(57)【要約】【課題】分散剤中に分散させた針状物質であるカーボンナノチューブを効率よく配向させる。【解決手段】  発熱体２を備えたヒータボード３と吐出口４に向けて窄まったテーパ形状のノズル７が形成されているオリフィスプレート５とにより液流路６が形成されている。吐出口４の直径はカーボンナノチューブ１５の直径より大きく、かつカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さく形成されている。オリフィスプレート５の気泡発生領域１２上流側には後方規制部１１が形成されている。発熱体２は、分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５の沈降を防止するため、制御部から信号に基づき、微細な気泡を繰り返し発生消滅させて分散剤１４を脈動させることが可能である。気泡発生領域１２における気泡の発生に基づく圧力により吐出方向Ａに概ね配向されたカーボンナノチューブ１５が分散剤１４とともに吐出口４から吐出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
針状物質が分散された分散剤を吐出口から吐出する液体吐出装置であって、
前記吐出口に連通するノズルの形状が、前記吐出口に向かうにつれて窄まるテーパ形状であり、前記テーパ形状の最大径は、前記針状物質の長さより大きく、前記吐出口の直径は、前記針状物質の直径よりも大きく、かつ前記針状物質の長さよりも小さい、針状物質を配向させる液体吐出装置。
【請求項２】
前記針状物質はカーボンナノチューブである請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記テーパ形状のテーパ角度は３０度以下である請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記吐出口の直径は、前記針状物質の直径の３倍〜１００倍の範囲である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記吐出口の直径は、前記針状物質の直径の３倍〜３０倍の範囲である請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
電気エネルギを熱エネルギに変換し、該熱エネルギにより発生した気泡によって前記分散剤を前記吐出口から吐出させる電気熱変換素子を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
圧電素子によって前記分散剤を前記吐出口から吐出させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記分散剤を脈動させる振動手段を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記振動手段が、電気熱変換素子である請求項８に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記振動手段が、圧電素子である請求項８に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
前記ノズル中の前記分散剤に対して正圧または負圧を印加することで吐出特性を回復する回復手段を有する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１２】
前記吐出口に当接して前記吐出口から外部へと前記分散剤を吸引することで吐出特性を回復する回復手段を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１３】
針状物質を配向させる基材を配置する工程と、
前記針状物質が分散された分散剤を吐出する吐出口に連通するノズルの形状が前記吐出口に向かうにつれて窄まるテーパ形状であり、前記テーパ形状の最大径は前記針状物質の長さより大きく、前記吐出口の直径は前記針状物質の直径よりも大きくかつ前記針状物質の長さよりも小さいノズルを用いて、前記分散剤を前記基材に吐出させることで、前記針状物質を前記基材に配向させる配向工程と、を含む針状物質の配向方法。
【請求項１４】
前記針状物質はカーボンナノチューブである請求項１３に記載の針状物質の配向方法。
【請求項１５】
前記ノズル内の前記分散剤を脈動させる工程を含む請求項１３または１４に記載の針状物質の配向方法。
【請求項１６】
前記配向工程で、前記針状物質を配向させるための溝が設けられた前記基材の前記溝に対して前記分散剤を前記吐出口から吐出させる請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の針状物質の配向方法。
【請求項１７】
前記基材を配置する工程で、前記吐出口から吐出された前記分散剤の液滴が、前記分散剤の表面張力により略球形になる前に前記基材に到達する位置に前記基材を配置する請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の針状物質の配向方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、針状物質を分散させた分散剤を吐出して基材等に供給することで、針状物質を配向させる、液体吐出装置および針状物質の配向方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
針状物質の代表的な例として、最近注目されているカーボンナノチューブは、黒鉛構造の基礎構造であるｓｐ２炭素が結合した面状の炭素結合構造をナノオーダで屈曲させ円筒状にした原子配列を有し、多くの優れた性質を有することから様々な分野に応用されている。特に良導体にも半導体にも成り得るその電気的特性から電子素材として多く利用されている。その一つの例としてＭＯＳトランジスタへの応用がある。
【０００３】
図８は、従来のＭＯＳトランジスタの構造の一例を示す模式図である。シリコン基板２１０上のＳｉＯ2膜２１１上に複数のカーボンナノチューブ２０４を一方向に配向して配置し、ソース２１２、ドレイン２１３、ゲート２１４のそれぞれの電極をフォトリソグラフィで形成する。その後、ソース・ドレイン間に高電圧を印加して良導体のカーボンナノチューブのみを切断して、半導体特性を有するカーボンナノチューブ２０４のみを残すことでＭＯＳトランジスタを構成している。
【０００４】
このほか、カーボンナノチューブの応用例としては、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）の電子源がある。カーボンナノチューブには電圧をかけるとその先端から電子を放出する性質がある。そこで、多数のカーボンナノチューブを同一方向に束にして１つの電子放出素子とし、それを２次元的に配列してＦＥＤの電子源とするものもある。これ以外にもカーボンナノチューブは様々な分野に応用されているが、ほとんどの場合でカーボンナノチューブを一方向に配列して使用することが必須となっている。
【０００５】
カーボンナノチューブを配向する方法としては、特許文献１〜４が開示されているが、これらは全てＦＥＤの電子源に関するものである。特許文献１ではカーボンナノチューブを含む物質を円筒容器に閉じこめ、円筒容器を延伸することによって容器内のカーボンナノチューブを延伸方向に配向させている。一方、特許文献２ではセラミックシートにスルーホールを多数形成し、そこにカーボンナノチューブを分散させた導電ペーストを押し込むことによりスルーホール内に基板と垂直な方向にカーボンナノチューブを配向させている。そして、特許文献３では配向させる基材表面上に予めギザギザ形状などの物理的形状を形成させておき、そこにスクリーン印刷法やスピンコート法によりカーボンナノチューブを分散させたペーストを塗布することによって基材表面上にカーボンナノチューブを垂直に配向させている。特許文献４では、金属膜表面に微細な窪みを多数形成し、その上にカーボンナノチューブを配置することで、金属膜表面に対して垂直にカーボンナノチューブを配向させている。
【特許文献１】特開２０００−２０８０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−９３４０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１９５９７２号公報
【特許文献４】特開２００３−１９７１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で開示されている方法では配向させるまでに複雑な工程が必要であり、さらにそれをＦＥＤの電子源として利用するにはマトリックス状に配列しなければならず多くのプロセスを経なければならなかった。また、特許文献２、３で開示されている技術においても、手軽にカーボンナノチューブを配向をさせることは困難であった。特許文献４に開示されている方法においては、もともとランダムな方向を向いているカーボンナノチューブを窪み構造に配置しているだけなので、配向精度に問題があった。
【０００７】
一方、発明者らは鋭意研究の結果、溝が形成された基材上に、分散剤中に分散させた針状物質を供給し、さらに基材上をスキージで掃引することでこの溝内に落とし込んで溝の内壁に針状物質を倣わせることで針状物質を容易に配向させることができる技術を開発した。
【０００８】
本発明は、本発明者らが開発した上述の配向方法の効率をさらに高めることが可能な針状物質を配向させる液体吐出装置および配向方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出装置は、針状物質が分散された分散剤を吐出口から吐出する液体吐出装置であって、吐出口に連通するノズルの形状が、吐出口に向かうにつれて窄まるテーパ形状であり、テーパ形状の最大径は、針状物質の長さより大きく、吐出口の直径は、針状物質の直径よりも大きく、かつ針状物質の長さよりも小さくしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、針状物質が分散された分散剤を吐出するノズル形状をテーパ形状にし、テーパ形状の最大径を針状物質の長さより大きくし、吐出口の直径を針状物質の直径よりも大きくかつ針状物質の長さよりも小さくすることで、針状物質の配向方法の効率をさらに高めることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
針状物質の代表例として、本実施例においてはカーボンナノチューブの例を示す。
【００１２】
図１に本実施形態の液体吐出装置である、カーボンナノチューブ供給装置の要部であるカーボンナノチューブ供給ヘッドの側断面図を示す。
【００１３】
本実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１は、カーボンナノチューブを配向させるための基材に対してカーボンナノチューブを分散させた分散剤を吐出して供給するものである。
【００１４】
カーボンナノチューブ供給ヘッド１は、カーボンナノチューブ１５が分散された分散剤１４（図２参照）を吐出させる為の吐出エネルギ発生素子として、発熱体２を備えている。発熱体２は、電気エネルギを熱エネルギに変換し、分散剤１４に熱エネルギを作用させる電気熱変換素子である。発熱体２を備えた第１の基板であるヒータボード３と、下流壁１３とノズル７が形成された第２の基板であるオリフィスプレート５とを接合されることで液流路６を形成する。吐出口４からは、カーボンナノチューブが分散された分散剤が吐出される。
【００１５】
液流路６は後述するノズル７を介して吐出口４に連通しているとともに、複数の液流路６に分散剤１４を供給するための不図示の分散剤供給室に連通しており、吐出口４から吐出された分散剤１４に見合う量の分散剤１４をこの分散剤供給室から受け取る。すなわち、カーボンナノチューブ１５を含んだ分散剤１４は分散剤供給室から図中矢印ａ方向（下流方向）に流入することとなる。
【００１６】
また、発熱体２と分散剤１４との接する面の近傍領域には、発熱体２が急速に加熱されて分散剤１４に発泡を生じさせる気泡発生領域１２が存在する。
【００１７】
ヒータボード３に対向して配置されたオリフィスプレート５には、吐出口４に向けて窄まったテーパ形状のノズル７が形成されている。このノズル７および吐出口４は気泡発生領域１２に対応する位置に形成されている。本実施形態で使用可能なカーボンナノチューブ１５の大きさの範囲は、直径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ、長さは数μｍ〜数１０μｍのものが好ましい。カーボンナノチューブを配向させる為に、ノズル７の形状は、吐出口４の直径はカーボンナノチューブ１５の直径より大きく、かつカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さく形成されている。好ましくは、吐出口４の直径がカーボンナノチューブの直径の約３倍〜約１００倍、より好ましくは、数倍〜数十倍、具体的には３倍〜３０倍の程度の範囲である。テーパ部の最大径は、カーボンナノチューブの長さ以上で、テーパ角度１６のθは３０°以下が望ましく、角度を小さくしたほうが配向性が向上するが、角度が小さすぎてもオリフィスプレートが厚くなってしまう為、より好ましい範囲は、テーパ角度が１０°〜３０°の範囲である。
【００１８】
本実施例においては、直径が２０ｎｍ、長さが２０μｍのカーボンナノチューブを用いる為、吐出口の直径は数百ｎｍ以下で、テーパの最大径が数十μｍ以上となるように形成されたヘッドが好ましく、本実施例においてが、吐出口径が３００ｎｍ、テーパの最大径が３０μｍのものを用いる。なお、ノズル７の形成にはフォトリソグラフィにより、上記寸法となるようにデフォーカスで形成するのが好ましい。
【００１９】
また、オリフィスプレート５の液流路側の、気泡発生領域１２の上流側には、後方規制部１１が形成されている。この後方規制部１１は、流動抵抗を高めるために液流路６の断面積を部分的に小さくしており、これにより、分散剤１４の発泡エネルギが上流側に逃げるのを阻止して分散剤１４を効率よく吐出することができる。気泡発生領域１２より下流側は、オリフィスプレート５の下流壁１３により封止されている。
【００２０】
次に、本実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１の吐出動作について説明する。
【００２１】
図２は、吐出口から吐出されようとしている、カーボンナノチューブを分散させた分散剤の様子を示した模式図である。
【００２２】
ノズル７に対応する位置に設けられた発熱体２に不図示の制御部から供給される電気エネルギが印加されると、発熱体２は発熱し、発熱体２に接触する分散剤１４に気泡（不図示）が発生する。気泡発生領域１２における気泡の発生に基づく圧力により液流路６内の分散剤１４は、ノズル７側、下流側および上流側に移動しようとする。ここで、下流側への分散剤１４の移動は下流壁１３により阻止され、上流側への分散剤１４の移動は後方規制部１１が抵抗となり、移動量が規制される。一方、ノズル７は吐出方向に向けて窄まったテーパ形状であるため吐出口４に向かうにつれ流動抵抗は大きくなるが、下流壁１３および後方規制部１１の存在により分散剤１４はノズル７内へと流れ込むこととなる。ノズル７内を吐出口４に向けて移動する分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５はノズル７が吐出口４に向けて窄まったテーパ形状であるため、吐出口４に向かうにつれカーボンナノチューブ１５が長手方向に配向されていくこととなる。
【００２３】
吐出口４の直径は上述したようにカーボンナノチューブ１５の直径より大きく、かつカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さく形成されているため、吐出口４を通過する際にカーボンナノチューブ１５は分散剤１４中で吐出方向Ａに向けて配向され、吐出されることとなる。
【００２４】
なお、吐出口４から基材までの距離は、できるだけ近距離、すなわち、分散剤１４の表面張力により、吐出口４から吐出された分散剤１４の液滴が略球形となるまでに到達可能な距離に設定すると好適である。これは以下の理由によるものである。
【００２５】
液流路６内での分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５は配向されていないが、ノズル７のテーパによって徐々に配向されてゆき、最終的に吐出方向Ａに配向されて吐出される。吐出直後の分散剤１４の形状は吐出方向Ａに延びた形状となり、内部のカーボンナノチューブ１５も吐出方向Ａに配向された状態となっている。また、分散剤１４は配向されたカーボンナノチューブ１５を含んでいることで吐出方向Ａに向けて延びた形状を維持しようとするが、その一方で、分散剤１４は表面張力により球形になろうとするため、吐出方向Ａに配向されたカーボンナノチューブ１５が分散剤１４内でランダムな方向に向いてしまうおそれがある。このため、分散剤１４内で配向された状態で基材に供給するべく、基材とカーボンナノチューブ供給ヘッド１との距離はできるだけ近距離にし、分散剤１４が表面張力の影響を大きく受けて球形になろうとする前に基材に到達するようにするのが好ましい。
【００２６】
なお、制御部は、発熱体２に対して、分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５の沈降を防止するため、分散剤１４の吐出時以外にも電気エネルギを印加するものであってもよい。分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５が沈降すると、カーボンナノチューブ１５がノズル７あるいは吐出口４に詰まり、分散剤１４の吐出特性を低下させてしまう場合がある。これを回避するため、制御部は発熱体２に対して、分散剤１４を吐出させるほどの電気エネルギを印加するのではなく、微細な気泡を繰り返し発生消滅させるように、例えば電気エネルギを断続的に印加する。すなわち、発熱体２を振動手段として用いることで分散剤１４を脈動させてカーボンナノチューブ１５の沈降を抑制し、分散剤１４の吐出特性の維持を図ることができる。なお、カーボンナノチューブ１５の沈降を抑制するためには、分散剤１４を吐出するための発熱体２を用いるのではなく、沈降防止用に、別途、発熱体２と同様の機構の電気熱変換素子を液流路６内に設けるものであってもよい。
【００２７】
また、本実施形態のカーボンナノチューブ供給装置においては、吐出特性を回復するための回復手段を有するものであってもよい。ノズル７に滞留した分散剤１４は吐出口からの蒸発により増粘して吐出特性を低下させる。また、吐出動作を繰り返しているとノズル７および液流路６に残留気泡が生じて吐出特性を低下させる。このため、回復手段は、液流路６内の分散剤１４に正圧、あるいは負圧を印加してノズル７に詰まった分散剤１４や残留気泡を除去する構成とするのが好ましい。回復手段は、液流路６の上流側に設けておき、液流路６内の分散剤１４に正圧を印加して吐出口４に詰まった分散剤１４を吐出口４より吐出して排出させるものであってもよいし、あるいは、回復手段によって負圧をかけて吐出口４に詰まった分散剤１４や残留気泡を液流路６の上流側に吸引するものであってもよい。なお、このような構成とした場合、回復手段を吐出特性の回復のみに用いるのではなく、上述したカーボンナノチューブ１５の沈降抑制のために、正圧と負圧を交互に分散剤１４に対して印加するものであってもよい。この他、回復手段をカーボンナノチューブ供給ヘッド１の外部に設け、吐出口４に直接当接させて吐出口４に詰まった分散剤１４や残留気泡を吸引除去するものであってもよい。
【００２８】
さらに、発熱体２を回復手段として用いるものであってもよい。すなわち、振動手段である発熱体２によって分散剤１４を脈動させて吐出特性を回復させるものであってもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では気泡の発生により分散剤１４を吐出させているため、溶剤のような比較的粘度の低い分散剤を使用している。本実施形態においては、インクジェットで吐出できるレベルの粘度の中で、比較的粘度の高いものをペーストと呼ぶ。分散剤１４に、導電性ペーストや、絶縁性の分散剤として、樹脂系ペーストのような粘度の高いものと使用する場合には、後述するようなピエゾ素子を用いたカーボンナノチューブ供給ヘッドのほうが好適である。
【００３０】
図３にカーボンナノチューブを配向するための基材の一例を示す。
【００３１】
図３に示す基材２０の表面には、複数の溝２１が形成されている。基材２０の材質に特に制限はなく、セラミックや樹脂のような絶縁体であっても、シリコンウエハや金属などの半導体や良導体で良い。さらに、シリコン基板上にＳｉＯ2などの酸化膜があっても特に問題はなく、基材２０の表面の平面度が確保されていれば材質は問わない。
【００３２】
溝２１は、その断面形状が頂点を下方としたＶ字形状であり、基材２０に所定の間隔を空けて略平行に形成されている。この溝２１は、後述するようにカーボンナノチューブ１５をこれら溝２１の中に落とし込み、溝２１の側壁２２に倣わせることでカーボンナノチューブ１５を配向させるためのものである。よって、溝２１の寸法は、カーボンナノチューブ１５を溝２１に落ち込ませることが可能なように溝２１の開口部分の幅ｗはカーボンナノチューブ１５の直径よりも大きくなるように形成されている。また、溝２１に落ち込んだカーボンナノチューブ１５を側壁２２に倣わせるために幅ｗはカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さくなるように形成されている。
【００３３】
なお、溝２１の断面形状は、図３にはＶ字形状のものを一例として示しているが、カーボンナノチューブ１５の配向が可能な形状であればこれに限定されるものではなく、矩形、台形、半円形、半楕円形等であってもよい。なお、本実施形態では溝２１の断面形状がＶ字形状であるため、カーボンナノチューブ１５を側壁２２に倣わせて配向するが、例えば断面形状が矩形の場合は溝の底面にもカーボンナノチューブは倣い配向されることとなる。すなわち、溝形状は、カーボンナノチューブを溝の内壁に倣わせて配向することができればいかなる形状であってもよい。
【００３４】
本実施形態で使用可能なカーボンナノチューブ１５の大きさは、上述したように、直径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ、長さは数μｍ〜数１０μｍの範囲のものが好ましく、本実施例においては、直径が２０ｎｍ、長さ２０μｍのカーボンナノチューブを使用するので、溝２１の幅ｗはカーボンナノチューブ１５の長さより短ければ良いが、配向性を向上させるためカーボンナノチューブ１５の直径の数１０倍程度とし、長さＬはカーボンナノチューブの長さの約１．２倍以上が好ましい。本実施形態においては、幅ｗが５００ｎｍ、長さＬが２５μｍ以上の溝２１を用いる。ただし、溝２１の長さＬについては用途によっては配向してから切断しても良いため、さらに長くしても構わない。ＦＥＤの電子源を形成する場合には、溝２１の幅ｗは５００ｎｍ程度、長さＬは１ｍｍ程度が好適である。なお、本実施形態では、溝２１の長さＬは基材２０の長手方向長さより短いものを一例として示しているが、溝２１の長さＬを基材２０の長手方向長さと同じとしてもよい。
【００３５】
溝２１の形成はイオンビームや電子ビーム、さらには可視光以下の波長の光ビームで形成しても良いし、ラビング法によっても良い。また、基材２０がシリコンウエハの場合にはドライエッチングや異方性エッチングによっても溝２１を形成することもできる。
【００３６】
以上のようにして基材２０に形成された各溝２１に対して、本実施形態のカーボンナノチューブ供給装置からカーボンナノチューブ１５を分散させた分散剤１４が吐出される。溝２１への吐出は、溝２１の長手方向にノズル７を移動させながら行うものであってもよい。各溝２１内に吐出されたカーボンナノチューブ１５を含む分散剤１４は図に示すスキージ２５により掃引されることで、溝２１内に均一に拡げられる。この拡げる工程において溝２１からはみ出した分散剤１４に含まれるカーボンナノチューブ１５はスキージ２５の掃引により隣接する他の溝２１に落とし込まれる。また、カーボンナノチューブ供給装置によって、溝２１以外に分散剤１４が供給された場合にもスキージ２５によって溝２１に落とし込まれる。
【００３７】
さらに、溝２１からはみ出した分散剤１４は、さらにスキージ２５によって溝面２０ａを掃引することで掻き取り、再利用してもよい。
【００３８】
なお、図３に示すように基材２０の表面に溝２１が平行に形成され、この溝２１の長手方向にカーボンナノチューブ１５を配向する場合、カーボンナノチューブの吐出方向Ａは、図中に示されるように基材２０の表面に対して数°〜数１０°の角度をもって吐出するものであってもよいが、これに限定されるものではない。すなわち、分散剤１４内で概ね配向されているカーボンナノチューブ１５の配向状態が溝２１の内壁に衝突した際に崩れないようにするため、基材２０の表面に対して９０°以下の角度で吐出するものであれば良い。
【００３９】
このように、本発明を利用することで、基材上に形成された溝内でカーボンナノチューブを配向させる場合に、溝内に予め配向されたカーボンナノチューブを直接供給することができるとともに、溝以外に供給されることで配向されずに無駄となるカーボンナノチューブを減らすことができる。
【００４０】
図４は、上述した基材２０をステージ２６に配置し、さらに、スキージの移動方向を図３と変えた例を示す。
【００４１】
スキージ２５によりカーボンナノチューブ１５を溝２１に落とし込む際の、スキージ２５の移動方向についても特に指定はない。しかし、図３に示すように、溝２１の長手方向と略平行になるようにスキージ２５を配置し、溝２１の長手方向と垂直方向にスキージを往復移動させるよりは、図４に示すように、溝２１の長手方向と略垂直方向にスキージ２５を配置し、溝２１の長手方向と略平行に往復移動させる方式のほうが、溝２１に落ち込んでいるカーボンナノチューブを掻きだすことが少なく、溝２１以外の基板面２０ａ上に配向せず残留するカーボンナノチューブ１５を回収することができ効率が良い。  さらに、本実施形態では気泡の発生により分散剤１４を吐出させているため、溶剤のような比較的粘度の低い分散剤を使用しており、溝のペースト中の溶剤を蒸発させる為、加熱工程にて加熱するのが望ましい。より好ましくは、カーボンナノチューブを含む分散剤の付与、溝面の掃引、加熱工程、とを繰り返し行うことで、溝２１にカーボンナノチューブをより高密度に落とし込むことが可能となる。加熱工程は、例えば、基材２０を保持するステージ２６にヒーターを内蔵させて基材２０を加熱しても良いし、あるいは、外部の加熱処理機構によって加熱を行うものであってもよい。
【００４２】
このようにして作製したカーボンナノチューブの配向ユニットに、ソース、ドレイン、ゲート等の各電極をフォトリソグラフィ、あるいはインクジェット法によって形成することで、ＭＯＳトランジスタの製造が可能となる。
【００４３】
図５にカーボンナノチューブを配向するための基材の他の例を示す。
【００４４】
図３、図４に示した基材２０の溝２１は横長で、基材２０の溝面２０ａに対して略平行に形成されていたのに対し、図５に示す基材３０には、円錐台形状の開口部３１ｂと、この開口部３１ｂに連通する円筒形状の保持部３１ｃとからなる穴形状の溝３１が複数形成されている。図５に示す基材３０も溝３１にカーボンナノチューブ１５を落とし込むことでカーボンナノチューブ１５を配向させる点では同様であるが、図３、図４に示す例の場合、基材２０の溝面２０ａに対して略平行にカーボンナノチューブ１５を配向させたのに対し、図５に示す例の場合、保持部３１ｃの内壁である側壁３１ａに倣わせることで、溝面３０ａに対してカーボンナノチューブ１５が略垂直に立つようにして配向させる。
【００４５】
開口部３１ｂおよび保持部３１ｃの直径はカーボンナノチューブ１５の直径より大きく、また、保持部３１ｃの直径はカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さい。
【００４６】
なお、図５にはカーボンナノチューブ１５が溝３１に落ち込みやすいようにカーボンナノチューブ１５が入り込む側を拡げた円錐台形状の３１が形成された形状を一例として示したがこれに限定されるものではなく、開口部３１ｂが形成されておらず、保持部３１ｃのみ、すなわち、単なる円筒形状とするものであってもよい。
【００４７】
また、溝面３０ａに残留したカーボンナノチューブ１５の除去および回収による再利用は、カーボンナノチューブ１５の長さが溝３１に深さよりも短い場合は、上述したスキージによる掃引方法を用いて回収除去することができる。一方、カーボンナノチューブ１５の長さが溝３１に深さよりも長い場合は、純水などにより基材３０の表面を洗浄することによって溝面３０ａから押し流し、押し流したカーボンナノチューブ１５を不図示の回収手段で回収して再利用する方式が好ましい。
【００４８】
さらに、溝２１にカーボンナノチューブをより高密度に落とし込む為に、カーボンナノチューブを溝３１に付与する工程の後に、上述したような溶剤を蒸発させる加熱工程を含んでも構わない。
【００４９】
図６は、基材に略垂直方向にカーボンナノチューブをさらに高密度かつ均一に充填するための他の例を示す。
【００５０】
図６の溝３１は図５の溝３１で説明したものと同様であるが、基材３０の裏面まで貫通している形状であるとする。
【００５１】
基材３０を保持するステージ３６に吸引装置として真空ポンプ３７を設け、基材のステージ側から溝３１内の分散剤を緩やかに吸引しながら繰り返しカーボンナノチューブ入り分散剤を付与する。ステージ３６は多孔質セラミックス等が好ましい。なお、吸引装置は真空ポンプに限定されるものではなく、分散剤を吸引可能であればどのような装置を用いてもよい。吸引圧力は、カーボンナノチューブの直径、長さ、および溝３１の形状（直径等）でほぼ決まる為、まず初めに条件出しで吸引圧力を決定し、その後、得られた圧力によって吸引を行う。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、分散剤１４中に分散されたカーボンナノチューブ１５を、カーボンナノチューブ１５の直径より大きく、かつカーボンナノチューブ１５の長さよりも小さい吐出口４を通過させることで分散剤１４中のカーボンナノチューブ１５を吐出方向Ａに向けて配向させることができる。
【００５３】
また、溝が形成された基材上に吐出する場合には、溝内に直接カーボンナノチューブ１５を供給することができるため、無駄となるカーボンナノチューブ１５を減らすことができるとともに、予めカーボンナノチューブ１５が配向された状態で供給されるため、カーボンナノチューブ１５の配向をより良好なものとすることができる。
（第２の実施形態）
図７に本実施形態の液体吐出装置であるカーボンナノチューブ供給装置の要部であるカーボンナノチューブ供給ヘッドの側断面図を示す。
【００５４】
本実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１０１は、ヒータボード１０３と、オリフィスプレート１０５に形成されたノズル１０７および吐出口１０４に対応する位置にピエゾ素子１０２を備えた振動板１０３ａを設けている。
【００５５】
すなわち、第１の実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１は気泡を発生させてその圧力で分散剤を吐出する構成であったが、本実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１０１はピエゾ素子１０２に電気信号を印加してピエゾ素子１０２を伸張させて振動板１０３ａを変形させることでカーボンナノチューブを含んだ分散剤を加圧し、これにより液流路１０６に連通する吐出口１０４から分散剤を吐出させる構成である。
【００５６】
なお、その他のカーボンナノチューブ供給ヘッドの構成および効果については、第１の実施形態のカーボンナノチューブ供給ヘッド１と同様であり、吐出される基材や配向方法に関しても同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００５７】
また、分散剤として導電性のペースト、例えば金属微粒子等を溶剤中に拡散させたものを用いた場合にも、基材にカーボンナノチューブ入り分散剤を付与した後に、加熱工程を含む事が好ましい。加熱を行うことで、金属微粒子を焼結させて導電率をさらに高めることが可能となるからである。
【００５８】
以上本実施形態も第１の実施形態と同様に、分散剤中に分散されたカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの直径より大きく、かつカーボンナノチューブの長さよりも小さい吐出口を通過させることで分散剤中のカーボンナノチューブを吐出方向に向けて配向させることができる。
【００５９】
また、溝が形成された基材上に吐出する場合には、溝内に直接カーボンナノチューブを供給することができるため、無駄となるカーボンナノチューブを減らすことができるとともに、予めカーボンナノチューブが配向された状態で供給されるため、カーボンナノチューブの配向をより良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるカーボンナノチューブ供給装置の要部であるカーボンナノチューブ供給ヘッドの側断面図である。
【図２】図１に示すカーボンナノチューブ供給ヘッドの吐出口から吐出されようとしている、カーボンナノチューブを分散させた分散剤の様子を示した模式図である。
【図３】カーボンナノチューブを配向するための基材の一例を示す斜視図である。
【図４】カーボンナノチューブを配向するための基材の一例を示す斜視図である。
【図５】カーボンナノチューブを配向するための基材の一例を示す斜視図である。
【図６】カーボンナノチューブを配向するための基材に吸引手段を設けた例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるカーボンナノチューブ供給装置の要部であるカーボンナノチューブ供給ヘッドの側断面図である。
【図８】従来のＭＯＳトランジスタの構造の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    カーボンナノチューブ供給ヘッド
２    発熱体
３    ヒータボード
４    吐出口
５    オリフィスプレート
６    液流路
７    ノズル
１０    液流路
１４    分散剤
１５    カーボンナノチューブ
【図１】
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【図２】
2005169383.tif 000004
【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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【図８】
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