによって第２の電気回路を閉じる。前記第２の方向は、図５から実現されるように、手段５４０’に向かう方向である。力を、好適には第２のゲート電極である手段５４０’を介してナノチューブ５２０に付与するときに、ナノチューブ５２０の第２の突出している部分は横方向エキステンションの第２の方向に伸縮し、これによって第２の電気回路を閉じる。この第２の電気回路は適切には、図１に関連して記載したソース電極５１０と、支持構造５３０の第３のレベル５３０’上に配置する第２のドレイン電極５５０’とによって規定される。
【００２１】
第２のゲート及びドレイン電極はそれぞれ、テラス構造の壁ＬＧ２及びＬＤ２から距離に配置している。
【００２２】
本発明をある実施形態の例によって説明したが、本発明が特許請求の範囲内で変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による装置の概略断面図である。
【図２】図１の装置と等価な回路を示す図である。
【図３】図１の装置における電圧に対する電流を示す図である。
【図４】図１の装置における電流に対するオンーオフ変化を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態の平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  装置
１１０  電極
１２０  ナノチューブ
１３０  支持構造
１３０’  下部レベル
１３０’’  上部レベル
１４０  ゲート電極
１５０  ドレイン電極
【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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【国際調査報告】
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