(57)【要約】  所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための方法が開示される。方法は、１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように電場を生成することと、１つまたは複数の配向されたＣＮＴを所定の位置で切断することとを含む。配向されたＣＮＴのそれぞれを切断することは、１つまたは複数の配向されたＣＮＴの所定の位置をエッチングすることと、１つまたは複数のエッチングされたＣＮＴに電圧を印加することとを含むことができる。
2013515667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための方法であって、
１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように電場を生成することと、
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴを所定の位置で切断することとを含む方法。
【請求項２】
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴを切断することが、
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴの所定の位置をエッチングすることと、
前記１つまたは複数のエッチングされたＣＮＴに電圧を印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して、１つまたは複数の配向されたＣＮＴをさらに形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電場を生成することが、
前記１つまたは複数のＣＮＴを含む溶液を基板上に提供することと、
前記電場を生成して前記基板上で前記ＣＮＴを配向させるように、電圧を印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電場を生成することが、
前記１つまたは複数のＣＮＴを２つの電極間に置くことと、
前記２つの電極間に前記電場を生成して前記ＣＮＴを前記２つの電極に垂直に配向させるように、電圧を印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＣＮＴの所定の位置をエッチングするように、前記配向されたＣＮＴ上に、スリットを有するマスク層を配設することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチングが方向性エッチングによって実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記方向性エッチングが、酸素プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記切断されたＣＮＴを前記ＣＮＴのそれぞれの直径によって分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記分離が遠心分離によって実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の位置が前記ＣＮＴのそれぞれの全長の中間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記切断されたＣＮＴの長さが実質的に同じである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＮＴのそれぞれの所定の長さが約１〜５００μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイスであって、
ソース電極とドレイン電極との間でＣＮＴを配向させるように構成された少なくとも一対のソースおよびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に置かれた前記１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電場を生成し、前記１つまたは複数のＣＮＴを所定の位置で切断するように電圧を印加するように構成された電子デバイスとを含むデバイス。
【請求項１５】
方向性エッチングを使用して、前記配向されたＣＮＴの所定の位置をエッチングするエッチングデバイスをさらに含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記方向性エッチングが、酸素プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記電子デバイスが、前記ＣＮＴのそれぞれの所定の位置で前記ＣＮＴを切断するために、前記エッチングされたＣＮＴに電圧を印加する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記所定の位置が前記ＣＮＴのそれぞれの全長の中間である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記切断されたＣＮＴを前記ＣＮＴの直径によって分離するセパレータをさらに含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ソースおよびドレイン電極のそれぞれが、前記ソース電極およびドレイン電極の分岐部が交互に配置され均一に離間されるように、主部および前記主部に垂直な１つまたは複数の分岐部を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、世界中に豊富に存在する炭素から構成される炭素同素体である。ＣＮＴは、１つの炭素元素が、六角形のハニカム構造をチューブ形に形成しながら他の炭素元素と結合して形成される。ＣＮＴの直径は、数ナノメートルのオーダーである。近年ＣＮＴは、バリスティック電子伝導、高い電流密度での電気泳動効果への耐性、および透明導電などのナノスケール寸法および顕著な材料特性により、次世代のナノ電子、機械およびナノ医療システムの基本要素として提案されている。しかし、一般的に合成されると、ＣＮＴは、その直径およびカイラル角が変動し、これらの物理的変動によって電子的および／または光学的挙動が変化することがある。
【発明の概要】
【０００３】
１つの態様では、所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための方法は、１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように電場を生成することと、１つまたは複数の配向されたＣＮＴを所定の位置で切断することとを含む。配向されたＣＮＴは、１つまたは複数の配向されたＣＮＴを所定の位置でエッチングし、１つまたは複数のエッチングされたＣＮＴに電圧を印加することによって切断することができる。
【０００４】
別の態様では、所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイスは、ソース電極とドレイン電極との間でＣＮＴを配向させる少なくとも一対のソースおよびドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に置かれた１つまたは複数のＣＮＴを配向させるようにソース電極とドレイン電極との間に電場を生成し、１つまたは複数のＣＮＴを所定の位置で切断するように電圧を印加する電子デバイスとを含む。
【０００５】
上記の概要は例示のためのものに過ぎず、どのようにも限定するものではない。上記の例示された態様、実施形態、および特徴に加えて、他の態様、実施形態、および特徴は、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイスの例示的な実施形態の概略図である。
【図２ａ】所定の長さのＣＮＴを製造するためのデバイスの別の例示的な実施形態の概略図である。
【図２ｂ】所定の長さのＣＮＴを製造するためのデバイスの別の例示的な実施形態の概略図である。
【図３】図１に示すデバイスの部分「Ａ」の概略的な上面図である。
【図４ａ】１つの実施例による配向およびエッチングプロセスを示すための図１のデバイスの部分「Ａ」の上面図である。
【図４ｂ】１つの実施例による配向およびエッチングプロセスを示すための図１のデバイスの部分「Ａ」の上面図である。
【図５ａ】エッチングプロセスを示すための図１に示すデバイスの断面の概略図である。
【図５ｂ】エッチングプロセスを示すための図１に示すデバイスの断面の概略図である。
【図６】１つの実施例による切断プロセスを示すための図１のデバイスの部分「Ａ」の上面図である。
【図７】同一または実質的に同じ直径のＣＮＴの切断された部分を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図面では、同様の記号は一般に、別段の記載がない限り、同様の部品を識別する。詳細な説明で説明される例示的な実施形態、図面および特許請求の範囲は、限定する意味はない。本明細書に示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用することもでき、他の変更を行うこともできる。本明細書で一般に説明され、図で示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成に修正し、置換し、組み合わせ、分離し、設計することができ、それらはすべて本明細書で明示的に企図されていることが、容易に理解されるであろう。
【０００８】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイス
１つの態様では、所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイスが提供される。本明細書で使用される場合、「カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）」とは、円筒形のナノ構造の炭素同素体のことである。ＣＮＴは単層または多層とすることができる。単層ＣＮＴとは１原子の厚さのグラファイトの層が円筒形に丸められたＣＮＴのことであり、多層ＣＮＴとは複数枚のグラファイトが同心円筒形に配置されたＣＮＴのことである。所定の長さのＣＮＴとは、使用および／または用途に応じて所望される長さのＣＮＴのことをいうことができる。例えば、比較的長い長さのＣＮＴを電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）などの平面ディスプレイに使用することができ、より短い長さのＣＮＴをスーパーキャパシタに使用することができる。それぞれのＣＮＴの所定の長さは、約１〜５００μｍ、約１０〜４００μｍ、または約１００〜２５０μｍとすることができる。
【０００９】
本開示ではＣＮＴは、限定はされないが、当技術分野で周知である化学蒸着（ＣＶＤ）、アーク放電、またはレーザーアブレーションを使用して作製することができる。例として、ＣＮＴは、基板上の約５０〜１００μｍ離間したリソグラフィパターンのストライプに鉄触媒を配置することによって、化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して成長する。ＣＮＴは触媒ストライプから触媒ストライプへと成長することができ、ＣＮＴが触媒ストライプ間に形成されるようになっている。ＣＶＤを使用するＣＮＴの成長についてのさらなる詳細は、参照によって全体を本明細書に援用する、Ｓｅｏｎｇ  Ｊｕｎ  Ｋａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．の「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｕｓｉｎｇ  ｄｅｎｓｅ，ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ  ａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ｎａｔｕｒｅ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年３月２５日、２３０−２３６、Ｖｏｌ．２、２００７  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐを参照されたい。
【００１０】
図１は、所定の長さのＣＮＴを製造するためのデバイス１００の例示的な実施形態の概略図である。図１は、基板１１０上に少なくとも一対のソースおよびドレイン電極１１１および１１２を含むデバイス１００を示す。ソース電極１１１とドレイン電極１１２を明確に区別するために、ソース電極１１１は斜線で示されている。基板１１０は、１つまたは複数のＣＮＴを支持するように構成されている。いくつかの実施形態では、基板１１０は、水晶ウエハ、シリコン（Ｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、またはサファイアウエハとすることができ、その上でＣＮＴを配向させる。基板１１０は図１に図示された実施形態に限定されず、１つまたは複数のＣＮＴを支持することができる限り、平坦な長方形または正方形タイプなど、どのような構成とすることもできる。
【００１１】
図１に示すように、デバイス１００は、少なくとも一対のソースおよびドレイン電極１１１および１１２、およびソースおよびドレイン電極１１１および１１２に動作可能に（例えば、電気的に）連結された電子デバイス１２０を含む。電子デバイス１２０は、ソース電極１１１とドレイン電極１１２との間に電場を生成して、ソース電極１１１とドレイン電極１１２との間に置かれた１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように構成されている。例えば、電子デバイス１２０はドレイン電極１１２に電圧を印加することができ、ソース電極１１１とドレイン電極１１２との間の電圧差によってＣＮＴに電場を生成することができる。本明細書で使用される場合、「電場」という用語は、他の帯電した物体に力を加えることができる、エネルギー密度が電場強度の２乗に比例する電気エネルギーのことをいう。ＣＮＴは、後でより詳細に説明するが、生成された電場の方向に沿って配置することができる。電子デバイス１２０の例として、ＬＥＤ電圧源またはツェナー電圧源などの電圧源を使用することができる。電子デバイス１２０は、ＣＮＴを配向させるためにドレイン電極１１２に供給される電圧の大きさを制御することができる。いくつかの実施形態では、電子デバイス１２０はドレイン電極１１２に約ＡＣ１〜１００Ｖ、または約ＡＣ１０〜５０Ｖを印加するように制御することができる。
【００１２】
電子デバイス１２０はさらに、電圧を印加して１つまたは複数のＣＮＴを所定の位置で切断するように構成されている。本明細書で使用される場合、「切断され」または「切断し」という用語は、ＣＮＴを物理的に分離（例えば、分割または切断）することをいう。「所定の位置」とは、ＣＮＴが切断される所望の位置のことをいう。ＣＮＴの所定の位置は、図４に関して詳細に説明される。ソースおよびドレイン電極１１１および１１２は、それらの間にＣＮＴを配向させるように配置することができ、伝導性を有する周知の半導体材料、または金属などの任意の導電材料から構成することができる。
【００１３】
少なくとも１つの配向領域１１３を形成するように、ソース電極１１１およびドレイン電極１１２を基板１１０上に配置することができる。本明細書で使用される場合、「配向領域」という用語は、１つまたは複数のＣＮＴを配向させる領域のことをいう。「配向領域」という用語はさらに、１つまたは複数のＣＮＴを受ける領域のことをいう。「配向領域」という用語はさらに、ソース電極１１１とドレイン電極１１２との間に形成される領域のことをいう。「配向領域」という用語はさらに、電子デバイス１２０の電圧に反応してソース電極１１１とドレイン電極１１２との間に生成される電場を受ける領域のことをいう。配向１１３の機能およびサイズは、以下に詳細に説明される。
【００１４】
図示された実施形態では、ソース電極１１１は、主部１１１ａおよび主部１１１ａから延びる１つまたは複数の分岐部１１１ｂを有するように構成することができる。ドレイン電極１１２は、主部１１２ａおよび主部１１２ａから延びる１つまたは複数の分岐部１１２ｂを有するように構成することができる。ソースおよびドレイン電極１１１および１１２は、配向領域１１３をソース電極１１１の分岐部１１１ｂとドレイン電極１１２の分岐部１１２ｂとの間に形成することができるように、基板１１０上に配置することができる。
【００１５】
本明細書では、ソースおよびドレイン電極１１１および１１２の主部１１１ａおよび１１２ａとはそれぞれ、一方向（例えば、長手方向）に延びる部分のことをいう。ソースおよびドレイン電極１１１および１１２の分岐部１１１ｂおよび１１２ｂとはそれぞれ、主部１１１ａおよび１１２ａから、主部１１１ａおよび１１２ａに対して垂直に分岐した部分のことをいう。図１に示すように、分岐部１１１ｂおよび１１２ｂはそれぞれ、主部１１１ａおよび１１２ａから水平に分岐することができる。図１はソース電極１１１の３つの分岐部１１１ｂおよびドレイン電極１１２の３つの分岐部１１２ｂを示しているが、３つより多くの分岐部を主部１１１ａおよび１１２ａからそれぞれ分岐することができることが、当業者には明らかであろう。
【００１６】
図１はさらに、ソース電極１１１の分岐部１１１ｂおよびドレイン電極１１２の分岐部１１２ｂを、ソース電極１１１とドレイン電極１１２との間に配向領域１１３を形成するように所定の距離「ｄ１」を置いて、基板１１０上に交互に配置することができることを示す。所定の距離「ｄ１」および配向領域１１３は、以下で図３を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１はソース電極１１１およびドレイン電極１１２の分岐部１１１ｂおよび１１２ｂが基板１１０上に交互に配置された迷路様のパターンを形成するソースおよびドレイン電極１１１および１１２を示すが、ソースおよびドレイン電極１１１および１１２は基板１１０上に配向領域１１３を形成するように様々な構成を有することができることが、当業者には明らかであろう。
【００１８】
１つの実施形態によると、図２ａは、それぞれジグザグ状構造を有するソース電極２１１およびドレイン電極２１２が、配向領域１１３を形成するように所定の距離「ｄ１」を置いて、基板１１０上に配置されていることを示す。ソース電極２１１およびドレイン電極２１２はそれぞれ、所定の角度「α」の複数の角を有することによって、ジグザグ状構造を形成する。例として、所定の角度αは約９０°〜１８０°または約１２０°〜１５０°とすることができる。
【００１９】
別の実施形態によると、図２ｂは、棒状構造を有するソース電極２２１およびドレイン電極２２２が、配向領域１１３を形成するように所定の距離「ｄ１」を置いて、基板１１０上に平行に配置されていることを示す。迷路様パターン、ジグザグパターンおよび平行棒パターンが図示されているが、本開示の範囲内で、配向領域１１３を形成するように様々なパターンのソースおよびドレイン電極を構成することができることが、当業者には明らかであろう。
【００２０】
図３は、図１に示すデバイスの部分「Ａ」の概略的な上面図である。図３は、ソースおよびドレイン電極１１１および１１２の主部１１１ａおよび１１２ａ、分岐部１１１ｂおよび１１２ｂによって画成された配向領域１１３を示す。特に、配向領域１１３の幅は、ソース電極１１１の分岐部１１１ｂとドレイン電極１１２の分岐部１１２ｂとの間の所定の距離「ｄ１」によって決定することができる。本明細書で使用される場合、所定の距離「ｄ１」とは、以下でより詳細に説明するが、配向領域１１３で配向されるＣＮＴの長さと等しい、またはそれより長い長さのこともいう。配向領域１１３の長さは、ソース電極１１１の主部１１１ａとドレイン電極１１２の主部１１２ａとの間の距離「ｄ２」によって決定することができる。例えば、分岐部１１１ｂと分岐部１１２ｂとの間の所定の距離「ｄ１」は、約２〜１０００μｍ、約２０〜８００μｍ、または約２００〜５００μｍとすることができる。主部１１１ａと主部１１２ａとの間の距離「ｄ２」は、約１０〜５０００μｍ、約１００〜４０００μｍ、または約１０００〜２５００μｍとすることができる。したがって、配向領域１１３のサイズは所定の距離「ｄ１」および距離「ｄ２」によって制御することができる。例として、分岐部１１１ｂと分岐部１１２ｂとの間の所定の距離「ｄ１」がより長い場合、より長いＣＮＴを配向領域１１３上に配向させることができるように、配向領域１１３の幅はより広くなる。さらに、主部１１１ａと主部１１２ａとの間の距離「ｄ２」がより長い場合、多数のＣＮＴを配向領域１１３上に配向させることができるように、配向領域１１３の長さはより長くなる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、分岐部１１１ｂと分岐部１１２ｂとの間の所定の距離「ｄ１」は、配向領域１１３で配向される１つまたは複数のＣＮＴの所望される長さに基づいて決定することができる。配向領域１１３で配向される１つまたは複数のＣＮＴは、以下でより詳細に説明する切断プロセスによって２つのセグメントに切断されるので、所定の距離「ｄ１」は、ＣＮＴの所望される長さを考慮して決定することができる。ＣＮＴの所望される長さが１０μｍでありＣＮＴが２つのセグメントに切断されると仮定すると、所定の距離「ｄ１」は約２０μｍである。しかし、所定の距離「ｄ１」は、切断プロセス中のＣＮＴの長さの損失を考慮して、２０μｍよりわずかに長くすることができる。
【００２２】
デバイス１００はさらに、配向されたＣＮＴの所定の位置をエッチングするエッチングデバイス（図示せず）を含むことができる。デバイス１００のエッチングデバイスは、プラズマエッチングデバイスまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）デバイスなど、ＣＮＴをエッチングするのに適切などのようなエッチングデバイスを含むこともできる。例として、プラズマエッチングデバイスは、プラズマ室、ガス入口、ガス排出孔、高周波（ＲＦ）源に連結された上部電極、接地された下部電極を含むことができる。プラズマエッチングは、例えば酸素含有気体などのガス混合物を、プラズマ室内部でイオン化してイオンを得ることによって実施することができる。気体のイオン化は上部電極によって放出されたＲＦの励起によって行われ、生成されたイオンは、例えば、下部電極の上に置かれたマスクされた部分を有するＣＮＴ層などのターゲット材料と反応する。
【００２３】
さらに、デバイス１００はさらに、ＣＮＴの直径にしたがってＣＮＴを分離するセパレータを含むことができる。セパレータは、超遠心分離デバイス、低速遠心分離デバイス、または高速遠心分離デバイスなどの遠心分離デバイスを含むことができる。遠心分離デバイスは、ＣＮＴの浮遊密度、密度勾配の直径、またはＣＮＴの電子タイプの違いに基づいて、ＣＮＴを分類することができる。分離についてのさらなる詳細は、以下で図７に関して説明する。
【００２４】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造する方法
図４ａは、１つまたは複数のＣＮＴの配向を示す図１に示す箱形部分「Ａ」の上面図である。１つの実施形態では、ＣＮＴ溶液を配向領域１１３に付加し、溶液を配向領域１１３に注ぎ、配向領域１１３を有する基板１１０をＣＮＴ溶液に浸漬し、配向領域１１３を有する基板１１０をＣＮＴ溶液に浸し、ＣＮＴ溶液を配向領域１１３に供給し、または任意のタイプの液体注入器を使用して、ＣＮＴ溶液を基板１１０の配向領域１１３に注入することによって、１つまたは複数のＣＮＴ１１５を含むＣＮＴ溶液を基板１１０の配向領域１１３に提供することができる。本明細書では、上記のように、ＣＶＤ、アーク放電、または大規模アブレーションなどの周知の技術を使用して、１つまたは複数のＣＮＴ１１５を作製することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のＣＮＴ１１５がＣＶＤ技術を使用して成長するとき、フォトリソグラフィ法を使用して同じ長さを有するようにＣＮＴ１１５をパターニングすることによって、ＣＮＴ１１５は実質的に同じ長さを有することができる。本明細書で使用される場合、ＣＮＴ溶液は、ＣＮＴ１１５を、水、または限定はされないが、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル、窒素化合物および硫黄化合物などの他の溶媒に分散させることによって、作製することができる。ＣＮＴ１１５は、約１〜２０μｍ、５〜１５μｍ、または８〜１０μｍの直径、および約２〜１０００μｍ、約２０〜８００μｍ、または約２００〜５００μｍの長さを有することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、配向領域１１３のサイズ（例えば、幅）は、上記のように、所定の距離「ｄ１」によって決定することができる。所定の距離「ｄ１」は、実質的にＣＮＴ１１５と等しい、またはそれより長い長さとすることができる。したがって、ＣＮＴ溶液を基板１１０の配向領域１１３上に注ぐ場合、ＣＮＴ溶液に含まれるＣＮＴ１１５を配向領域１１３に提供することができる。ここで、ＣＮＴ１１５は配向領域１１３に分散することができる。分散されたＣＮＴを、電場に反応して配向領域１１３で配向させることができる。特に、電子デバイス１２０（図１に示す）は、ソースおよびドレイン電極１１１および１１２に電圧を印加して、ソース電極１１１の分岐部１１１ｂとドレイン電極１１２の分岐部１１２ｂとの間に電場を生成することができる。図４ａは、配向領域１１３に分散されたＣＮＴ１１５を、電場に反応して、ＣＮＴ１１５に作用する静電力によって配向領域１１３の電場に平行に配向させることができることを示す。
【００２６】
配向領域１１３で配向されたＣＮＴ１１５は、所定の位置で２つのセグメントに切断することができる。いくつかの実施形態では、ＣＮＴ１１５は、配向されたＣＮＴの所定の位置をエッチングし、ＣＮＴのエッチングされた所定の位置を切断するようにＣＮＴに電圧を印加することによって、切断することができる。したがって、ＣＮＴは、ＣＮＴの所定の位置でＣＮＴをエッチングおよび切断することによって、２つのセグメントに切断することができる。切断プロセスは、以下で詳細に説明する。
【００２７】
図４ｂは、配向されたＣＮＴ１１５を、エッチングプロセスを施す所定の位置１１６とともに示す。所定の位置１１６は、ＣＮＴ１１５の切断されるセグメントの所望される長さを得るように決定することができる。例えば、ＣＮＴ１１５がそれぞれ２つのセグメントに切断され、それぞれのセグメントが同じ所望される長さを有する場合、所定の位置１１６は、ＣＮＴ１１５のそれぞれの全長の中間とすることができる。
【００２８】
図５ａおよび図５ｂは、エッチングプロセスを示すための、図１に示すデバイスの断面の例示的な実施形態を示す概略図である。ＣＮＴ１１５の所定の位置１１６には、プラズマエッチングデバイスまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）デバイスなどのエッチングデバイス（図示せず）によってエッチングプロセスが施される。ＣＮＴ１１５の所定の位置１１６をエッチングするために、図５ａに示すように、配向領域１１３で配向されたＣＮＴ１１５上にマスク層１３０を形成することができる。図５ａは、ソース電極の分岐部１１１ｂとドレイン電極の分岐部１１２ｂとの間に少なくとも１つの配向領域１１３が形成された基板１１０、および配向領域１１３で配向された１つまたは複数のＣＮＴ１１５を示す。ＣＮＴ１１５を覆うように、スリット１３１を有するマスク層１３０を配置することができる。スリット１３１（すなわち、マスク層１３０のマスクされていない部分）は、ＣＮＴ１１５の所定の位置１１６と実質的に同じ幅「ａ」を有する。図５ａはさらに、スリット１３１がＣＮＴ１１５の所定の位置１１６に置かれるように、マスク層１３０が基板１１０上に配置されていることを示す。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ＣＮＴ１１５のマスク層１３０のスリット１３１を通して露出される部分は、例えば方向性エッチングなどのエッチングに利用可能である。本明細書で使用される場合、「方向性エッチング」という用語は、エッチャント物質を使用した物理的または化学的プロセスによる、基板からの材料の方向性除去のことをいう。エッチャント物質は、腐食液または化学的に活性化されたイオン化ガス（例えば、プラズマ）とすることができる。方向性エッチングは、限定はされないが、酸素プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含むことができる。例えば、酸素プラズマエッチングは、例えば酸素含有気体などのガス混合物を、プラズマ室内部でイオン化してイオンを得ることによって実施することができる。気体のイオン化は上部電極によって放出されたＲＦの励起によって行われ、生成されたイオンは、例えば、下部電極の上に置かれたマスクされた部分を有するＣＮＴ層などのターゲット材料と反応する。さらに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、化学反応性プラズマを使用して材料（例えば、ＣＮＴ）の所望される部分を除去するエッチング技術である。プラズマは、低圧（真空）下で電磁場によって生成される。プラズマからの高エネルギーイオンは材料と反応し、材料の所望される部分が除去される。
【００３０】
ＣＮＴ１１５の所定の位置１１６で行われた方向性エッチングの結果として、幅「ａ」を有するマスクされていない部分のみが方向的にエッチングされ、したがって図５ｂに示すように、幅「ａ」を有するエッチングされた部分１１７がＣＮＴ１１５の長さの中間に形成される。
【００３１】
図６は、ＣＮＴ１１５のエッチングされた部分１１７の切断を示す。図６は、１つの実施例による切断プロセスを示すための図１の箱形部分「Ａ」の上面図である。ＣＮＴ１１５のエッチングされた部分１１７（図５ｂに示す）は、ソース電極１１１とドレイン電極１１２（例えば、図１に示すソース電極１１１の分岐部１１１ｂとドレイン電極１１２の分岐部１１２ｂ）との間に生成された電場に反応して切断することができる。電場は電子デバイス１２０（図１に示す）によって電圧を印加することによって生成することができる。いくつかの実施形態では、電子デバイス１２０からドレイン電極１１２へと電圧が印加され、したがって電流がＣＮＴ１１５を通って流入される。例えば、電圧は約２〜２．５Ｖ、約１〜５Ｖ、または約０．５〜１０Ｖとすることができ、電流は約１０〜１５μＡ、約５〜３０μＡ、または約２．５〜６０μＡとすることができる。ＣＮＴ１１５のエッチングされた部分１１７を切断するために印加される電圧の範囲は、ＣＮＴ１１５の直径に基づいて実験的に得ることができる。流入される電流の範囲は印加される電圧に応じて変化することができる。流入される電流に反応して、ＣＮＴ１１５のエッチングされた部分１１７は弱くなり、ＣＮＴ１１５は最終的に、エッチングされた部分１１７で２つのセグメントへと切断される。
【００３２】
ＣＮＴ１１５の切断されたセグメントはそれぞれ、約１〜５００μｍ、１０〜４００μｍ、または１００〜２５０μｍの範囲の長さを有することができる。ＣＮＴ１１５の切断されたセグメントは、ＣＮＴ１１５の所定の位置に応じて実質的に同じ長さまたは異なる長さを有することができる。いくつかの実施形態では、それぞれのＣＮＴ１１５が１つの所定の位置１１６を有し、所定の位置１１６がＣＮＴ１１５のそれぞれの全長の中間にあるとき、ＣＮＴ１１５の切断されたセグメントは実質的に同じ長さを有する。所定の位置１１６がＣＮＴ１１５のそれぞれの全長の３分の１にある別の実施形態では、それぞれのＣＮＴ１１５は、それぞれのＣＮＴの全長の３分の１を有する１つのセグメントおよびそれぞれのＣＮＴの全長の３分の２を有する他のセグメントを有することができる。
【００３３】
図７は、同一または実質的に同じ直径を有する図６のＣＮＴ１１５のＣＮＴの切断されたセグメント１１８の群を示す概略図である。ＣＮＴ１１５の切断されたセグメント１１８は、基板１１０（図１に示す）から切り離すことができ、様々な直径を有するＣＮＴの切り離されたセグメント１１８を遠心分離で分類することができる。遠心分離の例として、密度の差を使用する超遠心分離を使用することができる。例えば、求心力に反応して、異なる直径を有する切断されたセグメント１１８を、浮遊密度の差によって遠心分離管の異なる層に分離することができる。本明細書では、浮遊密度とは、ＣＮＴの容積あたりの質量をいうことができる。より小さい直径を有する切断されたセグメント１１８の群は、遠心分離管のより高い層に位置することができ、より大きい直径を有する切断されたセグメント１１８の群は、遠心分離管のより低い層に位置することができる。したがって、遠心分離管から層ごとの除去を実施することによって、それぞれの層を抽出することができる。例えば、遠心分離管から最も高い層を除去することによって、最小の直径を有するＣＮＴ１１５の切断されたセグメント１１８を抽出することができる。浮遊密度の差を使用した分類方法のさらなる詳細については、参照によって全体を本明細書に援用する「Ｓｏｒｔｉｎｇ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ」、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｓ．Ａｒｎｏｌｄら、Ｎａｔｕｒｅ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．１（２００６年１０月出版）を参照されたい。
【００３４】
他の分類方法では、ＣＮＴ１１５は密度勾配の直径、または電子タイプによって分類することができる。密度勾配の直径、および電子タイプを使用する分類方法のさらなる詳細については、参照によって全体を本明細書に援用する「Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｂｙ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｉｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｇｒａｄｉｅｎｔｓ」、Ａｒｎｏｌｄ，Ｍ．Ｓ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．５、７１３−７１８（２００５）；および参照によって全体を本明細書に援用する「Ｂｕｌｋ  ｓｅｐａｒａｔｉｖｅ  ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ  ｉｎ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｏｒ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、Ｃｈｅｎ，Ｚ．Ｈ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．３、１２４５−１２４９（２００３）を参照されたい。
【００３５】
別の実施形態では、直径によるＣＮＴ１１５の分類を切断プロセスの前に実施することができる。例えば、様々な直径を有するＣＮＴ１１５を上述の分類方法によって直径にしたがって分類することができ、次いで、図４〜図６に関して図示されているように、同一または同様の直径を有するＣＮＴ１１５に切断プロセスを施すことができる。
【００３６】
上記のように、１つまたは複数のＣＮＴを、ＣＮＴの所定の位置をエッチングし、ＣＮＴのエッチングされた部分に電場を印加することによって、所望される長さ２つのセグメントに切断することができる。さらに、ＣＮＴの所定の位置は、ＣＮＴのセグメントの長さまたはＣＮＴのセグメントの数を調整するように制御することができる。したがって、単純かつ費用効果的な方法で、所望される長さのＣＮＴを製造することができる。
【００３７】
本明細書で開示された上記および他のプロセスおよび方法には、プロセスおよび方法で実施される機能を、異なる順序で実施することもできることが、当業者には明らかであろう。さらに、概説したステップおよび動作は、例として述べたものに過ぎず、開示された実施形態の本質から逸脱することなく、ステップおよび動作のいくつかを任意とすることができ、より少ない数のステップおよび動作に組み合わせることができ、または追加的なステップおよび動作へと拡張することができる。
【００３８】
本開示は、様々な態様の例示であることが企図され、本出願に説明された特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形を行うことができる。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に均等な方法および装置は、上記の説明から当業者には明らかであろう。そのような修正および変形は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものである。本開示は、添付の特許請求の範囲の言葉ならびにそのような特許請求の範囲が与えられた均等物のすべての範囲によってのみ限定されるものである。本開示は、当然変化することがあり得る、特定の方法、試薬、化合物、組成または生体系に限定されないことが理解されよう。本明細書で使用された用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、限定するものではないことも理解されよう。
【００３９】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４０】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、そ���に限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４１】
さらに、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループで記載されている場合、当業者は、本開示がマーカッシュグループのいずれかの個々の部材または部材のサブグループについても説明されていることを理解するであろう。
【００４２】
当業者には理解されるように、書面の提供などに関して、いずれかおよびあらゆる目的において、本明細書に開示したすべての範囲は、あらゆる可能な部分的範囲およびそれらの部分的範囲の組み合わせも包含する。あらゆる記載された範囲は、その範囲が少なくとも２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分割されることが十分に説明され可能である、と容易に理解することができる。非限定的な例として、本明細書で説明した各範囲は、下位の３分の１、中位の３分の１および上位の３分の１などに容易に分解することができる。同じく当業者には明らかなように、「まで」、「少なくとも」などのすべての用語は、記載された数を含み、次いで上記のような部分的範囲に分解することができる範囲のことをいう。最後に、当業者には明らかなように、範囲は、個々の部材のそれぞれを含む。したがって、例えば、１〜３セルを有する群とは１、２または３セルを有する群のことである。同様に、１〜５セルを有する群とは１、２、３、４または５セルを有する群のことである。
【００４３】
上記から、本開示の様々な実施形態は例示のために本明細書に記載され、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されよう。したがって、本明細書に開示された様々な実施形態は限定的なものではなく、真の範囲および趣旨は添付の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
2013515667.tif 000003
【図２ａ】
2013515667.tif 000004
【図２ｂ】
2013515667.tif 000005
【図３】
2013515667.tif 000006
【図４ａ】
2013515667.tif 000007
【図４ｂ】
2013515667.tif 000008
【図５ａ】
2013515667.tif 000009
【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月17日(2012.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための方法であって、
複数のＣＮＴを配向させるように電場を生成することと、
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴの１つまたは複数の所定の位置に、１つまたは複数の特徴を形成し、前記１つまたは複数の特徴がそれぞれ、印加された電場に反応して切断されるように構成されていることと、
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴを、前記電場を印加することによって、１つまたは複数の所定の位置で切断することとを含む方法。
【請求項２】
前記１つまたは複数の特徴が、前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴの１つまたは複数の所定の位置をエッチングすることによって形成され、
前記１つまたは複数の配向されたＣＮＴを切断することが、前記１つまたは複数のエッチングされたＣＮＴに電圧を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して、１つまたは複数の配向されたＣＮＴを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電場を生成することが、
前記１つまたは複数のＣＮＴを含む溶液を基板上に提供することと、
前記電場を生成して前記基板上で前記ＣＮＴを配向させるように、電圧を印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電場を生成することが、
前記１つまたは複数のＣＮＴを２つの電極間に置くことと、
前記２つの電極間に前記電場を生成して前記ＣＮＴを前記２つの電極に垂直に配向させるように、電圧を印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＣＮＴの１つまたは複数の所定の位置をエッチングするように、前記配向されたＣＮＴ上に、１つまたは複数のスリットを有するマスク層を配設することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチングが方向性エッチングによって実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記方向性エッチングが、酸素プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記切断されたＣＮＴを前記ＣＮＴのそれぞれの直径によって分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記分離が遠心分離によって実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の位置が前記ＣＮＴのそれぞれの全長の中間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記切断されたＣＮＴの長さが実質的に同じである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＮＴのそれぞれの前記１つまたは複数の所定の長さが約１〜５００μｍの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
所定の長さのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するためのデバイスであって、
ソース電極とドレイン電極との間で１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように構成された少なくとも一対のソースおよびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に置かれた前記１つまたは複数のＣＮＴを配向させるように前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電場を生成し、前記１つまたは複数のＣＮＴを、それぞれが印加された電場に反応して切断されるように構成された１つまたは複数の特徴を有する、１つまたは複数の所定の位置で切断するように電圧を印加するように構成された電子デバイスとを含むデバイス。
【請求項１５】
方向性エッチングを使用して、前記配向されたＣＮＴの前記１つまたは複数の所定の位置をエッチングするエッチングデバイスをさらに含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記方向性エッチングが、酸素プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記電子デバイスが、前記ＣＮＴのそれぞれの１つまたは複数の所定の位置で前記ＣＮＴを切断するために、前記エッチングされたＣＮＴに電圧を印加する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記所定の位置が前記ＣＮＴのそれぞれの全長の中間である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記切断されたＣＮＴを前記ＣＮＴの直径によって分離するセパレータをさらに含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ソースおよびドレイン電極のそれぞれが、前記ソース電極およびドレイン電極の分岐部が交互に配置され均一に離間されるように、主部および前記主部に垂直な１つまたは複数の分岐部を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2013515667.tif 000013
2013515667.tif 000014
2013515667.tif 000015
2013515667.tif 000016