(57)【要約】【課題】配向性の高いカーボンナノチューブ膜に新たな機能を追加する方法、及び新たな機能を具備する素子の提供。【解決手段】ＳｉＣ基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜を有する基板の、前記カーボンナノチューブ膜が設けられる側とは反対側から、不純物を導入し、Ｐ型又はＮ型素子を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が、不純物を含み、能動素子として作用するようにしてなる、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項２】
前記能動素子として、ＰＮ接合を含むダイオード素子、トランジスタ素子、及び、サイリスタ素子の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項３】
第１の基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｐ型とされ、
第２の基板上に、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型とされ、
前記Ｐ型とＮ型のカーボンナノチューブ膜が接合してＰＮ接合を形成し、
前記第１と第２の基板、又は前記カーボンナノチューブ膜に電極を備えている、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項４】
基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型又はＰ型の熱電変換素子を構成する、ことを特徴とするカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項５】
前記基板が、ＳｉＣ層、又はＳｉ層を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項６】
ＳｉＣ層と、
前記ＳｉＣ層上に、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなり、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイス。
【請求項７】
Ｓｉ層と、
前記Ｓｉ層上に、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなり、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイス。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ膜に、電極材料が蒸着されて形成されてなる電極を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のカーボンナノチューブ・デバイス。
【請求項９】
Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通電極に接続し、
前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端をそれぞれ第１、第２の電極に接続してなる熱電変換装置において、
前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜に、不純物を導入して、構成されたものである、ことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ膜を複数層、積層してなる、ことを特徴とする請求項８記載の熱電変換装置。
【請求項１１】
不純物のイオン注入又は拡散により、カーボンナノチューブ膜をＮ型又はＰ型としてなる、ことを特徴とする請求項８又は９記載の熱電変換装置。
【請求項１２】
前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
それぞれが、ＳｉＣ層又はＳｉ層からなる基板と、
基板上に、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜と、
を少なくとも含む第１、第２の積層体を備え、
前記第１、第２の積層体の互いのカーボンナノチューブ膜が向かい合うようにして積層し、
前記第１、第２の積層体の各ＳｉＣ層は電気的に導電性とされ、
前記第１、第２の積層体のそれぞれについて、前記ＳｉＣ層の、前記カーボン層の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ電極を備えている、ことを特徴とする請求項８記載の熱電変換装置。
【請求項１３】
基板上、該基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜に対して、不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１４】
基板厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜を有する基板の、前記カーボンナノチューブ膜が設けられる側とは反対側から、不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１５】
前記不純物を導入する工程が、拡散法又はイオン注入で行われる、ことを特徴とする、請求項１３又は１４記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１６】
ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜とを少なくとも有し、
前記カーボンナノチューブ膜の反対側の前記ＳｉＣ層側からイオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させて、ＳｉＣ層の電気伝導性を確保する、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１７】
ＳｉＣ層に不純物を導入する工程と、
前記ＳｉＣ層への不純物の導入後、真空下において、前記ＳｉＣ層を、該真空の真空度において、ＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することで、前記ＳｉＣ層から珪素原子を除去することで、カーボンナノチューブを作製し、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延在するように配向したカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１８】
ＳｉＣ層に、真空下、電磁波を照射して、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜を作製する工程を含む、ことを特徴とする、カーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項１９】
前記ＳｉＣ層に不純物を導入し、ＳｉＣ層厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする、請求項１８記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項２０】
前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成するにあたり、真空下、前記カーボンナノチューブ膜を冷却して前記カーボンナノチューブ膜上に電極材料を蒸着させる、ことを特徴とする、請求項１３記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。
【請求項２１】
前記カーボンナノチューブ膜上に被着された前記電極材料をイオンミリング法でパタン形成する、ことを特徴とする、請求項２０記載のカーボンナノチューブ膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンナノチューブの製造方法とカーボンナノチューブを用いた熱電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、ダイヤモンドやグラファイトと同じ炭素の同位体でもある。ナノチューブの構造は、グラファイトを丸めてつなぎ合わせたものとされる。非常に細く、安定、かつ強固であり、非局在化したπ電子のため電気伝導性にすぐれ、またグラファイト層のまき方に電子構造が金属／半導体となる。
【０００３】
その製造方法として、アーク放電、レーザ蒸着、化学気相法（ＣＶＤ法）等が用いられている。すなわち、従来、カーボンナノチューブを製造する方法としては、不活性ガス雰囲気下において原料であるアモルファスカーボンにアーク放電又はレーザ照射等を行って炭素を蒸発させ、蒸発した炭素を炭素棒上等に凝縮（再結合）させることにより、上記炭素棒上等にカーボンナノチューブを成長させる方法が一般的である。  上記従来の製造方法によると、炭素棒上等にはカーボンナノチューブとともにアモルファスカーボン、グラファイト及びフラーレンが形成される。そこで、カーボンナノチューブの収率又は収量を増すため、或いはカーボンナノチューブの生産性を向上させるための製造方法が提案されている。例えば、高周波プラズマを用いたフラーレン及びカーボンナノチューブの合成方法（特許文献１）、特定の圧力範囲でアーク放電を行うカーボンナノチューブの製造方法が知られている（特許文献２）。
【０００４】
上記従来の製造方法は、いずれも炭素蒸気の凝縮再結合によりカーボンナノチューブを形成させているので、沸点の極めて高い炭素を蒸発させるために３０００℃近い高温を加える必要がある。このような厳しい条件下で製造するため、カーボンナノチューブ以外の生成物をある程度以下に抑えることは困難であった。また、炭素蒸気からカーボンナノチューブを成長させる従来の方法によると、カーボンナノチューブの外周等に芽のように付着したカーボンナノカプセルが生じやすい。一方、膜の厚み方向に延びるようによく配向した多数本のカーボンナノチューブからなる「カーボンナノチューブ膜」が得られれば、エレクトロニクス分野及び物質分離膜の分野等においてカーボンナノチューブの新たな用途が開けると期待されている。
【０００５】
そこで、ある方向によく配向した多数本のカーボンナノチューブからなる膜（以下、「ナノチューブ膜」という。）の製造方法として、真空下においてＳｉＣを、該真空の真空度においてＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することにより、該ＳｉＣから珪素原子を除去する、ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法が提案されている（特許文献３）。この製造方法は、基板の表面に、ＳｉＣ単結晶膜を形成し、次いで、真空下において該ＳｉＣ単結晶膜を、該真空の真空度においてＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することにより、該ＳｉＣ単結晶膜から珪素原子を除去して、該ＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、該ＳｉＣ単結晶膜の厚み方向に延びるように配向した多数本のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜を形成している。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５４６５１１号公報
【特許文献２】
特開平６−２８０１１６号公報
【特許文献３】
特許第３１８３８４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記特許文献３等で示されたようにして作製された配向性の高いカーボンナノチューブ膜に新たな機能を追加する方法、及び新たな機能を具備する装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の装置は、その１つのアスペクトによれば、基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が、不純物を含み、能動素子として作用するようにしてなる、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記能動素子が、ダイオード、トランジスタ、及び、サイリスタの少なくとも１つを含む。
【００１０】
本発明の実施形態によれば（図５参照）、第１の基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｐ型とされ、第２の基板上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型とされ、前記Ｐ型とＮ型のカーボンナノチューブ膜が接合してＰＮ接合を形成し、前記第１、第２の基板のそれぞれに電極を備えている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の別のアスペクトの装置によれば（図３参照）、基板上、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が不純物を含み、Ｎ型又はＰ型の熱電変換素子を構成する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記基板が、ＳｉＣ層、又はＳｉ層を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ＳｉＣ層と、前記ＳｉＣ層上に配向して形成され、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む熱電変換デバイスが提供される。
【００１４】
本発明によれば、Ｓｉ層と、前記Ｓｉ層上に配向して形成され、不純物を導入してなるカーボンナノチューブ膜と、を含む。
【００１５】
本発明によれば、前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成する場合、電極材料が蒸着される。
【００１６】
本発明の実施形態によれば（図３参照）、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通電極に接続し、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端をそれぞれ第１、第２の電極に接続してなる熱電変換装置において、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、カーボンナノチューブ膜に不純物を導入して構成されたものである。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、前記カーボンナノチューブ膜を複数層、積層してなる。
【００１８】
不純物のイオン注入又は拡散により、カーボンナノチューブ膜をＮ型又はＰ型としてなる。
【００１９】
本発明の実施形態によれば（図４参照）、前記Ｐ型とＮ型の熱電変換素子は、
それぞれが、ＳｉＣ層又はＳｉ層からなる基板と、基板上に、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜と、を少なくとも含む第１、第２の積層体を備え、前記第１、第２の積層体の互いのカーボンナノチューブ膜が向かい合うようにして積層し、前記第１、第２の積層体の各ＳｉＣ層は電気的に導電性とされ、前記第１、第２の積層体のそれぞれについて、前記ＳｉＣ層の、前記カーボン層の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ電極を備えている。
【００２０】
上記目的を達成する本発明に係る方法によれば、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜に不純物を導入する工程を含む、ことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、基板表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜を有する基板の、前記カーボンナノチューブ膜が設けられる側とは反対側から、不純物を導入する工程を含む。
【００２２】
本発明によれば、前記不純物を導入する工程が、拡散法又はイオン注入で行われる、ことを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層表面に垂直方向に向けて延在するように形成される複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブ膜とを少なくとも有し、前記カーボンナノチューブ膜の反対側の前記ＳｉＣ層側からイオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させて、ＳｉＣ層の電気伝導性を確保する、ことを特徴とする。
【００２４】
本発明の別のアスペクトによれば、ＳｉＣ層に不純物を導入する工程と、
前記ＳｉＣ層への不純物の導入後、真空下において、前記ＳｉＣ層を、該真空の真空度において、ＳｉＣが分解して珪素原子が失われる温度に加熱することで、前記ＳｉＣ層から珪素原子を除去することで、カーボンナノチューブを作製し、前記ＳｉＣ層の厚み方向に延在するように配向したカーボンナノチューブに、抜けを生じさせることで、カーボンナノチューブ膜の層厚を厚くする、ことを特徴とする。
【００２５】
本発明の別のアスペクトによれば、ＳｉＣ基板に、電磁波を照射して、カーボンナノチューブを作製する、ことを特徴とする。
【００２６】
本発明の別のアスペクトによれば、前記カーボンナノチューブ膜に電極を形成するにあたり、真空下、前記カーボンナノチューブ膜を冷却して前記カーボンナノチューブ膜上に電極材料を蒸着させる、ことを特徴とする。前記カーボンナノチューブ膜上に被着された前記電極材料をイオンミリング法でパタン形成してもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の各種実施例について図面を参照して説明する。本発明においては、図１に示すように、ＳｉＣ層１００上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１０１にイオンビームを打ち込んで、その特性を変化させるものである。
【００２８】
なお、ＣＮＴに、特定の原子をイオン注入で打ち込むと、その電気的特性がＰ型やＮ型に変化することが知られている。これは、輸送特性を変更できることを意味する。またＣＮＴへの不純物のドープは、低エネルギーイオン注入が用いられ、ターゲットへの損傷を回避する、イオンエネルギー、ドーズ量とＣＮＴの構造に関する研究報告もなされている（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１には、アーク放電法により作製した多層ＣＮＴを、カーボンメッシュ上に支持して試料とし、質量分離イオンビーム蒸着装置を用いＮ２ガスを原料として生成した窒素イオンを、３０−１００ｅＶで室温で多層ＣＮＴに照射し、真空度を照射ターゲットへの損傷のないように設定し、ドーズ量５×１０１６イオン／ｃｍ２で欠陥が導入された旨が記載されている。
【００２９】
【非特許文献１】
（１７８）「多層カーボンナノチューブへの低エネルギーイオン照射による異種元素導入」、山本和弘、末永和知、飯島澄男、平成１４年度秋季金属学会（平成１４年、１１月）
【００３０】
ＳｉＣ層１００上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜１０１にイオンビームを打ち込んで特性を変化させ、目的に応じたイオンビームをＣＮＴ膜１０１に打ち込む。図１において、ＣＮＴ膜１０１は、横幅５〜１０ｍｍ、縦５〜１０ｍｍ、膜厚約１μｍとしている。ＣＮＴ膜１０１は、多数のＣＮＴがＳｉＣ層１００表面に対して垂直方向に、高配向状態で、並立している。ＳｉＣ層１００は約０．２５ｍｍ程度とされる。
【００３１】
ＣＮＴ膜１０１とＳｉＣ層１００の間にはカーボン層（カーボン・アモルファス層）（図１では図示されない）が存在する。カーボン層は、膜厚約１μｍとされる。
【００３２】
ＣＮＴ膜１０１の製造方法の一例（上記特許文献３参照）について説明する。ＣＮＴ膜１０１は、例えば化学気相蒸着法（以下、「ＣＶＤ法」という。）により、Ｓｉ（１１１）単結晶からなる基板の上に、ＳｉＣ単結晶の膜１００を形成する。真空下の加熱によって、まずＳｉＣ単結晶膜に比べて酸化されやすい上記基板の一部又は全部をＳｉＯ２等として除去した後、残されたＳｉＣ単結晶膜を更に加熱すると、ＳｉＣ単結晶膜中の珪素原子が（１１１）面側から除去されて、このＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、〔１１１〕方向に高配向されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜が得られる。加熱温度は例えば１４００〜２０００℃程度、真空度は、例えば１０−４〜１０−１０Ｔｏｒｒ程度とされる。図１のカーボンナノチューブ膜１０１は、こうして作製されたものであり、カーボンナノチューブ膜１０１にイオンビーム（例えば窒素イオン等）が照射される。なお、ＳｉＣ単結晶の真空下の加熱を２．４５ＧＨｚのマイクロ波照射で行ってもよい。
【００３３】
この実施例では、イオンビームの打ち込みにおいて、ＣＮＴ１０１の下層に、ＳｉＣ層／カーボン層が存在する。なお、後述するように、不純物のドープは、ＳｉＣ層１００側から、イオン注入、拡散で導入するようにしてもよい。拡散炉（真空雰囲気）を用いた拡散法の方が簡単であり、またＳｉＣ層側からのドープの方が制御も容易である。
【００３４】
なお、ＣＮＴ膜の製造方法としては、単結晶ＳｉＣを利用するほかにも、ＳｉＣの多結晶や多孔質焼結体を利用してもよい（特願２００１−０５９２９５）。
【００３５】
図２は、本発明の実施例を説明するための図である。上記特許文献３の製造方法で作製された配向性の高いカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜１０１には、カーボン層１０２（導電性）と、ＳｉＣ単結晶膜１００の絶縁層が存在している。従って、ＣＮＴ膜１０１の反対側のＳｉＣ層１００（非導電性）からは、電気を流すことができない。
【００３６】
そこで、本実施例では、このＳｉＣ層１００側から、イオンビームを打ち込むか、不純物を拡散させ、電気伝導性を確保する。打ち込むイオン種および不純物によって、カーボンナノチューブ膜の極性を変化させることができる。不純物のドープは、ＳｉＣ層１００側から、イオン注入、拡散で導入するようにしてもよい。拡散炉（真空雰囲気）を用いた拡散法の方が簡単であり、制御も容易である。
【００３７】
図３は、本発明の実施例の構成を示す図である。極性の異なったＣＮＴ膜１０１を利用して、熱電変換素子を作る。図２の方法で製造されたＰ型とＮ型の熱電変換素子の一端を共通の電極１０３に接続し、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子の他端を電極１０４−１、１０４−２に接続し、電極１０４−１、１０４−２はケーブル１０５−１、１０５−２に接続されている。
【００３８】
Ｎ型の熱電変換素子は、Ｎ型ＳｉＣ層１００−１と、Ｎ型カーボン層１０２−１と、Ｎ型カーボンナノチューブ膜１０１−１をこの順に積層してなる積層構造からなる。Ｐ型の熱電変換素子は、Ｐ型ＳｉＣ層１００−２と、Ｐ型カーボン層１０２−２と、Ｐ型カーボンナノチューブ膜１０１−２をこの順に積層してなる積層構造からなる。ＳｉＣ層１００−１、１００−２は電気的に導電性とされる。
【００３９】
カーボンナノチューブ膜１０１−１、１０１−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に、金属電極１０３を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４０】
ＳｉＣ層上のＣＮＴ膜への電極形成として、ＣＮＴ膜上に抵抗加熱真空蒸着装置にて真空度５×１０−６Ｔｏｒｒ雰囲気で、スパッタリング法により、Ａｕを膜厚１．２７μｍで蒸着する。その後、イオンミーリング（例えばＡｒイオン）にて、カーボン層１０２、ＳｉＣ層１００、電極１０３のエッチングが行われる。
【００４１】
この場合、ＣＮＴ膜の上に電極材料Ａｕを蒸着し、Ａｕの一部にマスク材として、例えばアラルダイト、ペーパボンドを被着（コート）し、イオンビームミリング装置で、Ａｕ、ＣＮＴをエッチングすることで行ってもよい。
【００４２】
ＳｉＣ層１００−１、１００−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に電極１０４−１、１０４−２を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４３】
なお、ＣＮＴ膜の製造方法としては、単結晶ＳｉＣを利用するほかにも、ＳｉＣの多結晶や多孔質焼結体を利用しても良い（特願２００１−０５９２９５）。
【００４４】
図４は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。上記特許文献３の製造方法にしたがって作製された、配向性の高いカーボンナノチューブの長さは、現状、１ｍｍ程度である。これは熱電変換素子を構成するには短いので、長くするために積層構造としている。この例では、２層にして、一方を反転させ、ＣＮＴ同士を接続している。
【００４５】
Ｎ型の熱電変換素子は、Ｎ型ＳｉＣ層１００−１と、Ｎ型カーボン層１０２−１と、Ｎ型カーボンナノチューブ膜１０１−１をこの順に積層してなる第１、第２の積層構造を、互いのカーボンナノチューブ膜１００−１が向かい合うようにして重ね合わせる。２つのＳｉＣ層１００−１の、カーボン層１０２−１の設けられる面とは反対側の面に、それぞれ共通電極１０３と、電極１０４−１を備えている。
【００４６】
Ｐ型の熱電変換素子は、Ｐ型ＳｉＣ層１００−２と、Ｐ型カーボン層１０２−２と、Ｐ型カーボンナノチューブ膜１０１−２をこの順に積層してなる第１、第２の積層構造を、互いのカーボンナノチューブ膜１００−２が向かい合うようにして重ね合わせる。２つのＳｉＣ層の、カーボン層が設けられる面とは反対側の面に、それぞれ共通電極１０３と、電極１０４−２を備えている。
【００４７】
ＳｉＣ層１００−１、１００−２は電気的に導電性とされる。ＳｉＣ層１００−１、１００−２の表面には、蒸着等で金属表面を作り、次に電極１０４−１、１０４−２を半田、ロー付けで取り付ける。
【００４８】
図５は、本発明の他の実施例の構成を示す図である。上記特許文献３の製造方法にしたがって作製された、配向性の高いカーボンナノチューブの長さは、上記したように、１ｍｍ程度である。これは、ＳｉがＳｉＣから分解して真空中に拡散する時のコンダクタンスなどで決まっていると考えられる。すなわち、ＣＮＴが長くなるにしたがって、分解して出ていくＳｉ原子がＣＮＴに邪魔されて出にくくなり、それで長さが決まるわけである。
【００４９】
そこで、本実施例では、カーボンナノチューブ作製前の時点で、ＳｉＣ層に不純物をドープしておく。不純物のドープは、イオン注入又は拡散法による。
【００５０】
その後、真空下の加熱によって、ＳｉＣ単結晶膜中の珪素原子が除去されて、このＳｉＣ単結晶膜の少なくとも表面側の一部厚さに、〔１１１〕方向に高配向されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ膜を作製する。
【００５１】
すると、ＣＮＴ膜１０１は、不純物原子がある部分で切れが生じ、一定の割合でＣＮＴが抜ける。ちょうど山林に植えた木の間引きに相当することになり、隙間が生じ、そこから、Ｓｉ原子が抜け出ることが容易化される。このため、より長いＣＮＴからなる膜を製造することができる。すなわち、カーボンナノチューブの層を厚くすることができる。
【００５２】
図６は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。図６を参照すると、第１の基板をなすＳｉＣ層１００−１上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜１０１−１が不純物を含み、Ｎ型とされ、第２の基板をなすＳｉＣ層１００−２上に、基板の厚み方向に延びるように配向して形成される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜１０１−２が不純物を含み、Ｐ型とされ、Ｎ型とＰ型のカーボンナノチューブ膜１０１−１、１０１−２が接合してＰＮ接合を形成し（接合層１０６を形成する）、第１、第２の基板のそれぞれに電極１０３Ａ、１０３Ｂを備え、ダイオード素子を構成している。なお、第１の基板上のＣＮＴ膜１０１−１は、第２の基板をなすＳｉＣ層１００−２に接合させる構成としてもよい。
【００５３】
同様にしてＰＮ接合面を構成することで、ＰＮＰ構造のトランジスタ素子、ＮＰＮ構造のトランジスタ素子、ＰＮＰＮ構成のサイリスタ素子等の各種能動素子を構成するができる。
【００５４】
図７は、ＣＮＴ膜への電極形成のための装置構成の一例を例示した図である。ＣＮＴ膜への電極の取り付けは、真空容器２００中で行われる。真空容器２００中で、ＣＮＴ膜１０１は、真空断熱されており、フィラメント（タングステン）２０２を高温とし、フィラメント２０２上に金（Ａｕ）ワイヤー２０１を配置し、フィラメント２０２からの輻射やエネルギー、及び、高温のＡｕ粒子２０３が飛来してくるため、ＣＮＴ膜１０１の表面は損傷を受ける。これを回避するため、冷却装置２２０を備え、ＣＮＴ膜１０１を冷却しながら、Ａｕの蒸着を行う。
【００５５】
なお上記実施例では、ＳｉＣ層の上にカーボン層、ＣＮＴ膜を形成したが、シリコン基板の上に、ＳｉＣ層、カーボン層なしで、ＣＮＴ膜を形成するようにしてもよい。
【００５６】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配向性の高いカーボンナノチューブ膜に不純物を注入し、新規な機能を具備した素子を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図２】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図３】本発明の別の実施例の熱電変換装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例の熱電変換装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を説明するための図であり、不純物を導入したカーボンナノチューブ膜の製造を説明するための図である。
【図６】本発明の別の実施例のダイオード素子の構成を示す図である。
【図７】カーボンナノチューブ膜への電極の蒸着を行う装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１００  ＳｉＣ層
１０１  カーボンナノチューブ膜
１０２  カーボン層（アモルファスカーボン層）
１０３、１０４  電極
１０５  ケーブル（導線）
１０６  接合層
２００  真空容器
２０１  金ワイヤー
２０２  フィラメント
２０３  金粒子
２０４  金粒子の流れ
２１０  電源
２２０  冷却装置
【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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【図６】
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【図７】
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