(57)【要約】  この発明は、支持担体（１１０）上の少なくとも１つの所定の点（Ａ、Ｂ）においてナノ構造体（１５０）をその場製造する方法であって、担体（１５０）内の基板に好適な材料を選択し、前記基板を作り、基板上にテンプレート（１１５）を調製することによってテンプレートが前記所定の点（Ａ、Ｂ）を覆うことを含む方法に関する。テンプレートは、ナノ構造体の所望の最終形状に従った適当な形状を与えられ、所望の寸法を有するナノ材料のフィルム（１４０）がテンプレート（１１５）上に形成され、ナノ材料のフィルム（１４０）をテンプレートの一部から再構築させて、所望のナノ構造体（１５０）を形成する。好適には、テンプレート（１１５）が、ナノ材料に対して異なる特性を有する第１領域（１２０）及び第２領域（１３０）を含む。
2005513807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持担体（１１０）上の少なくとも１つの所定の点（Ａ、Ｂ）においてナノ構造体（１５０）をその場製造する方法において、該方法が、
担体（１５０）に含まれるべき基板に好適な材料を選択し、前記基板を作るステップと、
基板上にテンプレート（１１５）を調製するステップであって、テンプレートが前記所定の点（Ａ、Ｂ）を覆い、ナノ構造体の所望の最終形状に従って前記テンプレートに適当な形状を与えるステップと、
所望の厚さ、幅及び長さを有するナノ材料のフィルム（１４０）をテンプレート（１１５）上に形成させるステップと、
ナノ材料のフィルム（１４０）の少なくとも一部をテンプレートの一部から再構築させて、所定の点（１５０）に所望のナノ構造体（１５０）を形成させるステップとを含み、
前記再構築が、原子スケールにおけるナノ材料の再集合の形態であり、この結果、再構築前のナノ材料の特性に対して質的に新規な特性が得られ、前記新規な特性が、外部場又は外力に対して変化した所定の反応を示すことを特徴とする方法。
【請求項２】
テンプレート（１１５）が第１領域（１２０）及び第２領域（１３０）を含み、これらがナノ材料との相互反応に関して異なる特性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ナノ材料との相互反応に関する２つの領域の異なる特性は、一方の領域（１２０）が他方（１３０）よりも強い結合特性を有することである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ナノ材料に関して強い結合特性を有するテンプレートの領域（１２０）が基板（１１０）上の少なくとも１つの所定の点（Ａ、Ｂ）を覆い、この点においてナノ構造体を担体に結合する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
付加的なエネルギーをナノ材料のフィルム（１４０）に与えることによって再構築を行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ナノ材料のフィルムの少なくとも一部を照射するレーザービーム、イオンビーム又は電子ビームを用いて付加的エネルギーを与える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ナノ材料のフィルムの材料の少なくとも一部にドーピングすることによって再構築を行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
付加的エネルギー又はドーピングを、材料の結合特性がより弱いテンプレートの領域（１３０）に堆積したナノ材料の一部に与える、請求項５、６又は７に記載の方法。
【請求項９】
ナノ材料の再構築が剥離の形態である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
形成されたナノ構造体が、担体（１１０）上の２つの所定の点（Ａ、Ｂ）をつなぐナノチューブ（１５０）である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
テンプレート（１１５）の２つの領域（１２０、１３０）のうちの少なくとも一方が長方形である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
テンプレート上に堆積された名の原料材料のフィルム（１４０）がグラフェンのフィルムである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも担体（１１０）と、担体上に配置され、担体上の２つの所定の点（Ａ、Ｂ）の間に電流を伝導するための少なくとも１つの部品（１５０）を含む電子デバイス（４００）を製造する方法であり、担体に含むべき基板に好適な材料を選択し、前記基板を作るステップを含む方法において、
基板上に少なくとも１つのテンプレート領域（１１５）を配置し、担体上の２つの所定の点（Ａ、Ｂ）をテンプレート領域と接続するステップと、
外部デバイス用接点（１２０’）を２つの所定の点のうち少なくとも一方に配置するステップと、
所望の厚さ、幅及び長さを有するナノ材料のフィルムを少なくとも１つのテンプレート領域上に堆積させるステップと、
少なくとも１つの前記ナノ材料のフィルムを、テンプレートから少なくとも部分的に剥離させ、かつ担体上の２つの所定の点をつなぐナノチューブ（１５０）を形成させるステップとを含み、
電流を伝導する前記部品を前記ナノチューブ（１５０）によって形成することを特徴とする方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの接点（１２０’）が前記２つの所定の点（Ａ、Ｂ）と一致する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ナノ材料をテンプレートから剥離させる前に、接点（１２０’）を調製する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
ナノ材料をテンプレートから剥離させる後に、接点（１２０’）を調製する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１７】
テンプレートの少なくとも１つが、ナノ材料との相互反応に関して異なる特性を有する２つの領域（１２０、１３０）を含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
ナノ材料との相互作用に関する領域の異なる特性が、ナノ材料に対する結合特性を、一方の領域（１２０、１２０’）で他方（１３０）よりも強くすることによってもたらされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
基板上に複数のテンプレート領域を調製し、前記テンプレート領域を、これらテンプレートの１つに形成され、その後実質的に剥離されるナノチューブ構造体材料のフィルムにより形成されるナノチューブが、同様の方法で隣接するテンプレートから剥離される他のナノチューブに相互接続されて、単一の連続ナノチューブを形成するように配置される、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ナノ材料（１４０）に対してより強い結合特性を有するテンプレート領域（１２０、１２０’）が基板上の２つの所定の点（Ａ、Ｂ）をつなぐ、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
付加的なエネルギーをナノ材料のフィルムに与えることにより剥離を行う、請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
ナノ材料のフィルムの少なくとも一部を照射するレーザービーム、イオンビーム又は電子ビームを用いて付加的エネルギーを与える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ナノ材料のフィルムの材料の少なくとも一部にドーピングすることによって剥離を行う、請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
付加的エネルギー又はドーピングを、結合特性が弱いテンプレートの領域に堆積したナノ材料の一部に与える、請求項２１、２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
テンプレートの少なくとも１つに堆積したナノチューブ原料材料のフィルムが、他のテンプレートの少なくとも１つに堆積したフィルムにより形成されるナノチューブの電気特性と比較して、異なる電気特性を有するナノチューブを構成するフィルムであり、従って得られる全ナノチューブデバイスに半導体特性を与える、請求項１３〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
テンプレートに堆積されるナノ材料のフィルムがグラフェンのフィルムである、請求項１３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
異なるキラリティーを有するチューブを用いて、チューブに異なる電気特性を与える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
テンプレートの２つの領域の少なくとも一方が長方形である、請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
担体（１１０）と、担体上に配置され、担体上の所定の経路（Ａ、Ｂ）に沿って延在するナノ構造体（１５０）を含むナノ構造体デバイス（２００）において、
前記デバイスが、担体（１１０）上の前記所定の経路に沿ってナノ構造体を整列する整列構造体をさらに含み、該デバイス（２００）が、担体上に配置された材料の層（１２０）をさらに含み、前記材料がナノ構造体を担体に取り付ける結合材料であり、結合材料の構造体がナノ構造体の整列構造体としての役割も果たすことを特徴とするナノ構造体デバイス。
【請求項３０】
ナノ構造体がナノチューブである、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
ナノ構造体の原料材料がグラフェンである、請求項２９〜３０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３２】
少なくとも担体（１１０）と、担体上に配置され、担体上の２つの所定の点（Ａ、Ｂ）の間に電流を伝導するための少なくとも１つの部品（１５０）を含む電子デバイス（４００）において、
該デバイスが、２つの所定の点の間に電流を伝導するための少なくとも１つの部品としてナノチューブ（１５０）を含み、該ナノチューブがナノチューブの長手延在方向に関して少なくとも２つの異なる部分からなり、前記２つの部分が電流の伝導に対して異なる特性を有しており、前記装置が担体（１１０）上の前記２つの点（Ａ、Ｂ）の間にナノチューブ前記２つの部分を整列させるための整列構造体をさらに含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３３】
担体上に配置された材料の層（１２０）をさらに含み、前記材料が担体にナノチューブを取り付ける結合材料である、請求項３２に記載のデバイス（４００）。
【請求項３４】
結合材料がナノチューブの整列構造体としての役割も果たす、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
ナノチューブの材料がグラフェンである、請求項３２〜３４のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、支持担体の所定位置におけるナノ構造体をその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）製造する法、及びかかるナノ構造デバイスに関する。さらに、この発明は、この発明の方法に従って作られたナノ構造体を含む電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ構造体、例えばチューブ状の、いわゆるナノチューブは、例えば電子工学の分野において、多数の新規かつ興味深い機能性を提供する構造である。しかし、今のところ、ナノ構造体の製造に関して問題がある。例えば、ナノチューブは、現在種々の手段を用いて製造されているが、これらの全ては、このようにして製造されたナノチューブが大量の後処理を必要とし、かつデバイスに組み込むためにさらなる操作をも必要とするという共通の欠点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、この発明の目的は、ナノチューブに限らず、現在のナノ構造技術の、前記した欠点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、支持担体上の少なくとも１つの所定の点においてナノ構造体をその場製造する方法のおいて、該方法が、担体に含まれるべき基板に好適な材料を選択するステップと、前記基板を作るステップとを含み、テンプレートが前記所定の点を覆うことによって達成される。テンプレートは、最終ナノ構造体の所望の形状に従った適正な形状を与えられ、所望の厚さ、幅及び長さを有するナノ材料のフィルムがテンプレート上に形成される。ナノ材料のフィルムの少なくとも一部がテンプレートの一部から再構築され、所定の位置に所望のナノ構造体を形成する。
【０００５】
前記の再構築は、原子スケールにおけるナノ材料の再集合の形態であり、この結果、再構築前のナノ材料の特性に対して質的に新規な特性が得られる。この新規な特性は、外部場又は外力に対して変化した所定の反応を示す。
【０００６】
ここで、「質的に新規な特性」との表現は、例えば、電子動力学が低位の次元に有効に制限されることによって、再構築前には透明であった材料が不透明に移行したり、磁性材料が非磁性になったり、材料の光学反応及び伝導反応が変化する等の物理的及び／又は化学的特性の基本的変化等を意味するものである。かかる移行の他の例は、物理学及び／又は化学の当業者にとって明白である。前記のテンプレートは、好ましくはナノ材料との相互作用に関して異なる特性を有する２つの領域を含む。この発明の一実施態様において、このことは、ナノ材料に対する結合特性が、一方の領域において他方の領域よりも強いということによって行われる。
【０００７】
したがって、この発明の方法を用い、テンプレートを所望のナノ構造体の形状に従った適当な形状とすることによって、ナノ構造体の所望の最終形状を得つつ、実質的に任意のナノ構造体を担体上にその場製造することができる。したがって、テンプレートは、ナノ構造体を整列させる構造と、担体にナノ構造体を取り付ける結合材料の双方の役割を果たすことができる。
【０００８】
また、この発明は、ナノ構造デバイスにおいて、担体と該担体上に位置するナノ構造体を含み、前記ナノ構造体が担体上の所定の経路に沿って延在し、かつ前記デバイスがさらに、担体上の前記所定の経路に沿ってナノ構造体を整列させる整列構造体を含み、前記デバイスが担体上に配置された材料の層も含み、前記材料がナノ構造体を担体に取り付ける結合材料であり、かつナノ構造体の整列構造体としての役割も果たすデバイスを提供する。
【０００９】
さらに、この発明は、カーボンナノチューブを含む、例えば半導体デバイスである電子デバイスの製造を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を用いて、この発明をより詳細に説明する。
【００１１】
図１に、この発明に従う方法の主たるステップを示す。発明の理解を容易にするため、特定のナノ構造、ナノチューブが形成された発明の実施態様を説明する。しかし、この発明を用いて、多数の異なるナノ構造体を形成できるということに留意すべきであり、このことは当業者には明白であろう。
【００１２】
まず、図示の方法の主たるステップを簡単に説明し、その後、幾つかのステップのより詳細な説明を行う。
【００１３】
主たるステップは次のとおりである。
基板１１０の材料を選択する。これは担体として作用する。基板１１０上にはＡ及びＢの２つの点があり、この２つの点の間を、所定の経路、この例では最短距離、即ち直線状に延在するナノ構造体、この例ではナノチューブを介してつなぐことが望ましい。しかし、この発明は、基板すなわち担体上の任意の所定の経路に略従うナノ構造体を作ることが可能であることは、当業者には明白である。
【００１４】
基板１１０上に、テンプレート１１５を形成し、テンプレートが２点Ａ及びＢをつなぐ、すわなちテンプレート又は少なくともその縁が所定の経路と一致する。実施態様のこの例で形成することが望ましいナノ構造体はナノチューブであるので、以下で明らかとなる理由により、テンプレートを実質的に長方形とする。しかし、ナノ構造体を他の形状とすることが望ましい場合には、この発明を用いて、所望のナノ構造体の形状に従ってテンプレートを形成することにより、これを容易に達成することができる。
【００１５】
テンプレート１１５は、第１領域１２０及び第２領域１３０を具えることが好ましい。この２つの領域は、それらの材料が以下に説明するような異なる特性を示す点において、互いに区別される。
【００１６】
テンプレート上に、ナノ原料のフィルム１４０を形成する。２つのテンプレート領域１２０、１３０の材料は、ナノ材料とのそれらの相互作用において、ナノ材料に対して異なる特性を示す。
【００１７】
この実施態様において、ナノ材料との異なる相互作用は、２つのテンプレート領域の材料がナノ材料に対して異なる結合特性を有し、一方の領域の材料が他方よりも強い結合特性を有するという点にある。異なる結合特性の意義は、この例ではいわゆるフィルムの剥離である、次のステップで明確になる。
【００１８】
フィルム１４０の少なくとも一部を、テンプレート領域１１５から剥離、換言すれば部分的に「持ち上げ」る。異なるテンプレート領域１２０、１３０の異なる結合特性によって、この発明に従う制御された方法で剥離を行った場合、フィルムに対する結合特性の弱いテンプレート領域１３０上に形成されたフィルム１４０の部分のみが剥離され、一方、結合特性の強い領域１２０上に形成されたフィルムの部分は剥離されない。むしろ、フィルムのこの部分は、剥離するフィルムの部分に対する「錨」、すなわち、図１ｅに示すように、後のナノ構造体、この例ではナノチューブ１５０に対する固定点として作用する。
【００１９】
フィルムの剥離は、この発明のより一般的な側面の特別な例であり、フィルムの一部をテンプレートから持ち上げ、新しい構造体に形成することに留意すべきである。テンプレートがフィルムをナノチューブにするよう形成される際のフィルムによる作用は剥離である。しかし、発明のこのステップに対するより一般的な表現は、フィルムがテンプレートから「再構築」され、次いでナノ構造体の所望の最終形状に形成されるというものである。
【００２０】
この発明の重要な特徴をここに指摘し、強調することができる。すなわち、前記の再構築は、原子スケールにおけるナノ材料の再集合の形態であり、この結果、再構築前のナノ材料の特性に対して質的に新規な特性が得られる。これらの新規な特性は、外部場又は外力に対して変化した所定の反応を示す。
【００２１】
ここで、「質的に新規な特性」との表現は、例えば、再構築前には透明であった材料が不透明に移行したり、磁性材料が非磁性になったり、材料の光学反応及び伝導反応が変化する等の物理的及び／又は化学的特性の基本的変化等を意味するものである。かかる移行の他の例は、物理学及び／又は化学の当業者にとって明確である。材料の新規な特性は、発明を利用する人に予め分かっているので、「移行後」の材料は１つ以上の所望の物理的又は化学的特性を示す。
【００２２】
図１を再度参照して、フィルム１４０の一部が剥離によってテンプレートから再構築され、ここで材料１４０の層が、所定の経路に沿って延在する、すなわち２点Ａ及びＢをつなぐ所望のナノチューブ１５０を形成する。ナノチューブ１５０は、より強力な結合テンプレート領域１２０によって、基板又は担体に結合される。したがって、テンプレートは、ナノチューブに対する整列構造体と、それに対する結合構造体の双方の役割を果たす。
【００２３】
当然、図１を参照して上述した方法を最適な状態で動作させるためには、多数の条件を満たさなければならないが、かかる条件は表面科学の当業者には明白である。例えば、全ての工程を制御環境内で行う必要があるので、関与する材料は工程中で汚染されない。
【００２４】
さらに、材料は次の必要条件を満たすべきである。
−基板材料：基板に選択する材料は、所望の機械的強度を示すべきであり、さらに、好適な一実施態様においては、ナノ材料が成長／堆積することのできない材料とするべきである。言及することのできる電子部品に好適な基板材料の一例は珪素である。
【００２５】
−テンプレート材料：前記のとおり、ナノ材料に対して異なる結合特性を有する２つの異なるテンプレート材料を用いる。可能性のひとつには、双方の領域に同一の基本材料を用い、異なる結合特性を作るために一方の領域に欠陥を導入することがある。かかる欠陥の例は、粒界、ステップエッジ、転位、不純物又はラインエッジである。テンプレート用材料の可能性のひとつには、例えば炭化珪素、ＳｉＣ、又は酸化アルミニウムがある。好適なテンプレート材料の他の例は、ニッケル及び／又はコバルトである。
【００２６】
他の明確な可能性としては、基板をテンプレート領域としても用い、テンプレート特性、すなわちより強い又はより弱い結合特性を有するよう意図する領域に欠陥を導入することがある。結合特性の強度は、不純物として導入した材料及びその材料の量によって決まる。したがって、基板のある領域はより強力な結合材料「錨」として作用し、基板の他の領域は、その領域をより弱い結合特性を有するものとするか、その逆とする欠陥で誘発される。
【００２７】
−ナノ材料：好適なナノ材料の例は、二硼化マグネシウム、黒鉛、窒化珪素、又は窒化硼素である。
【００２８】
図２は、特に図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったナノチューブ１５０の側面図を示す。したがって、図２は、担体１００及び担体上に配置された円環形状のナノ構造体１５０を含み、ナノチューブ１５０が担体上の２点Ａ及びＢをつなぐナノ構造デバイス２００を示す。デバイス２００は整列構造体１２０を付加的に含む。ここでは整列構造体はテンプレート材料１２０の形態であるが、ナノチューブを担体に結合する他の方法をこの発明の範囲内で想定することができることに留意すべきである。
【００２９】
しかし、図２に示すデバイスは、ナノチューブ１５０と担体１１０の配置された材料の層１２０を含み、材料１２０はナノチューブを担体に取り付ける結合材料である。前記のとおり、材料１２０は、担体上の所望の点Ａ及びＢの間にナノチューブ１５０を整列させる役割を果たすので、チューブの長手延在方向が担体上の２点間の整列構造体の延在方向と一致する。
【００３０】
図３ａ及び３ｂは、それぞれ図１及び２の他の図である。図３ａにおいて、基板１１０及びテンプレート１１５を、テンプレートの異なる領域１２０、１３０とともに示す。テンプレート領域の頂部に、ナノ原料のフィルム１４０を堆積させる。図３ａから、テンプレートの方向及び位置が後のナノチューブの対応するパラメータを決定するので、後のナノチューブの位置、方向及び変形（再構築、この例では剥離によって）を、この発明を用いて完全に制御することができることが明らかとなる。ナノ構造体の形態をテンプレートの形状を制御することによって制御することができることにも留意すべきである。このことは、この説明においては長方形テンプレートのみを示しているが、適正に対応するテンプレートを作ることによって、ナノ構造体を略全ての所望の構造体に形成することは、完全にこの発明の範囲に入るということを意味する。
【００３１】
図３ｂは、ナノ材料のフィルムを剥離した後の図３ａのデバイスを示す。したがって、図３ｂにおいて、基板上の所望の２点をつなぐナノチューブがある。このナノチューブは、この例では、ナノチューブの延在方向及び位置を決めるための案内構造体としても用いられる結合材料によって基板に結合されている。ナノチューブの材料は、この説明で後ほど明確となる理由により、ハニカム模様として示されている。
【００３２】
ナノチューブによりつながれる点は、ナノチューブを電子デバイス中に含めるべきである場合には、例えば電気接点である。
【００３３】
ナノ材料のフィルムの剥離、すなわち図３ａ及び３ｂの間のステップは、ナノ材料のフィルムに更なるエネルギーを与えることによって行うことが好ましい。これは、当業者に明白であるべき非常に多数の方法で行うことができるが、こうした方法の説明することのできる例は、例えばナノ材料のフィルムの少なくとも一部を照射するレーザービーム、イオンビーム又は電子ビームを用いることである。
【００３４】
さらに、テンプレート領域に堆積した後、ナノ材料のフィルムの材料の少なくとも一部のドーピングを用いることにより剥離を行うことができる。
【００３５】
さらにまた、ナノ材料の領域にわたって付加的エネルギーを等量で供給する必要はなく、付加的エネルギーを、例えば結合特性の弱いテンプレートの領域に堆積したナノ材料の部分の一部に与えることができる。
【００３６】
ナノ材料を、公知の非常に多数の異なる方法でテンプレート領域上に堆積することができる。例として説明することのできる、かかる方法のいくつかは、材料のスパッタリング又は蒸発である。
【００３７】
ナノ材料として用いる多くの興味深い材料のひとつは、特にナノ構造体、この例ではチューブが電流を伝導するのに用いられる場合には、すなわち、ナノチューブが電子部品又は電子デバイス内に含まれるべきである場合には、元素状炭素である。かかる用途においては、炭素がグラフェンシートの形態でテンプレートに堆積する場合に、特に有利である。グラフェンは、単一原子層グラファイトと定義することができる。当然、１枚のグラフェンシートからなるフィルムを用いてこの発明を説明するが、２枚以上のグラフェンシートをこの発明のフィルムに用いることができる。
【００３８】
図４ａ及び４ｂは、グラフェンシートをナノ材料として用い、本発明に従って作られたナノチューブを、どのようにして電子部品又は電子デバイスに統合することができるかを示す。ナノチューブは、２点間の所定の経路に沿って電流を伝導するのに用いられるべきものであるので、外部デバイス用接点をナノチューブデバイス内に組み込むべきものである。これについて図４ａ及び４ｂを参照して説明する。
【００３９】
図４ａにおいて、図１〜３の基板１１０とともに、異なるテンプレート領域１３０（弱い結合）及び１２０（強い結合）が示されている。しかし、前記の構造体と比較した相違点は、図から明らかなように、ナノ材料に一層強力に結合しているテンプレート領域１２０が、領域１２０の一部、例えば、図４ａに示すように、端部領域を覆う又は構成することのできる２つの接点領域１２０’を含むことにある。また、前記の２つの接点領域１２０’を適当に配置して、後のナノチューブから少なくとも僅かに突出させる、すなわち、この例では、テンプレートの残部の端の外部に突出させる。
【００４０】
図４ｂに最終結果を示す。グラフェンフィルムのシートをテンプレートに堆積させ、それから剥離させて、上述した方法でチューブを形成する。結果は基板１１０上の２つの部分をつなぐナノチューブ１５０であり、前記２つの部分は、この場合には、外部デバイスのための接点である。図４ｂに示す得られたデバイス４００は、電流を接続することを意図するものであるので、接点領域の材料は、前記した（より強い）結合特性に加えて、導電性とすべきである。接点領域１２０’を、テンプレート材料１２０からなる予め形成したフィルムの上に形成することもでき、基板上に直接形成し、接点であると同時に、ナノチューブの結合及び整列構造体として直接作用する。
【００４１】
図５は基本的に図４と同じであるが、図５に示す実施例においては、ナノ材料がドープされている、すなわち、不純物がグラフェンシートに導入されており、したがって得られるナノチューブに、純粋なグラフェンから形成したナノチューブと比較して、異なる導電特性を与える。
【００４２】
次に、ナノ材料としてのグラフェンに着目する。この材料は、それを電子用途に非常に興味深いものにする少なくとも１つの特別な特性を有する。すなわち、フィルムを剥離する方向に依存して、グラフェンチューブは異なる導電特性を示す。図６に示すように、グラフェンシートを剥離することのできる、矢印１１及び１２で示した２つの主たる方向があり、したがって得られる名のチューブに異った、いわゆるキラリティーを与える。当然、フィルムは、適当なテンプレート形状を用いて、ほとんど全ての方向に剥離することができ、したがって、略全ての選択したキラリティーを有するナノチューブを作ることを可能にする。
【００４３】
図６において矢印Ｉ１で示される剥離方向は、ナノチューブに「ジグザグ」として知られるキラリティーを与え、図６において矢印Ｉ２で示される剥離方向は、ナノチューブに９９アームチェア」として知られるキラリティーを与える。より正確で科学的な用語では、「ジグザグ」キラリティーは、この分野の当業者に知られた用語では、（Ｎ，０）と呼ばれ、式中Ｎは任意の整数であり、「アームチェア」キラリティーは（Ｎ，Ｎ）と呼ばれ、式中Ｎは任意の整数である。
【００４４】
「アームチェア」キラリティーを有するナノチューブは、金属材料と同様の導電特性を示す、すなわちナノチューブは非常に導電性であり、一方、「ジグザグ」キラリティーを有するナノチューブは、半導体材料と同様の導電性を示す。
【００４５】
換言すると、その長手方向において複数の部分からなり、異なる部分がグラフェンシートを異なる方向に剥離することによって形成されているので、異なる部分に異なるキラリティーが与えられたナノチューブを用いると、半導体デバイス、例えばトランジスタ又はダイオード用部品を得ることができる。
【００４６】
かかる半導体デバイスの製造ステップを図７ａに示す。この例では３つの異なる領域７２０、７３０、７４０からなるテンプレート領域７１０を適当な基板７５０上に配置する。上述したように、各テンプレート領域７２０、７３０、７４０は２つの異なる「副領域」７２０’、７２０’ ’、７３０’、７３０’ ’、７４０’、７４０’ ’を含み、単一のアポストロフィ「’」で示される「副領域」は、２つのアポストロフィ「’ ’」で示される「副領域」よりも、ナノ材料、この場合にはグラフェンに関して、弱い結合特性を有する領域である。
【００４７】
図７ｂに示すように、ナノ材料のフィルム、この場合にはグラフェンを、テンプレート領域上に堆積する。図７ｂに示す例において、チューブの長手方向に３つの異なるぶぶんを有するナノチューブを含む半導体デバイスを形成することを目的とし、２つの、外側の部分は、金属の導電特性、すなわち高い導電性を有し、中央の部分は半導体特性を有する。
【００４８】
したがって、「副領域」７２０及び７４０は、剥離に際して、「アームチェア」キラリティーを有するグラフェンナノチューブを形成し、「副領域」７３０は、剥離に際して、「ジグザグ」キラリティーを有するグラフェンナノチューブを形成すべきである。図７ｂに、この発明に従うナノチューブ部分を形成する非常に効率的であり、部分が異なるキラリティーを有することとなる方法を示す。この発明の発明者によって、テンプレートの「結合領域」の主延在方向に対して実質的に垂直な方向に剥離が起きることが見出された。したがって、グラフェンフィルムを、異なる結合テンプレートを形成した基板上に略均一に堆積することができ、各テンプレート領域の結合領域が互いに異なる角度を示すことによって、剥離したナノチューブ部が依然として所望の異なるキラリティーを得ることができる。したがって、この方法は、異なる方向性を持つグラフェンシートを異なるテンプレート領域に堆積する必要を排除し、依然として同一の最終結果を達成する。
【００４９】
グラフェンフィルムをテンプレート領域に形成した場合、その後に剥離を上述したようにして行う。異なる部分が、結合領域の角度が互いに異なる場合には「屈曲（ｂｅｎｄｓ）」を持って、１つの連続したチューブとして互いに結合することを示すことができる。
【００５０】
ナノチューブの種々の部分に対して、異なるテンプレート領域７２０、７３０、７４０を後のナノチューブの同一側か、図７に示すように後のナノチューブの交互（左−右）側か、又は他のパターンで基板上に形成することができる。さらに、より強い結合特性を有する「副領域」７２０’ ’、７３０’ ’、７４０’ ’を基板上に直線状か、図７ａ及び７ｂに示すようにそれらの間の角度を１８０°よりも大きいか小さくして形成することができる。
【００５１】
ナノチューブの異なる部分の導電特性は、異なる部分に異なるキラリティーを与えることのみに影響されるわけではない。他の方法としては、ナノチューブの異なる部分が異なる半径を有するようにして、断面積を異ならせるようにテンプレート領域を形成することで、それぞれの部分の導電特性に影響を与える。
【００５２】
図８は、図７に示して上記した方法を用いた、同一基板上への２つの分離した半導体デバイスの製造を示し、図９は、図７の方法を用いた、図７のものよりも複雑な半導体デバイスの製造を示す。
【００５３】
この発明は上記した実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲において自由に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ａ〜ｅは、この発明に従う製造方法の主たるステップを概略的に示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た、この発明に従って製造されたナノチューブを示す。
【図３】ａ及びｂは、それぞれ図１及び２の他の図である。
【図４】ａ〜ｂは、この発明に従うナノチューブを電子デバイスに組み込んだ図である。
【図５】ａ〜ｂは、この発明に従うナノチューブを電子デバイスに組み込んだ図である。
【図６】ナノ原料の具体例を示す。
【図７】ａ〜ｂは、この発明を用いて製造することのできるナノチューブ半導体デバイスを示す。
【図８】この発明を用いて製造することのできるナノチューブ半導体デバイスを示す。
【図９】この発明を用いて製造することのできるナノチューブ半導体デバイスを示す。
【図１ａ−ｅ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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