(57)【要約】  本発明は、少なくとも２つの電極と、少なくとも１つのナノチューブまたはナノワイヤ（特にカーボンナノチューブまたはナノワイヤ）を備える半導体デバイスであって、少なくとも１種の感光材料の分子またはナノ結晶からなる少なくとも１つの層により部分的に被覆される領域を少なくとも１つ有する少なくとも１つの半導体ナノチューブまたはナノワイヤを備え、２つの前記電極間が、少なくとも１つのナノチューブ、すなわち、前記半導体ナノチューブまたはナノワイヤと、必要に応じて少なくとも１つの他のナノチューブまたはナノワイヤにより電気接続されることを特徴とする半導体デバイスに関する。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電極と、少なくとも１つのナノチューブまたはナノワイヤ（特にカーボンナノチューブまたはナノワイヤ）を備える半導体デバイスであって、少なくとも１種の感光材料の分子またはナノ結晶からなる少なくとも１つの層によって部分的に被覆される領域を少なくとも１つ有する少なくとも１つの半導体ナノチューブまたはナノワイヤを備え、２つの前記電極間が、少なくとも１つのナノチューブ、すなわち、前記半導体ナノチューブまたはナノワイヤと、必要に応じて少なくとも１つの他のナノチューブまたはナノワイヤにより電気接続されることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記分子が両親媒性を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記感光材料が中心金属原子を含むフタロシアニンであることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記中心金属原子が銅原子であることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記フタロシアニンが両親媒性鎖を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記感光材料が、ポルフィリン、アゾポルフィリンまたはこれらの誘導体であることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項７】
前記感光材料が、染料または発色団であることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記感光材料が薄膜状であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記感光材料が、必要に応じて共有結合的にグラフト化された単分子層状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記層が配置されていることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記感光材料が半導体ナノ結晶であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記領域が、前記半導体ナノチューブまたは前記半導体ナノワイヤの外側表面および／または内側表面であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記領域が、前記半導体デバイスの電極であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１４】
前記デバイスが、前記電極を有する半導体ナノチューブまたは半導体ナノワイヤを備えることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記デバイスが、トランジスタを構成することを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記領域が、前記トランジスタのゲート誘電体の表面であることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記領域が、少なくとも前記半導体ナノチューブまたは前記半導体ナノワイヤが配置されている基板の表面であることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記半導体デバイスがダイオードであることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスが、少なくとも２つの前記領域を含み、少なくとも２つの前記領域が、それぞれ異なる感光材料の少なくとも１つの前記層で被覆されていることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２０】
先行する請求項のいずれかに記載の少なくとも１つの半導体デバイスと、前記半導体デバイスに接続され前記半導体デバイスの少なくとも１つの電子パラメータおよび／または機能を変更するのに最適な少なくとも１つの光照射デバイスとを備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２１】
請求項１〜１９のいずれかに記載の半導体デバイスまたは請求項２０に記載の電子回路の制御方法であって、前記領域の少なくとも１つに、前記感光材料の吸光度範囲内の波長の光を照射することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に構成可能なトランジスタまたはダイオードなどのナノチューブまたはナノワイヤ半導体デバイス、および光学的に再構成可能な電子回路における前記半導体デバイスの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ.Ｊ.チェンら（Ｒ．Ｊ．Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．）による「分子の単層カーボンナノチューブからの脱着（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」と題する論文（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．７９、Ｎｏ．１４、２２５８（２００１）に掲載）には、紫外線または可視光線を強力に照射すると、電極に存在する酸素分子を脱着することによりナノチューブトランジスタの電気特性が変わり得ると記載されている。この現象は早く進行するが、可逆性の点において、初期電流に戻るのに通常数十分の時間を必要とする。また、この現象には大量の光が必要であり波長が特定されておらず、初期状態に戻すことが困難である。
【０００３】
Ｋ．バラスブラマニアン（Ｋ．Ｂａｌａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．）らによる「個々の半導体カーボンナノチューブにおける光電子輸送の画像化（Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」と題する論文（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８４、Ｎｏ．１３（２００４）に掲載）には、波長５１４．５ナノメートル（ｎｍ）および／または６４７．１ｎｍの光子は、官能基化していないカーボンナノチューブトランジスタにおいて、光電流を発生させることが可能であると記載されている。しかし、発生した電流は非常に弱いため（＜１ナノアンペア（ｎＡ））、検出できるのはトランジスタがオフ状態の場合だけである。
【０００４】
フライターク（Ｆｒｅｉｔａｇ  ｅｔ  ａｌ．）らによる「カーボンナノチューブの光伝導性（Ｐｈｏｔｏ-ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」と題する論文（Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．８、１０６７頁〜１０７１頁（２００３）に掲載）には、赤外光子を検出するのにナノチューブトランジスタを用いることができると記載されている。トランジスタのチャネルとなる半導体ナノチューブに現れるファンホーブ（Ｖａｎ Ｈｏｖｅ）特異点（禁制帯）間で可能な遷移のうち１つの遷移エネルギーに対応する光波長を有する光子によりナノチューブトランジスタの電流を変えることができる。一般的に、この波長は最初の２つのアクセス可能な遷移の赤外線にある。これは最終的にはナノチューブの原子構造（直径およびカイラリティー）により規定される。
【０００５】
光を用いたナノチューブトランジスタの電気特性の変化は非常に小さい。これらは赤外線の検出に用いることはできるものの、トランジスタは「光制御」されているとは言えない。オフ状態においてのみ微量の電流が変化する。その上、それに用いられるプロセス（非官能基化ナノチューブの禁制帯の電子正孔対を直接生成するプロセス）の量子効率は非常に低い（１０−７オーダ）。
【０００６】
Ａ．スター（Ａ．Ｓｔａｒ  ｅｔ  ａｌ．）らによる「ナノチューブ光電子式メモリーデバイス（Ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｍｅｍｏｒｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ）」と題する論文（Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｊｕｎｅ  ２００４に掲載）には、カーボンナノチューブを含むデバイスを感光性ポリマーで官能基化することにより、メモリ機能を提供することができると記載されている。この目的のため、１束のナノチューブを厚いポリマー膜で被覆する（チップ上に滴下付着）。これにより、ポリマー（巨大分子）が非制御状態で付着され、厚い層を形成する。このデバイスに照射を行うと、Ｉｄ（Ｖｇｓ）電気特性が変化し、電子がポリマーに輸送されたことを示す。照射を停止すると、デバイスは上記特性を長時間（数分間）維持し、「メモリ」効果を呈する。この方法は、「メモリ」型特性に限定され、高密度集積回路には対応しない。
【０００７】
ロトキンとズマロフ（Ｒｏｔｋｉｎ  ａｎｄ  Ｚｍａｒｏｖ）による「ナノチューブ光制御電子スイッチ（Ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｌｉｇｈｔ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｗｉｔｃｈ）」と題する論文（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．３および４（２００２）、３４７−３５５頁に掲載）では、形状変化可能な分子を用いることにより、カーボンナノチューブ近傍に電荷を移動させることを提案している。光子を吸収すると、分子は変形する。この理論研究によると、チューブから最も離れた端部で分子が電荷を持つと、その電荷は自動的にチューブに近づいたり離れたりすることができるため、デバイスの特性を変えることができる。いずれにしても、この方法では、形状変化可能な分子を用いる必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、少なくとも１つのナノチューブ、（特にカーボンナノチューブ）または少なくとも１つのナノワイヤを備える半導体デバイスであって、良好な量子効率で光学的に構成可能かつ顕著なメモリ効果を起こすことなく、可逆性の（照射が停止するとデバイスが初期状態に戻る）半導体デバイスを提供することにある。前記デバイスは、特定の感光材料に応じて選択される波長を有する光を用いて光学的に構成され得ることが有利である。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも２つの電極と、少なくとも１つのナノチューブまたはナノワイヤ（特にカーボンナノチューブまたはナノワイヤ）を備える半導体デバイスであって、少なくとも１種の感光材料の分子またはナノ結晶からなる少なくとも１つの層により部分的に被覆される領域を少なくとも１つ有する少なくとも１つの半導体ナノチューブまたはナノワイヤを備え、２つの前記電極間は、少なくとも１つのナノチューブ、すなわち、前記半導体ナノチューブまたはナノワイヤと、必要に応じて少なくとも１つの他のナノチューブまたはナノワイヤにより電気接続されることを特徴とする半導体デバイスを提供する。
【００１０】
前記分子は両親媒性を有することが有利である。
【００１１】
前記感光材料は、銅を中心金属原子として含むフタロシアニン、ポルフィリン、アゾポルフィリンまたはこれらの誘導体であればよく、染料または発色団（特に両親媒性発色団）であってもよい。さらに、例えば、発色団中央部分とグラフト化が可能な部分との少なくとも２つの部分からなる錯体分子であってもよい。この場合、共有結合によりグラフト化されてもよい。また、前記感光材料は半導体材料のナノ結晶であってもよい。
【００１２】
前記感光材料は薄膜状でもよく、感光材料の分子で構成される層の数は、例えば、１〜２０が好ましく、１〜１０が特に好ましい。速い光電子効果を得る点から、薄膜は薄いほうが好ましい。
【００１３】
薄膜の代わりに、前記デバイスの選択した部分（ナノチューブ、電極および／またはチューブを支持する表面）に共有結合によりグラフト化された単分子層を用いることが有利である。
【００１４】
感光材料が付着またはグラフト化される領域は、前記ナノチューブまたはナノワイヤの外側表面および／または内側表面に設けることができる。また、前記領域は、半導体デバイスの電極、トランジスタのゲート誘電体表面、前記ナノチューブまたはナノワイヤが配置されている基板表面に設けてもよい。
【００１５】
前記デバイスは、前記領域を１つ以上含んでもよい。この場合、各領域はそれぞれ異なる感光材料からなる少なくとも１つの層で被覆される。
【００１６】
また、本発明は、上述した半導体デバイスの制御方法であって、前記領域の少なくとも１つに、前記感光材料の吸光度範囲内の波長の光を照射することを特徴とする制御方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の特徴および利点について説明する。
【００１８】
単層カーボンナノチューブは、構造（カイラリティー）に応じて金属性であっても半導電性であってもよい。単層カーボンナノチューブは、電極と接続して電子部品を形成することができる。このため、１９９６年〜２００４年の間、このようなナノチューブは、ダイオード、単電子トランジスタ（ＳＥＴ）およびカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（ＣＮＴＦＥＴ）を製造するための基本素子として用いられてきた。ＣＮＴＦＥＴは、メモリ素子、各論理ゲート、ガス検出器、生体分子検出器、エミッタ、赤外光子の検出器の製造に用いることができる。
【００１９】
ＣＮＴＦＥＴ型電界効果トランジスタは、例えば、２つの電極（ソースＳとドレインＤ）と接続し、第３の電極（ゲートＧ）により制御される半導電性の単層カーボンナノチューブ１により構成される。第３の電極は、絶縁体２（ゲート酸化物）によりチューブと絶縁されている。ナノチューブ１により構成されるチャネルに沿ってソースＳとドレインＤとの間を流れる電流は、ゲート電圧により変調される。構成は上記のような構成に限らない。ゲート電極は、ナノチューブの下に配しても上に配してもよい。
【００２０】
１９９８年以降、このような電子部品の性能は向上し続けており、特にこの２０年間で、シリコントランジスタと同程度の水準に達している。
【００２１】
このようなカーボンナノチューブを含む電子部品の重要な特徴の１つに、環境に対する優れた感度がある。このような部品の様々な部分（チューブ、電極、表面）に分子を吸着させることにより、電子輸送性を大幅に改良することができる。
【００２２】
ＣＮＴＦＥＴの環境は、いくつかの方法によりその電気特性を変えることができる。
【００２３】
ａ）分子がナノチューブに吸着または化学的に結合される場合、分子は電荷をナノチューブに輸送（電子を供与または受容）することができる。この電荷交換により、ナノチューブへのドーピングレベルを変えることができる。
【００２４】
ｂ）分子がナノチューブ近傍の電極に吸着または化学的に結合される場合、チャネルへのキャリア注入を変えることができる。電極に存在する電荷がナノチューブに入るためには、通常、その電荷は（ショットキー接触で起こる）電位障壁を克服する必要がある。この障壁の高さは、特定の分子（特に、極性分子）の存在に依存する。
【００２５】
ｃ）分子がナノチューブ上またはチューブ近傍表面に吸着される場合、分子とナノチューブとの間で電荷輸送を行うことなく、部品の電気特性を変えることができる。特に、チューブ近傍の帯電分子または高度に分極した分子は、チューブの静電位を変えることができるため、ゲートに印加される電圧として機能する（以下、「化学ゲーティング」または化学誘起性ゲート電位という）。
【００２６】
特に、本発明は、このタイプの効果の始動、停止、増加、低下および／または転換に光を用いることを目的とする。
【００２７】
様々な種類の分子が光化学特性または光物理特性を有する。通常、分子が光子を吸収すると励起状態になる。このようなエネルギー過剰状態になると、以下のようなことが起こる。分子は、断片状に分割し、発光し、非放射性遷移し、イオン化され、変形し、他の分子と反応して新たな化合物を形成または電荷を輸送し、励起を別の分子に輸送する。上記メカニズムの特に最後の４つの段階を用いて、ナノチューブトランジスタの輸送性を制御することができる。
【００２８】
ａ）光誘起ドーピング
溶液中の特定の分子は、光子を吸収する時に電子を供与したり受容したりできる。以下に示す実施例では、分子はチューブに吸着しており、励起状態になると電荷を輸送する（図２ａ）。これにより、トランジスタチャネルへのドーピングレベルを変えることができる。
【００２９】
また、ＣｄＳｅに代表される半導体ナノ結晶の優れた光学特性を用いることもできる。光子が半導体ナノ結晶に吸収されると、電子正孔対（励起子）が生成され、電荷はナノ結晶表面の分子に輸送される。ナノ結晶表面が、チオールやポリ芳香族化合物などの還元剤の分子で官能基化されると、正孔移動が起こる。ナノチューブにグラフト化された（おそらく先の表面の官能基化により）半導体ナノ結晶または、そのすぐ近傍に付着した半導体ナノ結晶により、光誘起ドーピングが可能となる。もう一つのナノ結晶の有利な特性は、ナノ結晶の吸収スペクトルがナノ結晶の大きさや使用されるカルコゲナイドの種類（ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ）に依存することである。従って、異なる直径または異なる組成を有するナノ結晶を用いることにより、光ドーピング効果を誘起する光照射の波長を選択することができる。
【００３０】
ｂ）光誘起による電荷注入の変更
特定の分子の化学的構造は光子の吸収により変わることが知られている。これは特に、正電荷と負電荷の中心の分布が状態により異なると、電気双極子モーメントの変化になり得る。そのような分子がＣＮＴＦＥＴの電極上にグラフト化されると（図２ｂ）、ナノチューブへのキャリアの注入は、分子の状態に、従って光に依存する。
【００３１】
ｃ）光誘起ゲート電位
ナノチューブ上またはゲート酸化物表面にグラフト化された分子を用いることもできる（図２ｃ）。光子を吸着することにより、ナノチューブの静電環境を変えることができるため、化学ゲーティングと同様の効果を得ることができる。
【００３２】
実施例：光により変調可能な電気特性を有するカーボンナノチューブトランジスタ
この実施例では、ナノチューブトランジスタは、ＣｕＳ１８と呼ばれるフタロシアニン・ラングミュア−ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜で被覆されている。発色団分子として、４つのＣ１８脂肪鎖（すなわち、各脂肪鎖は１８のカーボン原子を有する）を持つ正電荷を帯びた発色団核を有する両親媒性フタロシアニンが用いられている。ＣｕＳ１８は、１９８６年にサージ・パラシン（Ｓｅｒｇｅ  Ｐａｌａｃｉｎ）が下記の文献に記載した化合物である：Ｓ．Ｐａｌａｃｉｎ、Ａ．Ｒｕａｕｄｅｌ−Ｔｅｉｘｉｅｒ、Ａ．Ｂａｒｒａｕｄ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．、９０、６２３７頁〜６２４２頁（１９８６）。ＣｕＳ１８という名称は、同様の構造を有する一連の化合物の命名法に基づいて付けられた名称であり、正式名称はテトラオクタデシルテトラピリジノ[３,４−ｂ：３',４'−ｇ：３",４"−１：３"',４"'−ｑ]ポルフィラジニウムである。
【００３３】
発色団核の分子の直径は通常１．７ｎｍであり、２．０ｎｍの鎖がその分子の端に結合している。この鎖は移動可能である。ラングミュア−ブロジェット膜付着技術により、単分子層を１層ずつ重ねることにより付着させた分子の量を正確に制御することができる。以下に記載する効果は、トランジスタにおいて分子の層が１層の場合でも、２層の場合でも、１０層の場合でも得ることができた。実際には、例えば、約２０層又はそれ以上の単分子層を重ねることが可能である。
【００３４】
本発明では、ラングミュア−ブロジェット法により付着された層に限定されず、化学蒸着法（ＣＶＤ）など当業者に既知の方法を用いてもよい。また、ナノチューブの官能基化は、デバイスの組み立て前に行うこともできる。
【００３５】
分子のスペクトラムの吸収最大値に対応する波長（使用される分子に応じて選択される波長：この場合６４７．１ｎｍ）でレーザ照射することにより、チューブと接触する分子が電子をチューブに輸送するため、正電荷を帯びる。この正電荷分子により、チューブ内で正電荷（正孔）の密度が低下する。正孔は、負のゲート電圧でトランジスタを流れる電流をつかさどるため、正孔の数を減らすことにより照射中にトランジスタを流れる電流を大幅に減らすことができる。
【００３６】
この現象の動態を示すため、図３に、電圧Ｖｇｓによる走査サイクルを経時的に表わした曲線を示す。これは、一連のＩｄ（Ｖｇｓ）特性を示す。レーザを照射すると電流の急激な減少が見られる。注目すべき点は、この現象の速い可逆性である。
【００３７】
他の研究、特に上で引用した研究では、電極からトランジスタへ分子が光脱離し、感光性ポリマーに電荷が蓄えられるため、光誘起現象を戻すことは困難であった。レーザ照射が停止されると図３の曲線が初期状態に戻ることから、他のメカニズムが関与していることは明確である。試験的に光吸着現象に達するまでレーザ出力を上げたところ、広い出力範囲において、光脱離閾値に達するまでに速い動態の現象が観察された。
【００３８】
図４ａは、図３の曲線に対応するＩｄ（Ｖｇｓ）の記録を平均化して得た、トランジスタに赤色レーザ（λ＝６４７．１ｎｍ）を照射した場合と暗所下の場合のトランジスタのＩｄ（Ｖｇｓ）特性を示す。特にＯＮ状態の時にこの特性が光子により著しく変化したことがわかる。これは先行技術と大きく異なる点である。
【００３９】
ＯＦＦ状態も確認するため、図４に、同じ曲線を、半対数目盛を用いて示す。格子電圧が閾値電圧より大きいため、ＯＦＦ状態においても著しく変化したことがわかる。
【００４０】
また、この現象はロバストであるため、分子の層を劣化することなく、何度でもレーザ照射を繰り返すことができる点が重要である。
【００４１】
本発明によると、１つの分子層という極少量で、ナノチューブと比較的小さな分子（ポリマー分子と比較して）との相互作用を最大限に高めることができるため、電位的に局在化された速い電気効果を得ることができる。このため、再構成可能な集積回路においてトランジスタを用いることができる。
【００４２】
このようなトランジスタを用いて、光学的に再構成可能な回路を製造することができる。回路は、光により制御されるスイッチのように機能する。電圧Ｖｇｓを負の値に設定した場合（例えば図４の場合、−１０Ｖ）、対数目盛がＩｄ＜＜１０−１１Ａであることからわかるように、光が照射されると、トランジスタは電流の流れを妨げる。電子部品がサブ回路のインプット側に配置されている場合、サブ回路は、光照射の停止時に作動し、光の照射時に停止する。
【００４３】
本発明においては、図１に示されるように、半導体ナノチューブまたはナノワイヤは１つでもよく、また、図１ｂに示されるように、少なくとも１つの半導体ナノチューブまたはナノワイヤを含み、２つの電極間（トランジスタのソースＳおよびドレインＤ）を接続する１束のナノチューブおよび／またはナノワイヤや、図１ｃに示されるように、少なくとも１つの半導体ナノチューブまたはナノワイヤを含み、電極間（トランジスタのソースＳとドレインＤ）でパスを形成する１束のナノチューブおよび／またはナノワイヤであってもよい。この場合、個々のチューブは電極間を接続しない。
【００４４】
有機材料ではカーボンナノチューブの電荷移動度は１０−３ｃｍ２／Ｖ／ｓ〜１０−１ｃｍ２／Ｖ／ｓであるのに対し、図１ｂおよび図１ｃに示される態様では、最大７９０００ｃｍ２／Ｖ／ｓもの高い電荷移動度が得られる。
【００４５】
以下のような他の分子を用いることもできる。
・中心原子が銅以外の金属であるフタロシアニン、および／または脂肪鎖がその他の鎖で置換されたフタロシアニン
・ポルフィリン、アゾポルフィリンおよびこれらの誘導体
・半導体ナノ結晶（例えば、ＣｄＴｅ、ＣｄＳＥ、ＣｄＳ）を含む様々な蛍光体または発色団
ナノ結晶はそのまま用いてもよく、また、その他の材料（例えば、ＺｎＳｅ）のシェルや分子の被覆のいずれかで囲んだものでもよい。例えば、ＺｎＳｅは、吸収された光子が再放出されるのを防ぐ。
【００４６】
上記分子を付着させるのに幾つかの方法を使用することができる。
【００４７】
第１の方法は、上記実施例のように、既存のトランジスタ上に、所定の数（１つ以上）の分子の層を付着させる。特に以下の両親媒性分子を用いることができる。
・Ｃ１８または異なる長さを有する脂肪鎖が両親媒性を有する中心金属原子を含むフタロシアニン
・ポルフィリン、アゾポルフィリンおよびこれらの両親媒性誘導体
・様々な両親媒性発色団または染料。
【００４８】
第２の方法は、化学吸着または物理吸着により、既存のトランジスタ上に所定の数（通常１層のみ）の分子層を付着させる。この場合、必要に応じて共有結合を行ってもよい。
【００４９】
第３の方法は、溶液中にナノチューブと分子を入れ、必要に応じて共有結合させ、少数の分子（通常１つの層）でナノチューブを被覆する。このようなナノチューブを用いて、経験に基づいてトランジスタ（またはダイオード）を製造することができる。
【００５０】
上記３つの方法は、複数の波長に反応する高密度回路の製造にも対応する。最初の２つの方法では、回路は、分子をナノチューブに結合する前に作られる。回路の特定の部分を連続的にマスキングすることにより、異なるトランジスタ（または回路部）上に異なる分子を付着させることができる。または、複数のトランジスタを異なる分子で官能基化するディップペン型（ｄｉｐ  ｐｅｎ  ｔｙｐｅ）の方法を用いることができる。この方法は、例えば、パイナーら（Ｐｉｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｃ．Ａ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９９９、２８３、６６１、ホンら（Ｈｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｃ．Ａ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９９９、２８６、５２３および、ホンら（Ｈｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｃ．Ａ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２０００、２８８、１８０８）に記載されており、分子を「インク」として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の先端を「ペン」として用いる。ＡＦＭの先端を分子源に近づけ、次に変更したいデバイスに近づける。特定の状態になると、分子はＡＦＭの先端から近くの表面に移動する。
【００５１】
または、電子グラフティング（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｇｒａｆｔｉｎｇ）により、トランジスタを選択的に化学官能基化することができる。回路を試薬と接触させ（例えば浸漬）、１つ（またはそれ以上）のトランジスタを電気的にバイアスすることにより、バイアスされていない他のトランジスタに影響を及ぼすことなく、そのトランジスタを特異的に官能基化することができる。試薬やバイアスされるトランジスタを変えることにより、１つの回路において複数のトランジスタを選択的に官能基化することができる。
【００５２】
電極に付着させる際、金−硫黄結合を形成することにより、チオール基（ＳＨ）で終端された発色団分子すべてを金からなる電極上にグラフト化させることができる。ゲートについて、カーボンナノチューブトランジスタの製造に対応可能なクロロ−シラン型またはエトキシ−シラン型の分子によるシリコン酸化物の官能基化方法を用いることができる。特に以下の文献が参照できる。
・Ｋ．Ｃ．Ｃｈｏｉ、Ｊ．Ｐ．Ｂｏｕｒｇｏｉｎ、Ｓ．Ａｕｖｒａｙ、Ｄ．Ｅｓｔｅｖｅ、Ｇ．Ｓ．Ｄｕｅｓｂｅｒｇ、Ｓ．Ｒｏｔｈ、Ｂｕｒｇｈａｒａ、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ４６２、１９５（２０００）
・Ｅ．Ｖａｌｅｎｔｉｎ、Ｓ．Ａｕｖｒａｙ、Ａ．Ｆｉｌｏｒａｍｏ、Ａ．Ｒｉｂａｙｒｏｌ、Ｍ．Ｇｏｆｆｍａｎ、Ｌ．Ｃａｐｅ、Ｊ．Ｐ．Ｂｏｕｒｇｏｉｎ、Ｊ．Ｎ．Ｐａｔｉｌｌｏｎ、Ｍａｔ．Ｒｅｒｓ．  Ｓｏｃ．  Ｓｙｍｐ．  Ｐｒｏｃ．  ７７２、Ｍ４．７．１（２００３）
図５ａ〜図５ｆは、一例として、ゲート／ソース電圧Ｖｇｓを−１Ｖ〜＋１Ｖに設定した場合のｐ−型トランジスタで得られる様々な効果を示す。ｎ−型トランジスタでも同様の効果が得られる。
【００５３】
図５ａは、静止状態のトランジスタ（照射されていない状態）を示す。
【００５４】
図５ｂは、光の効果により上記電圧範囲にわたってトランジスタがＯＦＦ状態であることを示す。これは上記実施例と同様に、電子供与分子に相当する。
【００５５】
図５ｃは、光の効果により上記電圧範囲においてトランジスタが常にＯＮ状態であることを示す。これは電子受容分子に相当する。
【００５６】
図５ｄは、光の効果によりｐ−型トランジスタがｎ−型トランジスタに変換されたことを示す。これは電子供与分子に相当し、図５ｂ同様、Ｖｇｓ＜０の時に正孔電流が照射されるが、Ｖｇｓ＜０の時にも電子電流が現れる。
【００５７】
図５ｅは、光の効果によりトランスコンダクタンスが改善されたことを示す。これは、正孔注入の増加によりショットキー障壁の高さが低くなったことに相当する。
【００５８】
図５ｆは、光の効果によりトランスコンダクタンスが低下したこと示す。これは、正孔注入の限定によりショットキー障壁が高くなったことに相当する。
【００５９】
つまり、図５ｂ〜図５ｄに示される効果は、「ドーピング」に相当し、図５ｅおよび図５ｆに示される効果は、電極の変更による注入の変更に相当する。
【００６０】
トランジスタを制御する光の波長は、使用される分子が吸収する光に応じて選択されるため、この波長は可視光線および近紫外線を含む幅広い範囲から（使用される材料に応じて）選択することができる。ナノチューブ外部のパラメータによりこの制御波長を調整できることが、回路製造時にこの制御を用いるためには重要である。これにより、異なる分子で官能基化され、異なる波長に反応する複数のトランジスタを含む回路を実現することができる。
【００６１】
また、本発明は、少なくとも１つの上記半導体デバイスと、前記半導体デバイスに接続され、前記半導体デバイスの少なくとも１つの電子パラメータおよび／または機能を変更するのに最適な少なくとも１つの光照射デバイスとを備えた再構成可能な電子回路を提供する。
【００６２】
機能上、電子回路は、１組の電気入力信号（Ｅ１〜Ｅｎ）を１組の出力信号（Ｓ１〜Ｓｎ）に変換する「ブラックボックス」（図６）とみなすことができる。回路の機能ｆは、入力信号に応じた出力信号を出力することである。メイン回路は、限定された範囲の入力信号で動作し、限定された範囲の中間出力信号を出力するサブ回路を含むこともできる。
【００６３】
メイン回路の機能ｆが照射（光の照射／停止、強度Ｉ、波長λ）に応じて変化すると、回路は光学的に再構成される。このため、幾つかの構成が考えられる。
【００６４】
図６ａの回路は単純回路であり、１組のサブ回路として設計する必要はない。ｆは照射の機能である：ｆ（Ｉ，λ）。
【００６５】
図６ｂの回路は複数のサブ回路で構成されている。サブ回路はそれぞれ光に対して異なる反応を示す：ｆｓｃｎ（Ｉｎ，λｎ）。感光性を有さないサブ回路を含んでもよい。この場合、各サブ回路は異なる種類の分子で官能基化される。
【００６６】
図６ｃの回路は光に反応しない複数のサブ回路で構成されているが、その作動は感光性を有する制御トランジスタ（Ｔ１〜Ｔｎ）により制御される。この場合、制御トランジスタだけが、１つ以上の選択された波長で感光性が付与されるように化学的に官能基化される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】「ＣＮＴＦＥＴ」として知られているカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの一例を示す。
【図１ｂ】本発明に用いられるデバイスの他の態様を示す。
【図１ｃ】本発明に用いられるデバイスの他の態様を示す。
【図２】ａ〜ｃは、感光層の異なる配置およびその効果を示す。
【図３】レーザ光により励起した場合とそうでない場合の実験結果を示す。
【図４ａ】トランジスタに赤色レーザ（λ＝６４７．１ｎｍ）を照射した場合と暗所下の場合のドレイン電流Ｉｄの特性とゲートソース電圧Ｖｇｓとの関係を示す。
【図４ｂ】図４ａと同じ曲線が、半対数目盛を用いて示されている。
【図５】ａ〜ｆは、ｐ−型カーボンナノチューブトランジスタを−１Ｖ〜＋１Ｖの電圧Ｖｇｓで動作させて得た効果を示す、ドレイン電流Ｉｄ（ｎＡ）とゲートソース電圧Ｖｇｓ（Ｖ）との関係を表す実験曲線である。
【図６】ａ〜ｃは、本発明のデバイスを１つ以上搭載した光学的に再構成可能な回路を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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