(57)【要約】　　　（修正有）【課題】カーボンナノチューブを目標に合わせて平らな表面に蒸着する方法を提供する。【解決手段】ナノチューブの蒸着は、マイクロメータ以下又はナノメータの範囲の毛管を使用して行われる。エラストマー材料からなるリリーフ構造を持ったラムを、平らな表面と接触させる。ナノチューブ分散液の液体が、ある面に滴下されれば、この液体は、毛管力を受けて拡散する。毛管中のナノチューブの移動度は、サイズ及び個々の毛管の形状によって決まるが、表面の状態もナノチューブの移動度に影響する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らな表面に複数のナノチューブを目標に合わせて蒸着する方法であって、
エラストマー材料からなり、一つの表面にリリーフ構造を備えたラムを用意するステップ（ａ）と、
上記ラムを平らな基板に塗布して該基板と上記ラムとを組み合わせることにより、１つまたはそれ以上の毛管からなり、かつ、少なくとも１つの入口および出口を備えたミクロ液体毛管システムを形成するステップ（ｂ）と、
複数のナノチューブの分散液を、上記ミクロ液体毛管システムの少なくとも１つの入口と接触させることによって、毛管力を用いて、上記ナノチューブの分散液を、上記の１つまたはそれ以上の毛管を該分散液で充填しつつ上記ミクロ液体毛管システムのすみずみに拡散させるステップ（ｃ）と、
上記ナノチューブの分散液を乾燥させるステップ（ｄ）と、
上記ラムを除去するステップ（ｅ）とを有する目標蒸着法。
【請求項２】
上記ナノチューブは、カーボンナノチューブ、窒化硼素をドープしたカーボンナノチューブ、または、酸化カーボンナノチューブである、請求項１に記載の目標蒸着法。
【請求項３】
上記ナノチューブは、極性有機溶媒に分散されている請求項１または２に記載の目標蒸着法。
【請求項４】
上記基板は、シリコン、燐化ガリウム、燐化インジウム、ガラス、または酸化アルミニウムから選択される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項５】
上記ラムのエラストマー材料は、ポリジアルキルシロキサン、ポリウレタン、ポリイミド、架橋ノボラック樹脂から選択される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項６】
上記ラムのエラストマー材料は、ポリジメチルシロキサンである、請求項５に記載の目標蒸着法。
【請求項７】
上記ステップ（ｂ）の前に、上記ラムを、好ましくは酸素プラズマを用いることによって親水化する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項８】
上記ミクロ液体毛管システムにおいて上記基板および上記ラムによって形成された１つまたはそれ以上の上記毛管の幅および高さは、それぞれ０．０５μｍ〜１０．０μｍ、好ましくは０．３μｍ〜１０．０μｍの範囲にあり、それらの毛管の長さは、０．１μｍ〜１．５ｃｍの範囲にある、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項９】
上記ステップ（ｄ）の前に、上記ナノチューブを磁界の作用によって配向する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項１０】
上記ナノチューブが酸化カーボンナノチューブである場合、上記ステップ（ｄ）の前に、上記ナノチューブを、電圧を印加することによって配向する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項１１】
上記ステップ（ａ）〜（ｅ）を１度実行した後で、パターン化されていないリリーフ構造を有するラムをその都度ステップ（ａ）で用いるという条件付きで、上記ステップ（ａ）〜（ｅ）を１回または数回繰り返す、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の目標蒸着法。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の目標蒸着法であって、
上記ステップ（ａ）〜（ｅ）を１度実行した後に、
上記ステップ（ｂ）において、上記複数のナノチューブが互いに異なる向きになるように、好ましくは互いに交差するように層状に蒸着することにより予め構成された基板に上記ラムを塗布するという条件付きで、上記ステップ（ａ）〜（ｅ）を１回または数回繰り返す目標蒸着法。
【請求項１３】
幅が０．０５μｍ〜１０．０μｍであり長さが０．１μｍ〜１．５ｃｍであるナノチューブの分散構造が、少なくとも１つの表面上に規則的に配置されている基板を備えている電子部品。
【請求項１４】
上記分散構造の内部で、上記ナノチューブは、チューブ軸に基づいて、互い実質的な平行をなすように配向されている請求項１３に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
本発明は、ミクロ液体（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ）毛管システムを用いた毛管力を利用することによる、平らな表面に接するナノチューブ、特にカーボンナノチューブの目標蒸着方法に関するものである。
【０００１】
ナノチューブ、特にカーボンナノチューブは、金属導体および半導体として用いられることに適しているので、ナノ回路に関して、このタイプのナノチューブにとって望ましいことは、目標に合わせた構造化された形状にて平らな基板に塗布されることである。また、ナノチューブ、特にカーボンナノチューブのようなナノチューブを、例えば電気回路中の素子として使用するためには、ナノチューブと金属導体とを接触させる必要がある。このタイプのナノチューブは、通常、分散液として、または、粉末状にして利用できる。しかしながら、このタイプの分散液が平らな表面に塗布されると、通常、束状のナノチューブおよび絶縁性ナノチューブのランダムな分散状態（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ）が得られる。したがって、分散液からなるナノチューブを、既に構造化された表面に用いる。あるいは、これらの表面は、ナノチューブの蒸着後、つまり、導体およびパッドを基板表面に配置するときに、構造化されることが好ましい。さらに、ナノチューブを、ランダムな配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）によって基板に蒸着し、応力顕微鏡法（ｆｏｒｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）のような高分解（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）方法を用いて位置を決定し、選択することもできる。さらに、適切に位置の決まったナノチューブには、例えば金接触部のような適切な接触部を、目標に合わせて準備できる。また、カーボンナノチューブに基づいた論理回路の形成は、以下の文献に基づいて既に実施可能である（参照：Ａ．　Ｂａｃｈｔｈｏｌｄ他『サイエンス２９４』Ｐ．１３１７〜１３２０、２００１年）。
【０００２】
しかし、上記の先行技術は、現在のところ、明確な構造、特にナノメータの範囲内で、平らな基板にナノチューブの目標に合わせた塗布を行う効果的な方法を提供していない。
【０００３】
したがって、本発明の課題は、このタイプのナノチューブの分散液の目標に合わせた塗布を平らな表面に施す方法を提供するということにある。つまり、このタイプのナノチューブを、前もって決定された幾何学的な構造を用いて配置する方法を提供するということにある。これにより、たとえば、ナノチューブを、マイクロチップの回路内に電気配線として有効に使用できる方法を提供することができる。
【０００４】
この課題は、特許請求の範囲に特徴づけられる実施形態によって解決される。
【０００５】
特に、本発明は、平らな表面に接するナノチューブの目標に合わせた蒸着法を提供する。本方法には、以下のステップが含まれている。つまり、
エラストマー材料からなり、一つの表面にリリーフ構造を備えたラムを用意するステップ（ａ）と、
上記ラムを平らな基板に塗布して該基板と上記ラムとを組み合わせることにより、１つまたはそれ以上の毛管からなり、かつ、少なくとも１つの入口および出口を備えたミクロ液体毛管システムを形成するステップ（ｂ）と、
複数のナノチューブの分散液を、上記ミクロ液体毛管システムの少なくとも１つの入口と接触させることによって、毛管力を用いて、上記ナノチューブの分散液を、上記の１つまたはそれ以上の毛管を該分散液で充填しつつ上記ミクロ液体毛管システムのすみずみに拡散させるステップ（ｃ）と、
上記ナノチューブの分散液を乾燥させるステップ（ｄ）と、
上記ラムを除去するステップ（ｅ）とを含む。
【０００６】
図１・図２に、本発明の方法を用いてＳｉウェハに供給されたカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡画像を示す。
【０００７】
本発明に関するナノチューブの蒸着は、マイクロメータ以下またはナノメータの範囲での毛管の使用に基づいて行われる。また、適切に構造化された表面を有し、かつ、エラストマー材料からなるラム（つまりリリーフ構造を備えたラム）を、このタイプのミクロ液体網または毛管システムを製造するために、平らな表面と接触させる。ナノチューブ分散液の液体が、ある面に（ｏｎ　ｏｎｅ　ｓｉｄｅ）滴下されれば、この液体は、毛管力を受けてラムの構造化によって決定される毛管システムを介して拡散する。毛管中のナノチューブの移動度は、実質的には、それらのサイズおよび個々の毛管の形状によって決まる。さらに、表面の状態（形態、親水性）が、ナノチューブの移動に影響を与える。
【０００８】
本発明に関する方法のステップ（ａ）では、第１に、エラストマー材料からなり、一つの表面にリリーフ構造を備えたラムが用意される。表面にリリーフ構造を有するエラストマー材料からなる、このタイプのラム、鋳型、またはマスクは、本発明において用いられるように、例えばレプリカによって製造できる。このレプリカとは、軟リソグラフィー（ｓｏｆｔ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）から知られているように（参照：例えばＸｉａ他『応用化学（Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ　Ｃｈｅｍｉｅ）』１９９８年、１１０、Ｐ．５６８〜５９４）、同様に所定の表面リリーフ構造を有するマスターに鋳造された（ｂｅｉｎｇ　ｃａｓｔ　ｏｖｅｒ）エラストマーの液体ポリマー前駆体によって型取りされたものである。特に本発明に関する方法に用いることのできる構造化されたラムは、例えば、幅および高さが０．０５μｍ〜１０．０μｍ、好ましくは０．３μｍ〜１０．０μｍの範囲であり、長さが０．１μｍ〜１．５ｃｍの範囲である構造とすることが可能である。
【０００９】
ラムのエラストマー材料は、ポリジアルキルシロキサン、ポリウレタン、ポリイミド、架橋ノボラック樹脂から選択されることが好ましい。ラムのエラストマー材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることがより好ましい。ＰＤＭＳは、低表面エネルギーを有し、化学作用を起こさない。さらに、ＰＤＭＳは、均質的であり、等方性であり、光学的に３００ｎｍまで透明である。
【００１０】
本発明の一実施形態では、基板およびパターン化されたラムによって形成されたミクロ液体毛管システムを介したナノチューブの分散液の拡散を改善するために、ラムは、ステップ（ｂ）が行われる前に、好ましくは酸素プラズマを用いることによって親水化されるのがよい。
【００１１】
本発明に用いられたナノチューブは、単層と多層とのいずれの構造であってもよい。多層ナノチューブの場合には、少なくとも１つの内部ナノチューブが、外部ナノチューブによって同軸上に取り囲まれている。本発明に関する方法において使用できるナノチューブは、カーボンナノチューブ、窒化硼素をドープされたカーボンナノチューブ、または、酸化したカーボンナノチューブであることが好ましい。特に、カーボンナノチューブが好ましい。
【００１２】
ステップ（ｃ）では、ナノチューブは、極性有機溶媒（ｐｏｌａｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌｖｅｎｔ）に分散されていることが好ましい。このような溶媒の例として、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、メタノールおよびエタノールを挙げることができる。特に、ジメチルホルムアミドが適している。それに代わるものとして、ナノチューブは、水中に分散されていてもよい。このタイプの分散液におけるナノチューブの濃度は、通常１〜３０ｍｇ／ｌである。ＤＭＦでは、濃度は例えば≦２５ｍｇ／ｌである。
【００１３】
本発明によりナノチューブを蒸着する目標となるように構造化された平らな基板は、いかなる限定も受けない。例えば、この基板を、例えばＳｉウェハのようなシリコン、リン化ガリウム、リン化インジウム、ガラス、酸化アルミニウム、または酸化珪素から選択してもよい。
【００１４】
ラムを平らな基板に接触させるか、あるいは、塗布することによって、ラムの窪みと平らな基板表面との間の空間を構成している１つまたはそれ以上の毛管を含んだミクロ液体毛管システムが製造される。基板およびラムによって形成されたミクロ液体毛管システムの１つまたはそれ以上の毛管の幅および高さは、それぞれ０．０５μｍ〜１０．０μｍ、好ましくは０．３μｍ〜１０．０μｍの範囲にあり、それらの毛管の長さは、０．１μｍ〜１．５ｃｍの範囲にあることが好ましく、それらの範囲は、ラム表面をリリーフ状に構造化またはパターン化することで予め決定されるものである。仮にナノチューブの分散液がある面に滴下されても、この溶液は、ナノチューブ分散液の分散に使用しなければならなかったポンプシステムを用いることなく、毛管作用により、ラムの窪みと平らな基板表面との間の空間に流れる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、ナノチューブを、本発明に関する方法のステップ（ｄ）が行われる前に、磁界作用によって配向してもよい。このように、磁界の影響を用いてナノチューブの配向することは、例えばフジワラ他『Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．』Ａ１０５、４３８３（２００１年）によって開示されている。
【００１６】
ナノチューブが酸化カーボンナノチューブである場合、本発明に関する方法のステップ（ｄ）が行われる前に、これらのナノチューブを、電圧の印加によって配向することもできる。このタイプの酸化カーボンナノチューブは、例えばＤＥ１００　３８　１２４　Ａ１によって開示されている。このタイプの酸化カーボンナノチューブは、外壁において、化学的電荷（ｃｈａｒｇｅｄ）基、特にカルボキシル基を有していてもよい。そして、このタイプの表面電荷が供給されるカーボンナノチューブは、それらに従って作用するような方向をもつ力によって、カーボンナノチューブに適した電位によって引き付けられるか、またははね返される。
【００１７】
分散液の蒸着後、溶媒は、場合によっては温度上昇時に、例えばデシケーターを用いて乾燥することによって除去され、次に、ラムが除去される。構造化された形状に配置または使用されていたナノチューブは、平らな表面の適切な場所に位置している。
【００１８】
本発明の方法と関連して、ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことによって複数の平面を形成することもできる。このことを、例えば、ステップ（ａ）〜（ｅ）を一度実行した後で、パターン化されていない（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ　ｐａｔｔｅｒｎｅｄ）リリーフ構造を有するラムがその都度ステップ（ａ）で用いられるという条件付きで、ステップ（ａ）〜（ｅ）を１回または数回繰り返すことによって達成できる。あるいは、このことを、１度目のステップ（ａ）〜（ｅ）が行われた後で、ステップ（ｂ）においてラムが基板に塗布されるという条件付きで、連続したステップを１回または数回繰り返すことによって達成できる。この基板は、複数のナノチューブが互いに異なる向きになるように、好ましくは互いに交差するように層状に蒸着することにより予め構成されたものである。
【００１９】
本発明に関する方法は、分散に必要なポンプシステムをも必要とせずに、絶縁性ナノチューブを平らな表面に蒸着させる点において有利である。なぜなら、本発明に関する方法は、毛管力を使用しているからである。さらに、本発明に関する方法は、ナノチューブの次の配向を行い、ステップの適切な順番を繰り返すことによって、複雑な構造を形成できる。
【００２０】
さらに、本発明は、幅が０．０５μｍ〜１０．０μｍであり長さが０．１μｍ〜１．５ｃｍであるナノチューブの分散構造が、少なくとも１つの表面上に規則的に配置されている基板を備えている電子部品に関する。好ましい一実施形態では、ナノチューブは、チューブ軸に基づいて、互いに実質的な平行をなすように配向されている。
【００２１】
本発明を、以下の例を用いて詳述する。
【００２２】
初めに、ラムを、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を有する所定のマスターを充填することによって製造する。構造化されたマスターの表面に位置するＰＤＭＳを、熱処理（６０℃で１時間）することによって硬化する。次に、表面が構造化されたＰＤＭＳラムをマスターからいかなる残留物をも残さずに除去する。水滴またはナノチューブの分散液が毛管を介して拡散できるように、ＰＤＭＳを、酸素プラズマを用いることによって、平らな表面と接触させる前に親水化する。構造化されたＰＤＭＳラムを平らな基板であるＳｉウェハと接触させると、１つまたはそれ以上の毛管を備えたミクロ液体毛管システムが形成される。このシステムは、ラムの窪みと平らな基板表面（毛管の幅：０．３５〜１０．０μｍ、毛管の長さ：１．５ｃｍまで）との間の空間を形成している。これらの通路または毛管を、ＤＭＦにおいてカーボンナノチューブの分散液の１滴がある面に塗布されたときに完全に充填する。この液体を乾燥した（デシケーター内で１２時間）後、構造化されたＰＤＭＳラムを除去する。そして、試験片を、走査型電子顕微鏡画像を用いて検査する。図１および図２は、Ｓｉウェハに供給されたカーボンナノチューブを示すＳＥＭ画像である。
【００２３】
他の変型例では、カルボキシル基が多層ナノチューブの外壁に存在しているがゆえに負電荷が供給される酸化カーボンナノチューブをアノードに搬送するために、ＤＣ電圧（２Ｖ）が印加される。この場合、通路または毛管は、初めに蒸留水で充填され、次に、このタイプのＤＭＦにおけるカーボンナノチューブ分散液が注入される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉウェハに供給されたカーボンナノチューブを示す走査型電子顕微鏡画像である。
【図２】Ｓｉウェハに供給されたカーボンナノチューブを示す走査型電子顕微鏡画像である。
【図１】
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【図２】
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