(57)【要約】受光によって分極する分子を用いた光センサにおいて、基板表面に設けられた一対のソース電極（５ａ）とドレイン電極（５ｂ）とをカーボンナノチューブ（７）によって電気的に接続する。受光により分極が発生する層（１３）を形成する感光性分子が、受光によって分極すると、カーボンナノチューブ（７）のコンダクタンスが変化する。カーボンナノチューブ（７）のコンダクタンスが変化すると、ソース電極（５ａ）とドレイン電極（５ｂ）との間に流れる電流値が変化するため、この変化を検出する。また、カーボンナノチューブ（７）の配向膜を作製することによって、ソース電極（５ａ）とドレイン電極（５ｂ）と間の接続を簡便で良好なものとする。小型で高い精度・感度の光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法が実現される。
2004013915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、
を備えることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の光センサにおいて、前記受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子を主として含むことを特徴とする光センサ。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載の光センサにおいて、前記受光により分極が発生する層は、バクテリオロドプシンを含むことを特徴とする光センサ。
【請求項４】
請求の範囲１乃至３いずれかに記載の光センサにおいて、前記カーボンナノチューブの表面に絶縁層を有することを特徴とする光センサ。
【請求項５】
請求の範囲４に記載の光センサにおいて、前記絶縁層が高分子層であることを特徴とする光センサ。
【請求項６】
請求の範囲４または５に記載の光センサにおいて、前記絶縁層は、前記カーボンナノチューブの側面に高分子が巻回してなる層であることを特徴とする光センサ。
【請求項７】
基板の表面にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、
前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項８】
請求の範囲７に記載の光センサの製造方法において、ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する前記工程は、
カーボンナノチューブの配向膜を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブの配向膜を前記ソース電極およびドレイン電極表面に付着させる工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極、およびソース電極とドレイン電極との間の領域以外に付着したカーボンナノチューブを選択的に除去する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項９】
請求の範囲８に記載の光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、
前記カーボンナノチューブおよび被覆分子を分散媒に分散させた分散液を液体表面に展開することにより、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１０】
請求の範囲９に記載の光センサの製造方法において、前記被覆分子として高分子を用い、前記カーボンナノチューブの表面に高分子層を形成することを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲９または１０に記載の光センサの製造方法において、
前記被覆分子としてタンパク質を分散させた前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲１１に記載の光センサの製造方法において、前記タンパク質が膜タンパク質であることを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１３】
請求の範囲８乃至１２いずれかに記載の光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、カーボンナノチューブとバクテリオロドプシンとを含む分散液を、液体表面に展開してカーボンナノチューブの配向膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１４】
請求の範囲７乃至１３いずれかに記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、受光により分極が発生する分子の単分子膜または積層膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１５】
請求の範囲７乃至１４いずれかに記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、バクテリオロドプシンの配向膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１６】
請求の範囲１４または１５に記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、
受光により分極する分子を含む分散液を液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、
前記受光により分極する分子の配向膜と、前記カーボンナノチューブとを、直接または絶縁層を介して付着させる工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１７】
請求の範囲１乃至５いずれかに記載の光センサを駆動する方法であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の電流を流し、電流値の変化を検知することにより受光した光の強度を検出することを特徴とする光センサの駆動方法。
【請求項１８】
受光により分極する層および該層に近接して設けられたカーボンナノチューブを含むセンサを用いて光強度の検出を行う方法であって、前記カーボンナノチューブに電圧を印加し、前記層の受光によって引き起こされる前記カーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出することを特徴とする光強度検出方法。
【請求項１９】
請求の範囲１８に記載の光強度検出方法において、前記受光により分極する層がバクテリオロドプシンを含むことを特徴とする光強度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法に関する。
【背景技術】  近年、光センサに対し、小型化および高感度化の要請がとみに高まっており、光信号を効率よく電気信号に変換し、検出することのできるセンサの実現が強く望まれている。
本発明者は、こうした要請に鑑み、光照射によって分極する分子（以下適宜感光性分子と呼ぶ）を光検出物質として利用するセンサの開発を進めてきた。こうした感光性分子を光センサの光検知部として用いることができれば、光情報を高感度、高精度で検出できることが期待される。
こうした観点から、本発明者は、すでにバクテリオロドプシンを用いた画像認識素子について公表している（特許文献１参照）。好塩菌の紫膜（Ｐｕｒｐｌｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）を脂質とともに構成するタンパク質であるバクテリオロドプシンは、光受容タンパク質であり、光照射に対し微分型の応答を示す（図１）。
特許文献１に記載の画像認識素子は、このバクテリオロドプシンの応答を、移動物体の輪郭などを抽出する画像センサに利用したものであり、バクテリオロドプシンの配向膜が光によって電気分極した際に画素電極に誘導される誘導電流を検出するものである。この画像認識素子によれば、誘導電流を検出するため、誘導電圧を検出する画像認識素子に比ベノイズが少ない。よって、電極を微小化した際にも信号を検出することができる。また、バクテリオロドプシンの配向膜を用いることにより、光検出部を超薄膜化することができる。
【特許文献１】  特許文献１  特開２０００−２６７２２３号公報
【非特許文献１】  非特許文献１  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，ｐｐ．６６７−６７８（１９７４）
【発明の開示】
ところが、バクテリオロドプシン等の感光性分子の電気分極に起因する信号は小さく、誘導電流を検出する場合においても、必ずしも十分な誘導電流値が得られない。従って、この信号を光センサとして用いる際に、十分な電流値を得るための増幅が必要な場合がある。従来、この増幅系は大がかりな装置を必要とするため、光センサを大型装置に組み込む必要があった。
上記事情に鑑み、本発明は、小型で高感度の光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法を提供することを目的とする。
本発明によれば、基板と、該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備えることを特徴とする光センサが提供される。
本発明の光センサは、光が照射されると、受光により分極が発生する層で分極が起こり、誘起電荷が生じる。ここで、カーボンナノチューブは、電界の強弱によってコンダクタンスが変化する性質を有しているため、上記誘起電荷がトリガーとなってカーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、ソース・ドレイン電極間に流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、受光した光の強度等を検出することができる。
受光により分極が発生する層での分極による信号は小さくても、この信号がトリガーとなって生じるソース・ドレイン電極間の電流値の変化は大きな値となる。したがって、受光の有無を検知するために十分大きな電気的信号を得ることができる。
また、本発明の光センサは、ソース電極およびドレイン電極を接続する配線部材に導電性の高いカーボンナノチューブを用いているため、電極を微小化しても充分な電流値を得ることができる。この結果、光センサのサイズを小型化することができる。これにより、単位面積あたりのソース電極およびドレイン電極数、すなわち画素数を大きくすることができる。
本発明によれば、基板の表面にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光センサの製造方法が提供される。
本発明の光センサの製造方法によれば、ソース電極およびドレイン電極がカーボンナノチューブによって接続され、カーボンナノチューブの上部に受光により分極が発生する層が形成される。したがって、高精度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる。
本発明によれば、前記の光センサの駆動方法であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の電流を流し、電流値の変化を検知することを特徴とする光センサの駆動方法が提供される。
本発明の光センサの駆動方法は、ソース電極とドレイン電極との間に所定の電流が流れている状態とし、受光により発生した分極の程度に応じてカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させ、これにともなう電流値の変化を検知するものである。この電流値の変化の大きさにより、受光した光の強度が検出される。電流値の変化は感光性分子の分極を直接検知する場合に比べて大きいため、感度・精度の高い測定が可能となる。
本発明によれば、受光により分極する層および該層に近接して設けられたカーボンナノチューブを含むセンサを用いて光強度の検出を行う方法であって、前記カーボンナノチューブに電圧を印加し、前記層の受光によって引き起こされる前記カーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出することを特徴とする光強度検出方法が提供される。
本発明の光検出方法においては、光照射により受光により分極する層が分極し、誘起電荷を生じる。この誘起電荷がトリガーとなって、カーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、カーボンナノチューブを流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、光強度を検出することができる。本発明の方法によれば、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる。
本発明の光検出方法において、前記受光により分極する層がバクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。こうすることにより、受光により分極する層での分極を安定で確実に生じさせることができる。したがって、精度、感度の高い光検出方法とすることができる。
本発明の光センサにおいて、前記カーボンナノチューブの表面に絶縁層を有してもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層との間を確実に絶縁することができる。よって、光センサの動作安定性を向上させることができる。
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、高分子層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面が良好に被覆され、絶縁性を安定的に確保することができる。高分子層は、たとえば有機高分子層とすることができる。
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、前記カーボンナノチューブの側面に高分子が巻回してなる層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面を均一に被覆することができる。また、被覆層を強固で安定な層とすることができる。このため、光センサの動作安定性を向上させ、信頼性を向上させることができる。また、高分子が巻回してなる層とすることにより、被覆層の膜厚を減少させることができる。このため、より一層確実にカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させることができる。
なお、本発明において、「高分子」とは、カーボンナノチューブに巻回するために充分な骨格鎖長を有する分子のことをいう。また、高分子がカーボンナノチューブの側面に「巻回」するとは、高分子の分子鎖がカーボンナノチューブ側面を周回して巻き付き、カーボンナノチューブの表面を被覆することをいう。
本発明に係る光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含んでもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層とを確実に絶縁することができる。
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子として高分子を用い、前記カーボンナノチューブの表面に高分子層を形成してもよい。こうすれば、絶縁層の被覆性を向上させることができる。よって、カーボンナノチューブの表面をさらに安定的に絶縁することができる。
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子としてタンパク質を分散させた前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させてもよい。
本発明に係る製造方法によれば、簡便な方法によりカーボンナノチューブの表面に高分子を巻回させることができる。このため、カーボンナノチューブの表面を簡便な方法で被覆することができる。よって、カーボンナノチューブ表面の絶縁性をさらに確実とすることができる。
本発明において、前記高分子はポリペプチドとすることができる。ポリペプチドを用いることにより、その骨格鎖をカーボンナノチューブに安定的に被覆することができる。また、本発明において、前記ポリペプチドは変性タンパク質とすることができる。
また本発明の光センサの製造方法において、前記高分子としてタンパク質を用い、前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることができる。
変性タンパク質は、未変性タンパク質と異なり、一般に疎水部が露出しがちになる。このため、カーボンナノチューブ側面への巻回がより一層容易、確実になる。また、タンパク質の分散液を液体表面に展開することにより、分散液と液体との界面張力によってタンパク質を効率よく変性させ、疎水部を露出させることができる。なお本発明においてタンパク質の「変性」とは、当該タンパク質分子の立体構造の崩壊と機能の失活、または当該タンパク質分子を構成する一次構造すなわちアミノ酸配列の切断以外のコンフォメーション変化のことをいい、コンフォメーション変化の程度に特に制限はない。
本発明において、前記ポリペプチドは膜タンパク質とすることができる。膜タンパク質は多くの場合疎水性の高い領域を有しているため、これを用いることにより、カーボンナノチューブ側面に効率よく吸着し、安定的に巻回させることができる。
以上説明したように本発明の光センサは、基板と、基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備える。このため、受光により分極が発生する層での分極による小さな信号がトリガーとなって、ソース・ドレイン電極間の電流値の変化という大きな電気的信号が得られ、この電流値の変化を検知することによって高い精度・感度で光の検出が可能な光センサおよびその駆動方法が実現される。
また、本発明によれば、高精度・感度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる光センサの製造方法が提供される。
さらに、本発明によれば、カーボンナノチューブに電圧を印加し、受光により分極が発生する層の受光によって引き起こされるカーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出するため、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる光強度検出方法が実現される。
【図面の簡単な説明】    図１  バクテリオロドプシンへの光照射とその電気的応答を示す図である。
図２  実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
図３  実施の形態に係る光センサの一例を示す概略図である。
図４  実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
図５  実施の形態に係る光センサの構造の一部を模式的に示す斜視図である。
図６  カーボンナノチューブの配向膜の作製方法を示す図である。
図７  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
図８  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
図９  タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
図１０  変性タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
図１１  実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。
図１２  バクテリオロドプシンへの光照射による電気分極特性を示す図である。
図１３  実施の形態に係る画像認識素子の出力画像を模式的に示す図である。
図１４  紫膜のＬＢ膜のＩＩ−Ａプロットを示す図である。
図１５  ソース電極およびドレイン電極のカーボンナノチューブを用いた接続方法について模式的に示す断面図である。
図１６  実施の形態に係る電極の構成の一例を示す図である。
図１７  紫膜を支持体としたカーボンナノチューブの配向膜のＡＦＭ像を示す図である。
図１８  支持体を用いずに作製したカーボンナノチューブの配向膜のＡＦＭ像を示す図である。
図１９  実施例に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法を示す図である。
図２０  実施例に係るカーボンナノチューブ構造体のＴＥＭ像を示す図である。
図２１  実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
図２２  実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
図２３  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
図２４  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
図２５  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
図２６  実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明に係る光センサの好ましい実施形態について説明する。図２は、本発明に係る光センサの構成の一例を示す図である。図２において、基板３と、基板３の上に設けられたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂと、これらの間を接続するカーボンナノチューブ７と、カーボンナノチューブ７上に形成された絶縁層１１と、絶縁層１１上に形成された受光により分極が発生する層１３とを含む。
受光により分極が発生する層１３には、受光によって分極する分子（以下適宜感光性分子と呼ぶ）が存在し、受光によって感光性分子が分極し、誘起電荷が生じる。この誘起電荷によりカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化するため、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化する。
図３は、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化する様子を模式的に示した図である。図３において、感光性分子の光電分極によって生じる電荷は、カーボンナノチューブ７のπ電子場を変化させるため、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化すると推定される。このカーボンナノチューブのコンダクタンス変化により、カーボンナノチューブ７を流れる電流値が変化する。図２の光センサでは、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続に、カーボンナノチューブ７を用い、カーボンナノチューブ７の上部に受光により分極が発生する層１３を有するので、カーボンナノチューブ７を介してソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値が変化する。
この電流値の変化を検知することにより、感光性分子の光電分極による小さな信号を、ナノアンペア（１０−９Ａ）程度の電流値変化として検出することができる。したがって、光信号を電気信号に変換する高感度な光センサとすることができる。
本発明の光センサにおいて、ソース電極およびドレイン電極が、前記基板表面に二次元的に配列された構成とすることができる。たとえば、ソース電極およびドレイン電極を、図５に示すように配列することができる。
また、図１６は、ソース電極およびドレイン電極の配置の他の例を示す図である。図１６の配置は、第１の電極１０１と、第１の電極１０１と離間して第１の電極１０１の周辺を囲むように設けられた第２の電極１０２と、を備えている。第１の電極１０１および第２の電極１０２のうち、いずれか一方をソース電極とし、他方をドレイン電極とする。このような電極配置とすれば、ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブで接続することが、比較的容易になり、生産性が良好となる。
本発明の光センサにおいて、図２の光センサのように、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に、絶縁層を備えることとしてもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に電流がリークすることを防止できる。
たとえば、絶縁層がタンパク質を主として含むことができる。こうすることにより、絶縁層を薄膜化することができるため、受光により分極が発生する層で生じた分極が、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化を効果的に導くことができる。
また、絶縁層は、変性タンパク質を主として含んでもよい。たとえば、絶縁層が変性バクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子を主として含む構成とすることができる。たとえば、本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子の配向膜を含む構成とすることができる。こうすることにより、光信号を効率的に集約することができるため光センサの精度、感度を向上させることができる。また、光信号を微小な面積ごとに検出することが可能となり、光センサを小型化することができる。
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層とすることもできる。バクテリオロドプシンは感光性分子であり、かつタンパク質の中では構造安定性が高く、光信号に対して精度よく分極を生じる。したがって、光センサの精度、感度をより一層向上させることができる。また、光センサの耐久性を向上させることができる。配向したバクテリオロドプシンを含む層の具体例としては、配向した紫膜を例示することができる。
図３は、紫膜を用いた光センサの概略構成図である。受光により分極が発生する層１３は紫膜からなり、感光性分子であるバクテリオロドプシン４１および脂質二重膜により構成されている。なお、本明細書においては、このように感光性分子と他の成分とが含まれる場合も含め、タンパク質単分子膜５１、受光により分極が発生する層１３を適宜図２のように模式的に表すこととする。
また、前記受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層が複数積層された層とすることができる。こうすることにより、光センサの感度を向上させることができる。
感光性分子として、たとえば、光電変換機能を有する合成高分子や、生体由来物質を用いることができる。生体由来物質として、たとえば、クロロフィルａなどのポルフィリン環を有する分子などを用いることもできる。
本発明の光センサにおいて、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）および多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）のいずれを用いてもよい。このうち金属的性質のＳＷＣＮＴは、周囲の電子環境によりコンダクタンスが変化しやすい性質を有するため、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続する配線部材として好適に用いることができる。
以下、本発明に係る光センサおよびその製造方法を実施形態により詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態に係る光センサを、図２、図３に示す。基板３上に、カーボンナノチューブ７により接続されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが設けられており、カーボンナノチューブ７により接続されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に絶縁層１１が形成されている。カーボンナノチューブ７はＳＷＣＮＴである。絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３として、タンパク質単分子膜５１が設けられている。受光により分極が発生する層１３の上部には、これを保護するための保護層１５が設けられており、この保護層１５上部に、透明導電層１７および透明基板１９がこの順で設けられている。図２においては、透明導電層１７が接地されているが、オフセット電圧を透明導電層１７に印加してもよい。この場合、たとえば基板３を接地することができる。
本実施形態に係る光センサは以下のように動作する。すなわち、
（Ｉ）ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電流を流す。
（ＩＩ）受光により分極が発生する層１３に含まれる感光性分子が、受光により分極する。
（ＩＩＩ）上記分極をトリガー信号として、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を接続するカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化する。このコンダクタンス変化により、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に流れる電流値が変化する。
（ＩＶ）ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に流れる電流値の変化を測定することにより、光強度を検出する。
あるいは、第２の実施形態で後述するように、上記（Ｉ）のステップに代え、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電圧を印加しつつ電流は流さないものとし、（ＩＩ）のステップでのトリガー信号をスイッチとしてソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電流が流れるようにすることもできる。すなわち、光を受光していない状態では電流が流れないものとし、受光したときに電流がオンとなる動作とすることもできる。この電流値を測定することにより、光強度が検出される。
以上のように本実施形態の光センサにおいては、感光性分子の光誘起電荷は、そのまま検出信号として取り出されるのではなく、ソース・ドレイン間電流を変化させるトリガー信号として利用される。すなわち、感光性分子の光誘起電荷は、ソース・ドレイン間に配置されたカーボンナノチューブのコンダクタンス変化のトリガー信号として用いられ、このトリガー信号により変化するソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ間の電流値が検出されるように構成されている。
本実施形態の光センサに用いるカーボンナノチューブ７を、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）とした場合、周囲の電子状態に応じてコンダクタンスが顕著に変化する。したがって、本実施形態の光センサにおいて、ＳＷＣＮＴによってソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続することにより、感光性分子の光電分極による信号を、ナノアンペア（１０−９Ａ）程度の電流変化として検出することが可能となる。これにより、感光性分子の光電分極を直接検出する場合に比べて、光センサの感度を向上させることができる。
なお、本実施形態の光センサにおいて、光センサに照射される光強度の増加に応じて、バクテリオロドプシンの分極の速度（遅延時間の逆数）が単調増加することが実験的に確かめられている。また、照射される光強度が大きいほど、バクテリオロドプシンの分極によりカーボンナノチューブを介して流れるドレイン電流が増加する。
また、カーボンナノチューブ７として多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）を用いることもできる。たとえば、半導体のＭＷＣＮＴを用いる場合、受光により感光性分子が分極した際にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが通電すると推定される。また、基板およびソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを半導体により構成することができる。
次に、図２に示す光センサの作製方法を説明する。本実施形態の光センサは、以下の工程により作製される。
（ｉ）基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する工程、
（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、
（ｉｉｉ）カーボンナノチューブ７上に絶縁層１１を形成する工程、
（ｉｖ）絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３を形成する工程、
（ｖ）基板３と透明基板１９との接合により積層体を形成する工程。
以下、これらの各工程について図４に示す断面図を用いて説明する。
（ｉ）基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する工程
図４（ａ）に示すように、基板３の一方の表面に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとなる電極対を形成する。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを基板３の表面に二次元的に配置する場合、たとえば図５に示す構成とすることができる。基板３として、たとえば、シリコン、ＳｉＣ、ＭｇＯ、石英等の絶縁体材料あるいは半導体材料を用いることができる。
基板３の表面に、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングまたはウエットエッチング等によってマスクを作製する。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、マスクの設けられた基板３上に、金属の薄板を接着する方法、基板３上に金属を蒸着する方法や、スパッタ法等により形成される。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを構成する金属として、たとえばＴｉ、Ｃｒなどの炭化物を形成しうる金属、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕなどの低抵抗金属や、これらの合金、たとえばＡｕ−Ｃｒ合金、などを用いることができる。特に、炭化物を形成しうる金属を用いることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させることができるため、好ましい。また、Ａｕは貴金属であり、比電気抵抗も低いため、好ましい。
また、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂにＡｕ、Ｐｔなどの貴金属や炭素との親和性が低い金属を用いる場合、カーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させるために、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、ＴｉやＣｒなどの炭化物を形成しうる金属を含む接着層が設けられていることが好ましい。このような電極として、たとえば、Ａｕ上にＴｉ層が形成された電極を用いることができる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させることが可能である。接着層を形成する方法は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属を蒸着する方法があげられる。
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの厚さは、たとえば０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂのソース電極とドレイン電極との間隔は、カーボンナノチューブ７の長さに応じて適宜設計される。たとえば、５０ｎｍ以上１０μｍ以下とする。
なお、基板３の表面に設けられた各ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、第５の実施形態にて後述するように、基板３の裏面側などから配線を介して電流検出手段に接続することができる。こうすることにより、各ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れるそれぞれの電流値を検出することができる。
（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程
図４（ａ）において、基板の表面に形成されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、図４（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ７によって電気的に接続される。カーボンナノチューブ７は、たとえば長さ５０ｎｍ以上１０μｍ以下のものを用いることができる。また、ＳＷＣＮＴまたはＭＷＣＮＴを用いることができる。
ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間をカーボンナノチューブ７によって接続する方法として、たとえば、カーボンナノチューブ配向膜を基板３の表面に付着させる方法、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の探針などを用いてカーボンナノチューブ７を移動させる方法、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの側面から基板３に水平方向に成長させる方法、が挙げられる。本実施形態および第２の実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を基板３の表面に付着させる方法について説明する。他の方法については、第３の実施形態、第４の実施形態において後述する。
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂをカーボンナノチューブ７によって接続する工程は、カーボンナノチューブ７の配向膜を作製する工程と、カーボンナノチューブ７の配向膜をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板表面に付着させる工程と、を含む。また、その後、ソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂ、およびソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間の領域以外に付着したカーボンナノチューブ７を選択的に除去する工程を実施する。
カーボンナノチューブ７の配向膜は、以下のようにして作製することができる。まず、カーボンナノチューブ７およびタンパク質を分散媒に分散させる。分散媒として、有機溶媒の水溶液等を用いることができ、たとえば３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液を用いることができる。タンパク質は、カーボンナノチューブ７を配向させた状態に保つ支持体となる。このような支持体として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシンを用いる。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、たとえば、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，ｐｐ．６６７−６７８（１９７４）に記載の方法を用いることができる。支持体の分散液に、過剰量のカーボンナノチューブ７を加え、超音波分散機などを用いて分散させる。分散液中に残存するカーボンナノチューブ７の凝集物を除去する。
上記により得られたカーボンナノチューブ７および支持体の分散液を、図６に示すように、水槽に張った下層液の液面上に、シリンジなどを用いて静かに展開する。こうすることにより、カーボンナノチューブ７の単分子膜が得られる。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ６１を用いており、下層液としてＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いている。
次に、カーボンナノチューブ７の単分子膜を静置し、タンパク質を下層液の界面張力によって界面変性させる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で５時間以上静置することが好ましい。こうすることにより、変性したタンパク質の凝集物が、カーボンナノチューブ７の支持体となり、カーボンナノチューブ７が配向された状態を維持できるようになる。カーボンナノチューブ７が略平行に配列された単分子膜は、しきり板としてラングミュアトラフの可動式バリア６３を用いて圧縮して得られる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮速度２０ｃｍ２／ｍｉｎで圧縮することが好ましい。カーボンナノチューブ７の配向は、ＡＦＭなどを用いて確認される。図６は、カーボンナノチューブ７の配向膜のＡＦＭ写真であり、白抜きの円内が各カーボンナノチューブ７を示している。
また、図１７は、紫膜を支持体として作製したカーボンナノチューブの配向膜のＡＦＭ像を示す図である。一方、図１８は支持体を用いずにカーボンナノチューブの配向膜を同様に作製した場合のＡＦＭ像を示す図である。図１７および図１８において、ＡＦＭ観察には、生体分子可視化・計測装置ＢＭＶＭ−Ｘ１（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＮａｎｏＳｃｏｐｅＩＩＩａを改造）を用いた。シリコン単結晶（ＮＣＨ）をプローブとして用い、測定モードはタッピングＡＦＭとした。また、測定範囲は、４μｍ×４μｍ（Ｚ１０ｎｍ）とした。
図１７および図１８より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかる。そして、図１７に示すように支持を用いることにより、カーボンナノチューブの配向性が向上し、カーボンナノチューブは略平行に配列していることが確認された。図１８のように、カーボンナノチューブのみを用いた場合、ある程度は配向するものの、成膜時に配向性が低下した。これに対し、図１７の場合、カーボンナノチューブの配向状態が変性バクテリオロドプシンを主として含む支持体によって保持されるため、成膜後も高い配向性を維持することができた。なお、図６、図１７、図１８において、カーボンナノチューブとして、ＣＮＩ社製単層カーボンナノチューブ（Ｏｐｅｎ  ｅｎｄ  ｔｙｐｅ、直径約１ｎｍ、精製純度約９３％）を用いた。
こうして得られたカーボンナノチューブ７の配向膜を、（ｉ）の工程で得られた電極表面に、水平付着法により付着させる。水平付着法とは、基板表面が水面上の配向膜に水平になるよう、基板を液面に接触させ、引き上げることによって、水面上の配向膜を基板の表面に付着させる方法である。
以上により、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３の表面に、カーボンナノチューブ７の配向膜が作製される。
以降の工程を、図７の上面図および図８の断面図を用いて説明する。なお、図７（ａ）〜図７（ｆ）の各工程は、図８（ａ）〜図８（ｆ）の各工程に対応している。
まず、図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、基板３の表面にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する。次いで、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上にカーボンナノチューブ７の配向膜を吸着させる。次いで、図７（ｃ）および図８（ｃ）のように、カーボンナノチューブ配向膜の表面に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１として、たとえばＳｉＯ２などを用いることができる。また、絶縁膜２１の膜厚は、たとえば１ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
次に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ７のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ７を除去するため、図７（ｄ）および図８（ｄ）に示すように、にレジスト膜２５を形成する。次に、図７（ｅ）および図８（ｅ）のように、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、レジスト膜２５の施されていない部分の絶縁膜２１およびカーボンナノチューブ７を除去する。そして、絶縁膜２１を溶解せずレジスト膜２５を溶解する溶液を用いてレジスト膜２５を除去する。
以上により、図７（ｆ）および図８（ｆ）のように、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間にカーボンナノチューブ７を設け、不要な部分のカーボンナノチューブ７は除去された基板３が得られる。
本実施形態では、上述のように、カーボンナノチューブ７上部に絶縁膜２１が設けられているため、これを除去せずに（ｉｉｉ）の工程に進むことができ、絶縁体以外のマスクを施した場合に比べ、製法を簡略化することができる。
なお、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図７（ｂ）および図８（ｂ）以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で１０００℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
また、絶縁膜２１を除去した後、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、（ｉ）と同様にして行うことができる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続するカーボンナノチューブ７が、上下の金属層で挟まれた構成となるため、電気的接触をより良好なものとすることができる。
以上のように、本実施形態においては、カーボンナノチューブ７の配向した単分子膜を用いることにより、簡便に効率よくソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続することができる。そして、図５に示すように、一組のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを画素９として、各画素９の間を流れる電流の検出が可能である。したがって、画素９を微小化することができる。たとえば、１億画素／ｃｍ２とすることが可能となる。
（ｉｉｉ）カーボンナノチューブ７上に絶縁層１１を形成する工程
図４（ｃ）に示すように、（ｉｉ）の工程でソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上に形成されたカーボンナノチューブ７の表面に絶縁層１１を形成する。
絶縁層１１を形成する方法として、たとえば、ポリイミド等のポリマーをカーボンナノチューブ７の設けられた基板３の表面にスピンコートする方法がある。
また、たとえば、ポリイミドなどのポリマーを単分子膜の累積膜として形成する方法がある。
あるいは、変性タンパク質からなる膜を形成し、これを水平付着法などにより表面にソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂ、およびカーボンナノチューブ７が設けられた基板３の表面に付着させ、絶縁層１１として用いることもできる。変性タンパク質からなる膜として、たとえばバクテリオロドプシンの変性膜がある。また、バクテリオロドプシンを含む紫膜を用いることもできる。紫膜は、（ｉｉ）の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。
以下、紫膜を用いた場合を例に、図１０を参照して説明する。バクテリオロドプシン３４１を含む紫膜を、分散媒３４２に分散させ、タンパク質展開液３５０を調製する。下層液３６０を張った水槽の液面上に、シリンジ３６２などを用いて静かに展開する。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ３６１を用いている。また、タンパク質としてバクテリオロドプシン３４１を用いる場合、分散媒３４２としてたとえば３３ｖ／ｖ％ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）水溶液を用いることができる。このとき下層液３６０として、たとえばＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いることができる。
下層液３６０の上部に得られたタンパク質の単分子膜を所定の時間静置することにより、界面張力によりタンパク質を界面変性させ、変性タンパク質単分子膜３５２が得られる。バクテリオロドプシン３４１の場合、室温にて５時間以上静置するのがよい。
次に、しきり板としてラングミュアトラフ３６１の可動式バリア３６３を用い、下層液３６０の液面上に形成された単分子膜を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン３４１の場合は、たとえば表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮する。
なお、表面圧力とは１次元圧力であり、単位長さ当たりの力で表される。単分子膜は下層液の液面上にシート状に形成されており、側面から圧縮されると、膜の側面方向から１次元の力が作用する。このとき、その力を力が加わった単分子膜の側面方向の１次元長さで割った値が表面圧力である。
圧縮後、水平付着法により、（ｉｉ）の工程で得られた基板３の表面に、変性タンパク質単分子膜３５２を付着させる。また、水平付着法を繰り返すことにより、変性タンパク質単分子膜３５２を累積することができる。累積層数を変化させることにより、絶縁層１１の厚さを変化させることができる。たとえば、変性タンパク質単分子膜３５２の一層の厚さは約１．５ｎｍであるため、絶縁層１１の厚さを１．５ｎｍ単位の所定の厚さとすることができる。
（ｉｖ）絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３を形成する工程
図４（ｄ）に示すように、（ｉｉｉ）の工程で得られた絶縁層１１の表面に、受光により分極が発生する層１３を形成する。受光により分極が発生する層１３は、受光により分極が発生する分子の単分子膜または積層膜とすることができる。
受光により分極が発生する層１３は、たとえばバクテリオロドプシンの配向膜とすることができる。バクテリオロドプシンの配向膜は、受光により安定的に分極を起こすため、好適に用いられる。なかでも、紫膜は、比較的耐久性に優れるバクテリオロドプシンを含んでおり、好ましく用いられる。紫膜は、（ｉｉ）の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。
受光により分極が発生する層１３を形成する工程は、受光により分極する分子を含む分散液を、液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、受光により分極する分子の配向膜と、カーボンナノチューブ７とを、直接または絶縁層１１を介して付着させる工程と、受光により分極する分子の配向膜を透明基板１９の表面に付着させる工程と、を含む。このうち、受光により分極する分子の配向膜を透明基板１９の表面に付着させる工程については、（ｖ）の工程で後述する。
以下、紫膜のＬａｎｇｕｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）膜を作製し、受光により分極が発生する層１３を形成する場合を例に、図９の工程断面図を参照して説明する。
まず、タンパク質成分としてバクテリオロドプシン４１を含む紫膜を、分散媒４２に分散させ、タンパク質展開液５０を調製する。得られたタンパク質展開液５０を、下層液６０を張った水槽の液面上に、シリンジ６２などを用いて静かに展開する。本実施形態では水槽としてラングミュアトラフ６１を用いている。また、バクテリオロドプシン４１を用いる場合、分散媒４２としてたとえば３３ｖ／ｖ％ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）水溶液を用いることができる。このとき、下層液６０として、たとえばｐＨ３．５の塩酸水溶液等の酸性溶液を用いることができる。こうすることにより、下層液６０の上部にタンパク質単分子膜５１が得られる。このとき、タンパク質単分子膜５１を形成している分子の配向は、下層液６０の界面張力の効果により、ほぼ同一となる。ここで、分散媒４２を揮発させるために静置する。感光性分子にタンパク質などを用いた場合には、界面変性が生じないよう静置時間を設定する。たとえば、バクテリオロドプシン４１を用いる場合、静置時間を１０分程度とする。
次に、しきり板としてラングミュアトラフ６１の可動式バリア６３を用い、下層液６０の液面上に形成されたタンパク質単分子膜５１を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン４１の場合、たとえば表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮速度２０ｃｍ２／ｍｉｎで圧縮する。
その後、水平付着法により、絶縁層１１の表面に、単分子膜を付着させる。たとえば、バクテリオロドプシンを用いた場合、一層の単分子膜の厚さは約５ｎｍとなる。
また、水平付着法を繰り返すことにより、絶縁層１１の表面に単分子膜を積層することができる。積層する際には、１層積層するごとに、純水によるリンスおよびＮ２ガス雰囲気下での乾燥を施す。積層数を変化させると、受光により分極が発生する層１３の厚さを変化させることができるため、光センサの感度を調整することができる。
なお、下層液にｐＨ３．５の塩酸水溶液を用いた場合、紫膜のＬＢ膜のＩＩ−Ａプロットは図１４のようになる。図１４において、Ｃｉはタンパク質単分子膜５１中のバクテリオロドプシンの初期濃度に関する指標であり、
Ｃｉ＝（下層液上のバクテリオロドプシン分子数）×１１．５ｎｍ２／圧縮前の気液界面の面積）
なる式で示される。上式において、１１．５ｎｍ２とは、Ｘ線回折により得られたバクテリオロドプシン一分子あたりの面積である。
（ｖ）基板３と透明基板１９との接合により積層体を形成する工程
上述した工程により得られた基板３と透明基板１９とを、図４（ｇ）に示すようにそれぞれの基板表面を外側にして当接した状態で固定することにより基板間が接合し、図２の光センサが得られる。
なお、図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すように、透明基板１９の一方の表面には透明導電層１７および保護層１５がこの順で設けられている。透明基板１９として、樹脂やガラスなどの透明材料を用いることができる。また、透明導電層１７として、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの光透過性導電層を用いることができる。保護層１５としては、たとえばガラス、樹脂、または絶縁層１１と同じ変性タンパク質膜など、透明の絶縁材料を用いることができる。
以上のようにして得られた光センサは、タンパク質分子の受光による分極により、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化し、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化する。この変化を検知することによって、受光の有無および強度を検出することができる。本実施形態の光センサにおいては、タンパク質分子の受光による分極による信号に比べ、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化は大きく、従来の光センサで必要とされた大型の増幅装置への接続が不要となる。また本実施形態の光センサは、受光により分極が発生する層１３は感光性分子の薄膜であるため、薄型かつ高感度である。そして、カーボンナノチューブ７によって接続された一対のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを画素９とするため、単位面積あたりの画素数が高い（図５）。さらに、本実施形態の光センサは、光信号を電気信号に変換する素子であり、光照射によってソース電極およびドレイン電極間の電流値を変化させることができる。
なお、本実施形態に記載の光センサでは、図５に示すように基板表面にソース電極およびドレイン電極を二次元的に形成したが、一列に配置するように形成することもできる。このような一次元の光センサは、たとえば、非接触寸法計測、位置計測、ファクシミリのパターン読み取り、などに用いることができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
まず、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様にして、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３上に、カーボンナノチューブ７の配向膜を吸着させる。
次に、図１５（ｃ）に示すように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部を開口部とするレジスト膜２５を形成する。レジスト膜２５の形成は、たとえばフォトレジスト法などにより行うことができる。
次いで、図１５（ｄ）に示すように、レジスト膜２５の設けられた基板全体に、金属層２７を形成する。金属層２７は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂに用いる金属または合金などから適宜選択される。金属層２７とソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは同じ金属を用いても、異なる金属を用いてもよい。また、金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、（ｉ）基板３へのソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの作製、と同様にして行うことができる。
そして、図１５（ｅ）に示すように、レジスト膜２５を、剥離液により除去する。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部以外、すなわちレジスト膜２５の表面に設けられた金属層２７が、除去される。
以上の工程により、カーボンナノチューブ７の上部および底部に、ソース電極５ａまたはドレイン電極５ｂ、および金属層２７、がそれぞれ設けられる。こうすることによりカーボンナノチューブ７とそれぞれの電極を構成する金属との接触をより一層良好なものとすることができる。したがって、カーボンナノチューブ７とソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとの接触抵抗を低下させ、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値を増大させることができる。
（第３の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブ７によって接続するさらに別の方法として、カーボンナノチューブ７の分散液をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３の上に流し、ＡＦＭの探針などを用いてカーボンナノチューブ７を所定の位置まで移動させる方法を用いることもできる。
こうすることにより、カーボンナノチューブ７をソース電極とドレイン電極との間に、より一層精密に配置することができる。
（第４の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブによって接続するさらに別の方法として、電極側面に付着させ、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平方向に成長させ、電極間を接続する方法がある。
触媒金属は、カーボンナノチューブの成長の触媒となるものであれば特に制限されないが、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ、またはＮｉのうちの少なくとも１種を含むものが好ましく用いられる。Ｆｅ−Ｎｉ合金、またはＮｉ−Ｃｏ合金などの合金を用いてもよい。触媒金属をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの一部に選択的に付着させるためには、蒸着、リソグラフィー、スパッタリングや、触媒金属の溶液を用いたパターニングなどを行うことができる。このとき、蒸着温度や基板材料、触媒金属の堆積方法等を適切に調整することが有効である。また、たとえばリフトオフ法により触媒金属をパターニングすることもできる。
また、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平な方向に成長させる方法として、化学気相成長方法（ＣＶＤ法）によるによる成膜が好ましく用いられる。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等が利用可能である。比較的低温でカーボンナノチューブを成長させることのできるプラズマＣＶＤ法が好ましく用いられる。
ＣＶＤ法により成長を行う際の原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、またはシクロヘキサンなどの飽和炭化水素；エチレン、アセチレン、プロピレン、ベンゼン、またはトルエンなどの不飽和炭化水素；アセトン、メタノール、エタノール、一酸化炭素、または二酸化炭素などの酸素を含む原料；ベンゾニトリルなどの窒素を含む原料が例示され、これらを単独または二種以上を組み合わせて用いることができる。
原料ガスとともに反応装置内に流すキャリアガスは、たとえば水素またはヘリウムを用いることができるが、その使用は必須ではない。
また、カーボンナノチューブが基板の水平方向に成長した構造を安定的に得るためには、原料ガスの供給方向や成長温度を適切に制御する方法や、磁場あるいは電場を印加した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法を適宜に採用することが有効である。
以上の方法により、ソース電極およびドレイン電極間をカーボンナノチューブにより接続することができる。その後、適宜、電極表面に金属板を接着したり、金属を蒸着したりする方法により、カーボンナノチューブ上部にも電極を形成することができる。こうすることにより、カーボンナノチューブとソース電極およびドレイン電極とがより良好に接着されるため、接触抵抗を低下させることができる。
（第５の実施形態）
第１または第２の本実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を形成し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間をカーボンナノチューブで接続した。ここで、第１の実施形態で説明したように、図１７および図１８より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかった。本発明者がさらに検討を行ったところ、後述する実施例で詳細に説明するように、配向膜を形成する過程において、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が巻回されて、均一な厚さの被覆が形成されることが明らかになった。
本実施形態では、こうした被覆カーボンナノチューブを用いて構成した光センサの例を示す。図２１は、本実施形態の光センサの構成を示す図である。図２１の光センサの基本構成は、第１の実施形態のセンサ（図２）と同様である。図２１の光センサにおいて、第１の実施形態に記載のナノカーボン製造装置１２５と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図２１の光センサは、第１の実施形態に記載の光センサのカーボンナノチューブ７に代えて、表面が修飾分子１２９で被覆されたカーボンナノチューブ１０５からなるカーボンナノチューブ構造体１３１を有しており、カーボンナノチューブ７と受光により分極が発生する層１３との間に絶縁層１１を有しない点が図２の光センサと異なる。
なお、図２１の光センサでは、カーボンナノチューブ１０５の表面に修飾分子１２９が巻回して絶縁層を形成している様子を模式的に示しているが、実際には、絶縁層は、カーボンナノチューブ１０５の表面を均一に被覆している。また、絶縁層はカーボンナノチューブ１０５の表面を均一に被覆していればよく、カーボンナノチューブ１０５に巻回している態様には限定されない。
修飾分子１２９がカーボンナノチューブ１０５の表面に巻回した構成とすることにより、カーボンナノチューブ１０５の表面に、巻回層からなる均一な厚みの薄い被覆層を形成することができる。均一な厚みの被覆層が形成されるため、光センサの動作安定性を向上させることができる。よって、光センサの信頼性を向上させることができる。また、薄い被覆層が形成されるため、受光により分極が発生する層１３の分極を、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化に正確に変換することができる。
次に、図２１の光センサの製造方法について説明する。図２２は、図２１の光センサの製造工程を示す断面図である。
図２２に示すように、まず、基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する（図２２（ａ））。次に、カーボンナノチューブ構造体１３１によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続し（図２２（ｂ））、その上に受光により分極が発生する層１３を形成する（図２２（ｃ））。そして、基板３と透明基板１９とを接合することにより積層体を形成する（図２２（ｅ））。ここで、透明基板１９の一方の表面には透明導電層１７および保護層１５がこの順で設けられている（図２２（ｄ））。こうして、図２１の光センサが得られる。
以上の各工程のうち、基板３へのソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの形成（図２２（ａ））には、第１の実施形態に記載の方法を利用することができる。
また、カーボンナノチューブ構造体１３１によるソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続（図２２（ｂ））は、カーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜を作製し、得られた配向膜を基板３表面に付着させ、不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１を除去した後、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上の修飾分子１２９を除去することにより行う。この方法については後述する。
また、カーボンナノチューブ構造体１３１上への受光により分極が発生する層１３の形成（図２２（ｃ））および基板３と透明基板１９との接合による積層体の形成（図２２（ｅ））には、第１の実施形態に記載の方法を用いることができる。
以下、カーボンナノチューブ構造体１３１によるソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続（図２２（ｂ））の各工程について詳細に説明する。
まず、カーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜の作製は、第１の実施形態に記載の方法（図６）を用いて行う。カーボンナノチューブ構造体１３１において、カーボンナノチューブ１０５を被覆する絶縁層の膜厚は、たとえば０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができ、１０ｎｍ以下とすることが好ましい。こうすることにより、絶縁層の厚さを薄くすることができる。このため、受光により分極が発生する層１３が分極して生じる誘導電荷によるカーボンナノチューブ１０５のコンダクタンス変化を大きくすることができる。よって、さらに感度の高い光センサとすることができる。
配向膜の基板３表面への付着は、水平付着法などの方法により行う。
不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１の除去は、図２３および図２４に示す工程により行う。なお、図２３（ａ）〜図２３（ｅ）は各工程の上面図であり、それぞれに対応する断面図が図２４（ａ）〜図２４（ｅ）である。
図２３（ｂ）および図２４（ｂ）は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが形成された基板３（図２３（ａ）、図２４（ａ））上にカーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜を吸着させた状態を示す図である。
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ構造体１３１のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ構造体１３１を除去するため、パターニングされたレジスト膜２５を形成する（図２３（ｃ）、図２４（ｃ））。
次に、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、上部にレジスト膜２５を有しない領域のカーボンナノチューブ構造体１３１を除去する（図２３（ｄ）、図２４（ｄ））。そして、修飾分子１２９やカーボンナノチューブ１０５を溶解せず、レジスト膜２５を溶解する溶液を用いてレジスト膜２５を除去する（図２３（ｅ）、図２４（ｅ））。
こうして不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１は除去される。
次に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上の修飾分子１２９の除去は、以下のようにして行う。図２５は、電極上の修飾分子１２９を除去する工程を示す断面図である。
不要なカーボンナノチューブ構造体１３１を除去した基板３（図２５（ａ））の全面に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部が開口したレジスト膜３１を形成する（図２５（ｂ））。こうすると、カーボンナノチューブ構造体１３１の両末端が露出する。
そして、露出したカーボンナノチューブ構造体１３１側面の修飾分子１２９の少なくとも一部を、アッシングなどの方法により除去する（図２５（ｃ））。これにより、カーボンナノチューブ１０５が電極上でのみ被覆を有しない状態となる。アッシングには、酸素プラズマを用いることができる。また、窒素または窒素含有ガスのプラズマを用いることもできる。
その後、カーボンナノチューブ１０５を溶解せずレジスト膜３１を溶解する溶液を用いてレジスト膜３１を除去する（図２５（ｄ））。
こうして、電極上の修飾分子１２９が除去される。電極上の修飾分子１２９を除去することにより、カーボンナノチューブ１０５と電極との電気的接続を向上させることができる。
なお、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で１０００℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ１０５との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
また、第１の実施形態と同様に、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続するカーボンナノチューブ１０５が、上下の金属層で挟まれた構成となる。よって、電気的接触をより一層良好なものとすることができる。
さらに、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に薄い絶縁膜を形成してもよい。こうすれば、ソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂおよびこれらの電極上に露出したカーボンナノチューブ１０５と受光により分極が発生する層１３とが直接接触しないようにすることができる。また、上述のように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成した場合にも、金属層と受光により分極が発生する層１３とが直接接触しないようにすることができる。よって、光センサの精度をより一層向上させることができる。
以上のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ１０５の側面外周に修飾分子１２９が巻回されているため、修飾分子１２９がカーボンナノチューブ構造体１３１の表面に均一な絶縁膜が形成されている。このため、カーボンナノチューブ１０５の上部に絶縁膜を形成することなく、カーボンナノチューブ構造体１３１上に直接受光により分極が発生する層１３を付着させることができる。このため、より簡易な構成の光センサを安定的に供給することができる。
また、カーボンナノチューブ１０５表面の絶縁層、すなわち修飾分子１２９の層がカーボンナノチューブ１０５の表面において、たとえば０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の薄膜として均一に形成されている。このため、受光により分極が発生する層１３とカーボンナノチューブ１０５との間を確実に絶縁しつつ、受光により分極が発生する層１３における分極をカーボンナノチューブ１０５のコンダクタンス変化に正確に変換することができる。また、カーボンナノチューブ１０５の周囲が修飾分子１２９によって均一な厚みで被覆されているため、光センサの動作安定性が向上する。また、このような修飾分子１２９の被覆は、周囲の水分がカーボンナノチューブ１０５の導電性に影響を与えることを抑制する。よって、光センサの精度および感度をより一層向上させることができる。
（第６の実施形態）
本実施形態に係る光センサは、基板表面に、ソース電極およびドレイン電極からなる複数の電極対が二次元的に配列した構成を有する。個々のセンサ単位の構造は第１の実施形態と同様である。本実施形態の光センサは、画像認識素子や、テレビカメラの画像センサなどに好適に応用することができる。以下、本実施形態に係る光センサを画像認識素子として用いた例について説明する。
本実施形態に係る画像認識素子１００を図１１に示す。第１の実施形態と同様にして、図１１の画像認識素子１００を作製する。図１１において、基板３にはたとえば単結晶シリコンを用いる。受光により分極が発生する層１３に、紫膜を用いる。こうすることにより、バクテリオロドプシン４１と脂質とを含むタンパク質単分子膜５１が得られるため、これを積層して受光により分極が発生する層１３とする。また、絶縁層１１には、紫膜を用いる。
バクテリオロドプシン４１に光を照射すると、電気分極が生じ、この電気分極特性は、図１２に示すようになる。つまり、時刻ｔ１において光が照射されると電気分極が起こり、時間の経過とともにこの分極は徐々に減衰する。そして、時刻ｔ２において光の照射を中止すると、光照射時と逆極性の電気分極が起こり、時間の経過とともに分極は徐々に減衰する。
本実施形態の画像認識素子１００では、それぞれの画素９のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを流れる電流値を、電流検出手段２３により検出する。したがって、解像度が高く、高感度である。
また、本実施形態の画像認識素子１００を用いて移動物体の輪郭を検出する場合、従来の画像認識素子に比べ、より精密に輪郭を認識することが可能となる。
従来の画像中の移動物体の輪郭抽出は、ＣＣＤ等の入力デバイスによって取得された画像の連続したフレーム画像間のデータ差分をとることによって得られる差分画像を用いる。この方法を、以下データ差分法とよぶ。データ差分法は、２つの連続したフレーム画像の違いが、一般的に画像中の移動物体の輪郭に相当する部分に起因していることを利用している。
したがって、データ差分法で抽出された移動物体の輪郭データは移動物体の背景画像データに依存する。すなわち、移動物体の光強度が一定であるとしても、移動物体周辺の背景の光強度が変化すれば、差分値である輪郭データが一定とならなくなる。このため、背景画像の光強度が変化する条件では、精度よく輪郭を検出することが困難であった。
これに対し、本実施形態に係る画像認識素子１００では、以下に述べるように、データ差分をとることなく、移動物体の輪郭を抽出することができる。
図１３は、移動物体を含む動画像を図１１の画像認識素子１００に照射した場合に、画像認識素子によって得られる出力画像を示している。
図１３（ａ）において、１１１は時刻ｔ＝Ｔ１における入力画像を、１１２はｔ＝Ｔ１における入力画像に対する出力画像を、１１３はｔ＝Ｔ１における入力画像に対する出力画像の直線ＡＢ上の出力電流値を、それぞれ示している。なお、入力画像とは光情報をさし、ｔ＝Ｔ１において、移動物体の光が画像認識素子１００に最初に照射されたとする。
また、図１３（ｂ）において、１２１はｔ＝Ｔ２における入力画像を、１２２はｔ＝Ｔ２における入力画像に対する出力画像を、１２３はｔ＝Ｔ２における入力画像に対する出力画像の直線ＡＢ上の出力電流値を、それぞれ示している。
ｔ＝Ｔ１においては、画像認識素子１００の受光により分極が発生する層１３の電気分極特性（図１２）によって、移動物体の光が照射された部分に対応する画素９に移動物体の光強度に応じた所定値（図１３（ａ）においては＋８）の誘導電流が発生する。
次に、ｔ＝Ｔ２では、移動物体の光が新たに照射された部分に対応する画素９には、所定値（図１３（ｂ）においては＋８）の誘導電流が発生する。一方、移動物体の光が時刻ｔ＝Ｔ１から引き続いて照射されている部分に対応する画素９への誘導電流は、画像認識素子１００の受光により分極が発生する層１３の電気分極特性によって、所定値へと低下する（図１３（ｂ）においては＋８から＋５）。そして、ｔ＝Ｔ１では移動物体の光が照射されていたが、ｔ＝Ｔ２では移動物体の光が照射されなくなった部分に対応する画素９への誘導電流は、受光により分極が発生する層１３の電気分極特性によって、移動物体の光強度に応じた逆極性の所定値（図１３（ｂ）においては−５）へと変化する。
したがって、移動物体の光が新たに照射された部分、すなわち移動物体の移動方向に向かって前方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値（図１３（ａ）、図１３（ｂ）においては＋８）となる。また、移動物体の光が照射されなくなった部分、すなわち、移動物体の移動方向に向かって後方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値（図１３（ｂ）においては−５）となる。このように、画像認識素子１００を用いて移動物体を検出した場合には、背景の輝度が一定であるならば、その輪郭の誘導電流値は一定となる。さらに、移動物体の光が照射され続けた部分、及び照射されなくなった部分に対応する誘導電流値は、時間の経過とともに０となる。
以上のように、本実施形態の画像認識素子１００によって抽出された移動物体の輪郭内画像は実画像である。このため、入力される動画像の背景が、模様等の形成された複雑な画像であっても、動画像中の移動物体の輪郭のみを抽出することができ、背景画像に依存しない。また、移動物体の輪郭を追求することにより、物体の移動方向も抽出することができる。
また、本実施形態の画像認識素子１００は、画素９が微小であるため、単位面積あたりの画素数を１億個程度まで増加させることができる。したがって、移動物体の輪郭をより精密に抽出することができる。
さらに、本実施形態の画像認識素子１００を構成する画素９は、バクテリオロドプシン４１の分極によってカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値が変化するため、電流値の変化が比較的大きく、移動物体の輪郭を感度よく検出することができる。
（第７の実施形態）
本実施形態は、第５の実施形態に記載の光センサを用いた画像認識素子に関する。図２６は、画像認識素子２９を示す図である。画像認識素子２９において、第１の実施形態に記載の画像認識素子１００と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
画像認識素子２９は、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとがカーボンナノチューブ構造体１３１によって接続されている。カーボンナノチューブ構造体１３１において、カーボンナノチューブ１０５の周囲に修飾分子１２９が一様に被覆している。カーボンナノチューブ構造体１３１の周囲に修飾分子１２９の薄い絶縁層が形成されている。このため、受光により分極が発生する層１３とカーボンナノチューブ１０５との間に絶縁層１１を設けることなく、タンパク質単分子膜５１において精度よく安定的に分極を生じさせることができる。受光により分極が発生する層１３には、たとえば紫膜を用いることができる。
なお、画像認識素子２９の作製には、第５および第６の実施形態に記載の方法を利用することができる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【実施例】  本実施例では、カーボンナノチューブの表面に変性バクテリオロドプシンの絶縁層が被覆されたカーボンナノチューブ構造体を作成した例を示す。図１９は、このようなカーボンナノチューブ構造体１１７の製造方法を示す図である。
まず、バクテリオロドプシン１０２を含む紫膜を分散媒に分散させた（図１９（ａ））。バクテリオロドプシン１０２として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシン１０２を用いることができるが、本実施例では紫膜を用いた。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，ｐｐ．６６７−６７８（１９７４）に記載の方法を用いた。また、分散媒１０３として、３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液を用いた。なお、分散媒１０３としては、３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液に限らず、有機溶媒の水溶液等を用いることができる。
バクテリオロドプシン１０２の分散液に過剰量のカーボンナノチューブ１０５を加え、超音波分散器を用いて１時間以上分散化処理を行った（図１９（ｂ））。分散後、残存するカーボンナノチューブ１０５の凝集物を除去した。カーボンナノチューブとして、ＭＴＲ  Ｌｔｄ．社製多層カーボンナノチューブ（Ｃｌｏｓｅｄ  ｅｎｄ  ｔｙｐｅ、直径数１０〜２００ｎｍ、精製純度約９５％）を用いた。
こうして得られた分散液１０７（図１９（ｃ））を、シリンジ１０９を用いて、水槽に張った下層液１１１の液面上に静かに展開した（図１９（ｄ））。こうすることにより、カーボンナノチューブ１０５の単分子膜が得られた。なお、本実施例では、水槽としてラングミュアトラフ１１３を用い、下層液１１１としてＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いた。
次に、カーボンナノチューブ１０５の単分子膜を静置し、バクテリオロドプシン１０２を下層液１１１の界面張力によって界面変性させた。紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で５時間以上静置することが好ましいため、本実施例でも５時間静置した（図１９（ｅ））。こうすることにより、変性バクテリオロドプシン１１５が、カーボンナノチューブ１０５の側面に巻回するようになる（図１９（ｆ））。
上記水面上に形成されたカーボンナノチューブ構造体１１７を、その支持単分子膜ごとＴＥＭ観察用グリッドに転写し、乾燥後にＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）でそのまま観察した。図２０は、カーボンナノチューブ構造体１１７のＴＥＭ像を示す図である。
図２０より、カーボンナノチューブ１０５の表面に変性バクテリオロドプシン１１５の層が均一に形成されていた。また、その層厚は、３ｎｍ程度であった。
このように、本実施例では、バクテリオロドプシン１０２とカーボンナノチューブ１０５とを分散させ、液面上に展開するという簡便な方法により、カーボンナノチューブ構造体１１７を作製することができた。
得られたカーボンナノチューブ構造体１１７を基板上に付着させることにより、光センサを安定的に製造することができる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月15日(2004.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基板と、
該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、
を備えることを特徴とする光センサ。
【請求項２】  請求項１に記載の光センサにおいて、前記受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子を主として含むことを特徴とする光センサ。
【請求項３】  請求項１または２に記載の光センサにおいて、前記受光により分極が発生する層は、バクテリオロドプシンを含むことを特徴とする光センサ。
【請求項４】  請求項１乃至３いずれかに記載の光センサにおいて、前記カーボンナノチューブの表面に絶縁層を有することを特徴とする光センサ。
【請求項５】  請求項４に記載の光センサにおいて、前記絶縁層が高分子層であることを特徴とする光センサ。
【請求項６】  請求項４または５に記載の光センサにおいて、前記絶縁層は、前記カーボンナノチューブの側面に高分子が巻回してなる層であることを特徴とする光センサ。
【請求項７】  基板の表面にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、
前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項８】  請求項７に記載の光センサの製造方法において、ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する前記工程は、
カーボンナノチューブの配向膜を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブの配向膜を前記ソース電極およびドレイン電極表面に付着させる工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極、およびソース電極とドレイン電極との間の領域以外に付着したカーボンナノチューブを選択的に除去する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項９】  請求項８に記載の光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、
前記カーボンナノチューブおよび被覆分子を分散媒に分散させた分散液を液体表面に展開することにより、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１０】  請求項９に記載の光センサの製造方法において、前記被覆分子として高分子を用い、前記カーボンナノチューブの表面に高分子層を形成することを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１１】  請求項９または１０に記載の光センサの製造方法において、
前記被覆分子としてタンパク質を分散させた前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１２】  請求項１１に記載の光センサの製造方法において、前記タンパク質が膜タンパク質であることを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１３】  請求項８乃至１２いずれかに記載の光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、カーボンナノチューブとバクテリオロドプシンとを含む分散液を、液体表面に展開してカーボンナノチューブの配向膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１４】  請求項７乃至１３いずれかに記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、受光により分極が発生する分子の単分子膜または積層膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１５】  請求項７乃至１４いずれかに記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、バクテリオロドプシンの配向膜を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１６】  請求項１４または１５に記載の光センサの製造方法において、受光により分極が発生する層を形成する前記工程は、
受光により分極する分子を含む分散液を液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、
前記受光により分極する分子の配向膜と、前記カーボンナノチューブとを、直接または絶縁層を介して付着させる工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項１７】  請求項１乃至５いずれかに記載の光センサを駆動する方法であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の電流を流し、電流値の変化を検知することにより受光した光の強度を検出することを特徴とする光センサの駆動方法。
【請求項１８】  受光により分極する層および該層に近接して設けられたカーボンナノチューブを含むセンサを用いて光強度の検出を行う方法であって、前記カーボンナノチューブに電圧を印加し、前記層の受光によって引き起こされる前記カーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出することを特徴とする光強度検出方法。
【請求項１９】  請求項１８に記載の光強度検出方法において、前記受光により分極する層がバクテリオロドプシンを含むことを特徴とする光強度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
近年、光センサに対し、小型化および高感度化の要請がとみに高まっており、光信号を効率よく電気信号に変換し、検出することのできるセンサの実現が強く望まれている。
【０００３】
本発明者は、こうした要請に鑑み、光照射によって分極する分子（以下適宜感光性分子と呼ぶ）を光検出物質として利用するセンサの開発を進めてきた。こうした感光性分子を光センサの光検知部として用いることができれば、光情報を高感度、高精度で検出できることが期待される。
【０００４】
こうした観点から、本発明者は、すでにバクテリオロドプシンを用いた画像認識素子について公表している（特許文献１参照）。好塩菌の紫膜（Ｐｕｒｐｌｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）を脂質とともに構成するタンパク質であるバクテリオロドプシンは、光受容タンパク質であり、光照射に対し微分型の応答を示す（図１）。
【０００５】
特許文献１に記載の画像認識素子は、このバクテリオロドプシンの応答を、移動物体の輪郭などを抽出する画像センサに利用したものであり、バクテリオロドプシンの配向膜が光によって電気分極した際に画素電極に誘導される誘導電流を検出するものである。この画像認識素子によれば、誘導電流を検出するため、誘導電圧を検出する画像認識素子に比べノイズが少ない。よって、電極を微小化した際にも信号を検出することができる。また、バクテリオロドプシンの配向膜を用いることにより、光検出部を超薄膜化することができる。
【特許文献１】  特開２０００−２６７２２３号公報
【非特許文献１】  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，  ｐｐ．６６７−６７８  （１９７４）
【０００６】
（発明の開示）
ところが、バクテリオロドプシン等の感光性分子の電気分極に起因する信号は小さく、誘導電流を検出する場合においても、必ずしも十分な誘導電流値が得られない。従って、この信号を光センサとして用いる際に、十分な電流値を得るための増幅が必要な場合がある。従来、この増幅系は大がかりな装置を必要とするため、光センサを大型装置に組み込む必要があった。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、小型で高感度の光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明によれば、基板と、該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備えることを特徴とする光センサが提供される。
【０００９】
本発明の光センサは、光が照射されると、受光により分極が発生する層で分極が起こり、誘起電荷が生じる。ここで、カーボンナノチューブは、電界の強弱によってコンダクタンスが変化する性質を有しているため、上記誘起電荷がトリガーとなってカーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、ソース・ドレイン電極間に流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、受光した光の強度等を検出することができる。
【００１０】
受光により分極が発生する層での分極による信号は小さくても、この信号がトリガーとなって生じるソース・ドレイン電極間の電流値の変化は大きな値となる。したがって、受光の有無を検知するために十分大きな電気的信号を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の光センサは、ソース電極およびドレイン電極を接続する配線部材に導電性の高いカーボンナノチューブを用いているため、電極を微小化しても充分な電流値を得ることができる。この結果、光センサのサイズを小型化することができる。これにより、単位面積あたりのソース電極およびドレイン電極数、すなわち画素数を大きくすることができる。
【００１２】
本発明によれば、基板の表面にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光センサの製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の光センサの製造方法によれば、ソース電極およびドレイン電極がカーボンナノチューブによって接続され、カーボンナノチューブの上部に受光により分極が発生する層が形成される。したがって、高精度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる。
【００１４】
本発明によれば、前記の光センサの駆動方法であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の電流を流し、電流値の変化を検知することを特徴とする光センサの駆動方法が提供される。
【００１５】
本発明の光センサの駆動方法は、ソース電極とドレイン電極との間に所定の電流が流れている状態とし、受光により発生した分極の程度に応じてカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させ、これにともなう電流値の変化を検知するものである。この電流値の変化の大きさにより、受光した光の強度が検出される。電流値の変化は感光性分子の分極を直接検知する場合に比べて大きいため、感度・精度の高い測定が可能となる。
【００１６】
本発明によれば、受光により分極する層および該層に近接して設けられたカーボンナノチューブを含むセンサを用いて光強度の検出を行う方法であって、前記カーボンナノチューブに電圧を印加し、前記層の受光によって引き起こされる前記カーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出することを特徴とする光強度検出方法が提供される。
【００１７】
本発明の光検出方法においては、光照射により受光により分極する層が分極し、誘起電荷を生じる。この誘起電荷がトリガーとなって、カーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、カーボンナノチューブを流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、光強度を検出することができる。本発明の方法によれば、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる。
【００１８】
本発明の光検出方法において、前記受光により分極する層がバクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。こうすることにより、受光により分極する層での分極を安定で確実に生じさせることができる。したがって、精度、感度の高い光検出方法とすることができる。
【００１９】
本発明の光センサにおいて、前記カーボンナノチューブの表面に絶縁層を有してもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層との間を確実に絶縁することができる。よって、光センサの動作安定性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、高分子層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面が良好に被覆され、絶縁性を安定的に確保することができる。高分子層は、たとえば有機高分子層とすることができる。
【００２１】
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、前記カーボンナノチューブの側面に高分子が巻回してなる層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面を均一に被覆することができる。また、被覆層を強固で安定な層とすることができる。このため、光センサの動作安定性を向上させ、信頼性を向上させることができる。また、高分子が巻回してなる層とすることにより、被覆層の膜厚を減少させることができる。このため、より一層確実にカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させることができる。
【００２２】
なお、本発明において、「高分子」とは、カーボンナノチューブに巻回するために充分な骨格鎖長を有する分子のことをいう。また、高分子がカーボンナノチューブの側面に「巻回」するとは、高分子の分子鎖がカーボンナノチューブ側面を周回して巻き付き、カーボンナノチューブの表面を被覆することをいう。
【００２３】
本発明に係る光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含んでもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層とを確実に絶縁することができる。
【００２４】
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子として高分子を用い、前記カーボンナノチューブの表面に高分子層を形成してもよい。こうすれば、絶縁層の被覆性を向上させることができる。よって、カーボンナノチューブの表面をさらに安定的に絶縁することができる。
【００２５】
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子としてタンパク質を分散させた分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させてほどき、ほどけた前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させてもよい。
【００２６】
本発明に係る製造方法によれば、簡便な方法によりカーボンナノチューブの表面に高分子を巻回させることができる。このため、カーボンナノチューブの表面を簡便な方法で被覆することができる。よって、カーボンナノチューブ表面の絶縁性をさらに確実とすることができる。
【００２７】
本発明において、前記高分子はポリペプチドとすることができる。ポリペプチドを用いることにより、その骨格鎖をカーボンナノチューブに安定的に被覆することができる。また、本発明において、前記ポリペプチドは変性タンパク質とすることができる。
【００２８】
また本発明の光センサの製造方法において、前記高分子としてタンパク質を用い、前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることができる。
【００２９】
変性タンパク質は、未変性タンパク質と異なり、一般に疎水部が露出しがちになる。このため、カーボンナノチューブ側面への巻回がより一層容易、確実になる。また、タンパク質の分散液を液体表面に展開することにより、分散液と液体との界面張力によってタンパク質を効率よく変性させ、疎水部を露出させることができる。なお本発明においてタンパク質の「変性」とは、当該タンパク質分子の立体構造の崩壊と機能の失活、または当該タンパク質分子を構成する一次構造すなわちアミノ酸配列の切断以外のコンフォメーション変化のことをいい、コンフォメーション変化の程度に特に制限はない。
【００３０】
本発明において、前記ポリペプチドは膜タンパク質とすることができる。膜タンパク質は多くの場合疎水性の高い領域を有しているため、これを用いることにより、カーボンナノチューブ側面に効率よく吸着し、安定的に巻回させることができる。
【００３１】
以上説明したように本発明の光センサは、基板と、基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備える。このため、受光により分極が発生する層での分極による小さな信号がトリガーとなって、ソース・ドレイン電極間の電流値の変化という大きな電気的信号が得られ、この電流値の変化を検知することによって高い精度・感度で光の検出が可能な光センサおよびその駆動方法が実現される。
【００３２】
また、本発明によれば、高精度・感度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる光センサの製造方法が提供される。
【００３３】
さらに、本発明によれば、カーボンナノチューブに電圧を印加し、受光により分極が発生する層の受光によって引き起こされるカーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出するため、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる光強度検出方法が実現される。
【００３４】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係る光センサの好ましい実施形態について説明する。図２は、本発明に係る光センサの構成の一例を示す図である。図２において、基板３と、基板３の上に設けられたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂと、これらの間を接続するカーボンナノチューブ７と、カーボンナノチューブ７上に形成された絶縁層１１と、絶縁層１１上に形成された受光により分極が発生する層１３とを含む。
【００３５】
受光により分極が発生する層１３には、受光によって分極する分子（以下適宜感光性分子と呼ぶ）が存在し、受光によって感光性分子が分極し、誘起電荷が生じる。この誘起電荷によりカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化するため、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化する。
【００３６】
図３は、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化する様子を模式的に示した図である。図３において、感光性分子の光電分極によって生じる電荷は、カーボンナノチューブ７のπ電子場を変化させるため、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化すると推定される。このカーボンナノチューブのコンダクタンス変化により、カーボンナノチューブ７を流れる電流値が変化する。図２の光センサでは、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続に、カーボンナノチューブ７を用い、カーボンナノチューブ７の上部に受光により分極が発生する層１３を有するので、カーボンナノチューブ７を介してソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値が変化する。
【００３７】
この電流値の変化を検知することにより、感光性分子の光電分極による小さな信号を、ナノアンペア（１０-9Ａ）程度の電流値変化として検出することができる。したがって、光信号を電気信号に変換する高感度な光センサとすることができる。
【００３８】
本発明の光センサにおいて、ソース電極およびドレイン電極が、前記基板表面に二次元的に配列された構成とすることができる。たとえば、ソース電極およびドレイン電極を、図５に示すように配列することができる。
【００３９】
また、図１６は、ソース電極およびドレイン電極の配置の他の例を示す図である。図１６の配置は、第１の電極１０１と、第１の電極１０１と離間して第１の電極１０１の周辺を囲むように設けられた第２の電極１０２と、を備えている。第１の電極１０１および第２の電極１０２のうち、いずれか一方をソース電極とし、他方をドレイン電極とする。このような電極配置とすれば、ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブで接続することが、比較的容易になり、生産性が良好となる。
本発明の光センサにおいて、図２の光センサのように、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に、絶縁層を備えることとしてもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に電流がリークすることを防止できる。
【００４０】
たとえば、絶縁層がタンパク質を主として含むことができる。こうすることにより、絶縁層を薄膜化することができるため、受光により分極が発生する層で生じた分極が、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化を効果的に導くことができる。
また、絶縁層は、変性タンパク質を主として含んでもよい。たとえば、絶縁層が変性バクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。
【００４１】
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子を主として含む構成とすることができる。たとえば、本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子の配向膜を含む構成とすることができる。こうすることにより、光信号を効率的に集約することができるため光センサの精度、感度を向上させることができる。また、光信号を微小な面積ごとに検出することが可能となり、光センサを小型化することができる。
【００４２】
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層とすることもできる。バクテリオロドプシンは感光性分子であり、かつタンパク質の中では構造安定性が高く、光信号に対して精度よく分極を生じる。したがって、光センサの精度、感度をより一層向上させることができる。また、光センサの耐久性を向上させることができる。配向したバクテリオロドプシンを含む層の具体例としては、配向した紫膜を例示することができる。
【００４３】
図３は、紫膜を用いた光センサの概略構成図である。受光により分極が発生する層１３は紫膜からなり、感光性分子であるバクテリオロドプシン４１および脂質二重膜により構成されている。なお、本明細書においては、このように感光性分子と他の成分とが含まれる場合も含め、タンパク質単分子膜５１、受光により分極が発生する層１３を適宜図２のように模式的に表すこととする。
【００４４】
また、前記受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層が複数積層された層とすることができる。こうすることにより、光センサの感度を向上させることができる。
【００４５】
感光性分子として、たとえば、光電変換機能を有する合成高分子や、生体由来物質を用いることができる。生体由来物質として、たとえば、クロロフィルａなどのポルフィリン環を有する分子などを用いることもできる。
本発明の光センサにおいて、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）および多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）のいずれを用いてもよい。このうち金属的性質のＳＷＣＮＴは、周囲の電子環境によりコンダクタンスが変化しやすい性質を有するため、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続する配線部材として好適に用いることができる。
【００４６】
以下、本発明に係る光センサおよびその製造方法を実施形態により詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態に係る光センサを、図２、図３に示す。基板３上に、カーボンナノチューブ７により接続されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが設けられており、カーボンナノチューブ７により接続されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に絶縁層１１が形成されている。カーボンナノチューブ７はＳＷＣＮＴである。絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３として、タンパク質単分子膜５１が設けられている。受光により分極が発生する層１３の上部には、これを保護するための保護層１５が設けられており、この保護層１５上部に、透明導電層１７および透明基板１９がこの順で設けられている。図２においては、透明導電層１７が接地されているが、オフセット電圧を透明導電層１７に印加してもよい。この場合、たとえば基板３を接地することができる。
【００４７】
本実施形態に係る光センサは以下のように動作する。すなわち、
（Ｉ）ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電流を流す。
（ＩＩ）受光により分極が発生する層１３に含まれる感光性分子が、受光により分極する。
（ＩＩＩ）上記分極をトリガー信号として、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を接続するカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化する。このコンダクタンス変化により、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に流れる電流値が変化する。
（ＩＶ）ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に流れる電流値の変化を測定することにより、光強度を検出する。
【００４８】
あるいは、第２の実施形態で後述するように、上記（Ｉ）のステップに代え、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電圧を印加しつつ電流は流さないものとし、（ＩＩ）のステップでのトリガー信号をスイッチとしてソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間に電流が流れるようにすることもできる。すなわち、光を受光していない状態では電流が流れないものとし、受光したときに電流がオンとなる動作とすることもできる。この電流値を測定することにより、光強度が検出される。
【００４９】
以上のように本実施形態の光センサにおいては、感光性分子の光誘起電荷は、そのまま検出信号として取り出されるのではなく、ソース・ドレイン間電流を変化させるトリガー信号として利用される。すなわち、感光性分子の光誘起電荷は、ソース・ドレイン間に配置されたカーボンナノチューブのコンダクタンス変化のトリガー信号として用いられ、このトリガー信号により変化するソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ間の電流値が検出されるように構成されている。
【００５０】
本実施形態の光センサに用いるカーボンナノチューブ７を、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）とした場合、周囲の電子状態に応じてコンダクタンスが顕著に変化する。したがって、本実施形態の光センサにおいて、ＳＷＣＮＴによってソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続することにより、感光性分子の光電分極による信号を、ナノアンペア（１０−９Ａ）程度の電流変化として検出することが可能となる。これにより、感光性分子の光電分極を直接検出する場合に比べて、光センサの感度を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の光センサにおいて、光センサに照射される光強度の増加に応じて、バクテリオロドプシンの分極の速度（遅延時間の逆数）が単調増加することが実験的に確かめられている。また、照射される光強度が大きいほど、バクテリオロドプシンの分極によりカーボンナノチューブを介して流れるドレイン電流が増加する。
【００５２】
また、カーボンナノチューブ７として多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）を用いることもできる。たとえば、半導体のＭＷＣＮＴを用いる場合、受光により感光性分子が分極した際にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが通電すると推定される。また、基板およびソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを半導体により構成することができる。
【００５３】
次に、図２に示す光センサの作製方法を説明する。本実施形態の光センサは、以下の工程により作製される。
（ｉ）基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する工程、
（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、
（ｉｉｉ）カーボンナノチューブ７上に絶縁層１１を形成する工程、
（ｉｖ）絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３を形成する工程、
（ｖ）基板３と透明基板１９との接合により積層体を形成する工程。
以下、これらの各工程について図４に示す断面図を用いて説明する。
【００５４】
（ｉ）基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する工程
図４（ａ）に示すように、基板３の一方の表面に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとなる電極対を形成する。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを基板３の表面に二次元的に配置する場合、たとえば図５に示す構成とすることができる。基板３として、たとえば、シリコン、ＳｉＣ、ＭｇＯ、石英等の絶縁体材料あるいは半導体材料を用いることができる。
【００５５】
基板３の表面に、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングまたはウエットエッチング等によってマスクを作製する。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、マスクの設けられた基板３上に、金属の薄板を接着する方法、基板３上に金属を蒸着する方法や、スパッタ法等により形成される。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを構成する金属として、たとえばＴｉ、Ｃｒなどの炭化物を形成しうる金属、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕなどの低抵抗金属や、これらの合金、たとえばＡｕ−Ｃｒ合金、などを用いることができる。特に、炭化物を形成しうる金属を用いることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させることができるため、好ましい。また、Ａｕは貴金属であり、比電気抵抗も低いため、好ましい。
【００５６】
また、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂにＡｕ、Ｐｔなどの貴金属や炭素との親和性が低い金属を用いる場合、カーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させるために、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、ＴｉやＣｒなどの炭化物を形成しうる金属を含む接着層が設けられていることが好ましい。このような電極として、たとえば、Ａｕ上にＴｉ層が形成された電極を用いることができる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との接触抵抗を低下させることが可能である。接着層を形成する方法は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属を蒸着する方法があげられる。
【００５７】
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの厚さは、たとえば０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂのソース電極とドレイン電極との間隔は、カーボンナノチューブ７の長さに応じて適宜設計される。たとえば、５０ｎｍ以上１０μｍ以下とする。
【００５８】
なお、基板３の表面に設けられた各ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、第５の実施形態にて後述するように、基板３の裏面側などから配線を介して電流検出手段に接続することができる。こうすることにより、各ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れるそれぞれの電流値を検出することができる。
（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程
【００５９】
図４（ａ）において、基板の表面に形成されたソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは、図４（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ７によって電気的に接続される。カーボンナノチューブ７は、たとえば長さ５０ｎｍ以上１０μｍ以下のものを用いることができる。また、ＳＷＣＮＴまたはＭＷＣＮＴを用いることができる。
【００６０】
ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間をカーボンナノチューブ７によって接続する方法として、たとえば、カーボンナノチューブ配向膜を基板３の表面に付着させる方法、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の探針などを用いてカーボンナノチューブ７を移動させる方法、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの側面から基板３に水平方向に成長させる方法、が挙げられる。本実施形態および第２の実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を基板３の表面に付着させる方法について説明する。他の方法については、第３の実施形態、第４の実施形態において後述する。
【００６１】
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂをカーボンナノチューブ７によって接続する工程は、カーボンナノチューブ７の配向膜を作製する工程と、カーボンナノチューブ７の配向膜をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板表面に付着させる工程と、を含む。また、その後、ソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂ、およびソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間の領域以外に付着したカーボンナノチューブ７を選択的に除去する工程を実施する。
【００６２】
カーボンナノチューブ７の配向膜は、以下のようにして作製することができる。まず、カーボンナノチューブ７およびタンパク質を分散媒に分散させる。分散媒として、有機溶媒の水溶液等を用いることができ、たとえば３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液を用いることができる。タンパク質は、カーボンナノチューブ７を配向させた状態に保つ支持体となる。このような支持体として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシンを用いる。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、たとえば、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，ｐｐ．６６７−６７８（１９７４）に記載の方法を用いることができる。支持体の分散液に、過剰量のカーボンナノチューブ７を加え、超音波分散機などを用いて分散させる。分散液中に残存するカーボンナノチューブ７の凝集物を除去する。
【００６３】
上記により得られたカーボンナノチューブ７および支持体の分散液を、図６に示すように、水槽に張った下層液の液面上に、シリンジなどを用いて静かに展開する。こうすることにより、カーボンナノチューブ７の単分子膜が得られる。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ６１を用いており、下層液としてＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いている。
【００６４】
次に、カーボンナノチューブ７の単分子膜を静置し、タンパク質を下層液の界面張力によって界面変性させる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で５時間以上静置することが好ましい。こうすることにより、変性したタンパク質の凝集物が、カーボンナノチューブ７の支持体となり、カーボンナノチューブ７が配向された状態を維持できるようになる。カーボンナノチューブ７が略平行に配列された単分子膜は、しきり板としてラングミュアトラフの可動式バリア６３を用いて圧縮して得られる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮速度２０ｃｍ２／ｍｉｎで圧縮することが好ましい。カーボンナノチューブ７の配向は、ＡＦＭなどを用いて確認される。図６は、カーボンナノチューブ７の配向膜のＡＦＭ写真であり、白抜きの円内が各カーボンナノチューブ７を示している。
【００６５】
また、図１７は、紫膜を支持体として作製したカーボンナノチューブの配向膜のＡＦＭ像を示す図である。一方、図１８は支持体を用いずに作製した配向カーボンナノチューブの単分子膜のＡＦＭ像を示す図である。図１７および図１８において、ＡＦＭ観察には、生体分子可視化・計測装置ＢＭＶＭ−Ｘ１（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＮａｎｏＳｃｏｐｅＩＩＩａを改造）を用いた。シリコン単結晶（ＮＣＨ）をプローブとして用い、測定モードはタッピングＡＦＭとした。また、測定範囲は、４μｍ×４μｍ(Ｚ１０ｎｍ)とした。
【００６６】
図１７および図１８より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかる。そして、図１７に示すように支持を用いることにより、カーボンナノチューブの配向性が向上し、カーボンナノチューブは略平行に配列していることが確認された。図１８のように、カーボンナノチューブのみを用いた場合、ある程度は配向するものの、成膜時に配向性が低下した。これに対し、図１７の場合、カーボンナノチューブの配向状態が変性バクテリオロドプシンを主として含む支持体によって保持されるため、成膜後も高い配向性を維持することができた。なお、図６、図１７、図１８において、カーボンナノチューブとして、ＣＮＩ社製単層カーボンナノチューブ（Ｏｐｅｎ  ｅｎｄ  ｔｙｐｅ、直径約１ｎｍ、精製純度約９３％）を用いた。
【００６７】
こうして得られたカーボンナノチューブ７の配向膜を、（ｉ）の工程で得られた電極表面に、水平付着法により付着させる。水平付着法とは、基板表面が水面上の配向膜に水平になるよう、基板を液面に接触させ、引き上げることによって、水面上の配向膜を基板の表面に付着させる方法である。
【００６８】
以上により、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３の表面に、カーボンナノチューブ７の配向膜が作製される。
以降の工程を、図７の上面図および図８の断面図を用いて説明する。なお、図７（ａ）〜図７（ｆ）の各工程は、図８（ａ）〜図８（ｆ）の各工程に対応している。
【００６９】
まず、図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、基板３の表面にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する。次いで、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上にカーボンナノチューブ７の配向膜を吸着させる。次いで、図７（ｃ）および図８（ｃ）のように、カーボンナノチューブ配向膜の表面に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１として、たとえばＳｉＯ２などを用いることができる。また、絶縁膜２１の膜厚は、たとえば１ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００７０】
次に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ７のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ７を除去するため、図７（ｄ）および図８（ｄ）に示すように、にレジスト膜２５を形成する。次に、図７（ｅ）および図８（ｅ）のように、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、レジスト膜２５の施されていない部分の絶縁膜２１およびカーボンナノチューブ７を除去する。そして、絶縁膜２１を溶解せずレジスト膜２５を溶解する溶液を用いてレジスト膜２５を除去する。
【００７１】
以上により、図７（ｆ）および図８（ｆ）のように、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間にカーボンナノチューブ７を設け、不要な部分のカーボンナノチューブ７は除去された基板３が得られる。
【００７２】
本実施形態では、上述のように、カーボンナノチューブ７上部に絶縁膜２１が設けられているため、これを除去せずに（ｉｉｉ）の工程に進むことができ、絶縁体以外のマスクを施した場合に比べ、製法を簡略化することができる。
【００７３】
なお、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図７（ｂ）および図８（ｂ）以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で１０００℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ７との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
【００７４】
また、絶縁膜２１を除去した後、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、（ｉ）と同様にして行うことができる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続するカーボンナノチューブ７が、上下の金属層で挟まれた構成となるため、電気的接触をより良好なものとすることができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態においては、カーボンナノチューブ７の配向した単分子膜を用いることにより、簡便に効率よくソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続することができる。そして、図５に示すように、一組のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを画素９として、各画素９の間を流れる電流の検出が可能である。したがって、画素９を微小化することができる。たとえば、１億画素／ｃｍ2とすることが可能となる。
【００７６】
（ｉｉｉ）カーボンナノチューブ７上に絶縁層１１を形成する工程
図４（ｃ）に示すように、（ｉｉ）の工程でソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上に形成されたカーボンナノチューブ７の表面に絶縁層１１を形成する。
絶縁層１１を形成する方法として、たとえば、ポリイミド等のポリマーをカーボンナノチューブ７の設けられた基板３の表面にスピンコートする方法がある。
また、たとえば、ポリイミドなどのポリマーを単分子膜の累積膜として形成する方法がある。
【００７７】
あるいは、変性タンパク質からなる膜を形成し、これを水平付着法などにより表面にソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂ、およびカーボンナノチューブ７が設けられた基板３の表面に付着させ、絶縁層１１として用いることもできる。変性タンパク質からなる膜として、たとえばバクテリオロドプシンの変性膜がある。また、バクテリオロドプシンを含む紫膜を用いることもできる。紫膜は、（ｉｉ）の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。
【００７８】
以下、紫膜を用いた場合を例に、図１０を参照して説明する。バクテリオロドプシン３４１を含む紫膜を、分散媒３４２に分散させ、タンパク質展開液３５０を調製する。下層液３６０を張った水槽の液面上に、シリンジ３６２などを用いて静かに展開する。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ３６１を用いている。また、タンパク質としてバクテリオロドプシン３４１を用いる場合、分散媒３４２としてたとえば３３ｖ／ｖ％ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）水溶液を用いることができる。このとき下層液３６０として、たとえばＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いることができる。
【００７９】
下層液３６０の上部に得られたタンパク質の単分子膜を所定の時間静置することにより、界面張力によりタンパク質を界面変性させ、変性タンパク質単分子膜３５２が得られる。バクテリオロドプシン３４１の場合、室温にて５時間以上静置するのがよい。
【００８０】
次に、しきり板としてラングミュアトラフ３６１の可動式バリア３６３を用い、下層液３６０の液面上に形成された単分子膜を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン３４１の場合は、たとえば表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮する。
なお、表面圧力とは１次元圧力であり、単位長さ当たりの力で表される。単分子膜は下層液の液面上にシート状に形成されており、側面から圧縮されると、膜の側面方向から１次元の力が作用する。このとき、その力を力が加わった単分子膜の側面方向の１次元長さで割った値が表面圧力である。
【００８１】
圧縮後、水平付着法により、（ｉｉ）の工程で得られた基板３の表面に、変性タンパク質単分子膜３５２を付着させる。また、水平付着法を繰り返すことにより、変性タンパク質単分子膜３５２を累積することができる。累積層数を変化させることにより、絶縁層１１の厚さを変化させることができる。たとえば、変性タンパク質単分子膜３５２の一層の厚さは約１．５ｎｍであるため、絶縁層１１の厚さを１．５ｎｍ単位の所定の厚さとすることができる。
【００８２】
（ｉｖ）絶縁層１１上に、受光により分極が発生する層１３を形成する工程
図４（ｄ）に示すように、（ｉｉｉ）の工程で得られた絶縁層１１の表面に、受光により分極が発生する層１３を形成する。受光により分極が発生する層１３は、受光により分極が発生する分子の単分子膜または積層膜とすることができる。
【００８３】
受光により分極が発生する層１３は、たとえばバクテリオロドプシンの配向膜とすることができる。バクテリオロドプシンの配向膜は、受光により安定的に分極を起こすため、好適に用いられる。なかでも、紫膜は、比較的耐久性に優れるバクテリオロドプシンを含んでおり、好ましく用いられる。紫膜は、（ｉｉ）の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。
【００８４】
受光により分極が発生する層１３を形成する工程は、受光により分極する分子を含む分散液を、液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、受光により分極する分子の配向膜と、カーボンナノチューブ７とを、直接または絶縁層１１を介して付着させる工程と、受光により分極する分子の配向膜を透明基板１９の表面に付着させる工程と、を含む。このうち、受光により分極する分子の配向膜を透明基板１９の表面に付着させる工程については、（ｖ）の工程で後述する。
【００８５】
以下、紫膜のＬａｎｇｕｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）膜を作製し、受光により分極が発生する層１３を形成する場合を例に、図９の工程断面図を参照して説明する。
まず、タンパク質成分としてバクテリオロドプシン４１を含む紫膜を、分散媒４２に分散させ、タンパク質展開液５０を調製する。得られたタンパク質展開液５０を、下層液６０を張った水槽の液面上に、シリンジ６２などを用いて静かに展開する。本実施形態では水槽としてラングミュアトラフ６１を用いている。また、バクテリオロドプシン４１を用いる場合、分散媒４２としてたとえば３３ｖ／ｖ％ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）水溶液を用いることができる。このとき、下層液６０として、たとえばｐＨ３．５の塩酸水溶液等の酸性溶液を用いることができる。こうすることにより、下層液６０の上部にタンパク質単分子膜５１が得られる。このとき、タンパク質単分子膜５１を形成している分子の配向は、下層液６０の界面張力の効果により、ほぼ同一となる。ここで、分散媒４２を揮発させるために静置する。感光性分子にタンパク質などを用いた場合には、界面変性が生じないよう静置時間を設定する。たとえば、バクテリオロドプシン４１を用いる場合、静置時間を１０分程度とする。
【００８６】
次に、しきり板としてラングミュアトラフ６１の可動式バリア６３を用い、下層液６０の液面上に形成されたタンパク質単分子膜５１を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン４１の場合、たとえば表面圧力が１５ｍＮ／ｍになるまで圧縮速度２０ｃｍ2／ｍｉｎで圧縮する。
【００８７】
その後、水平付着法により、絶縁層１１の表面に、単分子膜を付着させる。たとえば、バクテリオロドプシンを用いた場合、一層の単分子膜の厚さは約５ｎｍとなる。
【００８８】
また、水平付着法を繰り返すことにより、絶縁層１１の表面に単分子膜を積層することができる。積層する際には、１層積層するごとに、純水によるリンスおよびＮ２ガス雰囲気下での乾燥を施す。積層数を変化させると、受光により分極が発生する層１３の厚さを変化させることができるため、光センサの感度を調整することができる。
【００８９】
なお、下層液にｐＨ３．５の塩酸水溶液を用いた場合、紫膜のＬＢ膜のΠ−Ａプロットは図１４のようになる。図１４において、Ｃｉはタンパク質単分子膜５１中のバクテリオロドプシンの初期濃度に関する指標であり、
Ｃｉ＝（下層液上のバクテリオロドプシン分子数）×１１．５ｎｍ2／（圧縮前の気液界面の面積）
なる式で示される。上式において、１１．５ｎｍ2とは、Ｘ線回折により得られたバクテリオロドプシン一分子あたりの面積である。
【００９０】
（ｖ）基板３と透明基板１９との接合により積層体を形成する工程
上述した工程により得られた基板３と透明基板１９とを、図４（ｇ）に示すようにそれぞれの基板表面を外側にして当接した状態で固定することにより基板間が接合し、図２の光センサが得られる。
なお、図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すように、透明基板１９の一方の表面には透明導電層１７および保護層１５がこの順で設けられている。透明基板１９として、樹脂やガラスなどの透明材料を用いることができる。また、透明導電層１７として、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの光透過性導電層を用いることができる。保護層１５としては、たとえばガラス、樹脂、または絶縁層１１と同じ変性タンパク質膜など、透明の絶縁材料を用いることができる。
【００９１】
以上のようにして得られた光センサは、タンパク質分子の受光による分極により、カーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化し、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化する。この変化を検知することによって、受光の有無および強度を検出することができる。本実施形態の光センサにおいては、タンパク質分子の受光による分極による信号に比べ、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとの間を流れる電流値が変化は大きく、従来の光センサで必要とされた大型の増幅装置への接続が不要となる。また本実施形態の光センサは、受光により分極が発生する層１３は感光性分子の薄膜であるため、薄型かつ高感度である。そして、カーボンナノチューブ７によって接続された一対のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを画素９とするため、単位面積あたりの画素数が高い（図５）。さらに、本実施形態の光センサは、光信号を電気信号に変換する素子であり、光照射によってソース電極およびドレイン電極間の電流値を変化させることができる。
【００９２】
なお、本実施形態に記載の光センサでは、図５に示すように基板表面にソース電極およびドレイン電極を二次元的に形成したが、一列に配置するように形成することもできる。このような一次元の光センサは、たとえば、非接触寸法計測、位置計測、ファクシミリのパターン読み取り、などに用いることができる。
【００９３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
まず、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様にして、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３上に、カーボンナノチューブ７の配向膜を吸着させる。
【００９４】
次に、図１５（ｃ）に示すように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部を開口部とするレジスト膜２５を形成する。レジスト膜２５の形成は、たとえばフォトレジスト法などにより行うことができる。
【００９５】
次いで、図１５（ｄ）に示すように、レジスト膜２５の設けられた基板全体に、金属層２７を形成する。金属層２７は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂに用いる金属または合金などから適宜選択される。金属層２７とソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂは同じ金属を用いても、異なる金属を用いてもよい。また、金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、（ｉ）基板３へのソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの作製、と同様にして行うことができる。
【００９６】
そして、図１５（ｅ）に示すように、レジスト膜２５を、剥離液により除去する。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部以外、すなわちレジスト膜２５の表面に設けられた金属層２７が、除去される。
【００９７】
以上の工程により、カーボンナノチューブ７の上部および底部に、ソース電極５ａまたはドレイン電極５ｂ、および金属層２７、がそれぞれ設けられる。こうすることによりカーボンナノチューブ７とそれぞれの電極を構成する金属との接触をより一層良好なものとすることができる。したがって、カーボンナノチューブ７とソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとの接触抵抗を低下させ、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値を増大させることができる。
【００９８】
（第３の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブ７によって接続するさらに別の方法として、カーボンナノチューブ７の分散液をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの設けられた基板３の上に流し、ＡＦＭの探針などを用いてカーボンナノチューブ７を所定の位置まで移動させる方法を用いることもできる。
こうすることにより、カーボンナノチューブ７をソース電極とドレイン電極との間に、より一層精密に配置することができる。
【００９９】
（第４の実施形態）
第１の実施形態における、（ｉｉ）カーボンナノチューブ７によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブによって接続するさらに別の方法として、電極側面に付着させ、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平方向に成長させ、電極間を接続する方法がある。
【０１００】
触媒金属は、カーボンナノチューブの成長の触媒となるものであれば特に制限されないが、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ、またはＮｉのうちの少なくとも１種を含むものが好ましく用いられる。Ｆｅ−Ｎｉ合金、またはＮｉ−Ｃｏ合金などの合金を用いてもよい。触媒金属をソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの一部に選択的に付着させるためには、蒸着、リソグラフィー、スパッタリングや、触媒金属の溶液を用いたパターニングなどを行うことができる。このとき、蒸着温度や基板材料、触媒金属の堆積方法等を適切に調整することが有効である。また、たとえばリフトオフ法により触媒金属をパターニングすることもできる。
【０１０１】
また、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平な方向に成長させる方法として、化学気相成長方法（ＣＶＤ法）によるによる成膜が好ましく用いられる。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等が利用可能である。比較的低温でカーボンナノチューブを成長させることのできるプラズマＣＶＤ法が好ましく用いられる。
ＣＶＤ法により成長を行う際の原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、またはシクロヘキサンなどの飽和炭化水素；エチレン、アセチレン、プロピレン、ベンゼン、またはトルエンなどの不飽和炭化水素；アセトン、メタノール、エタノール、一酸化炭素、または二酸化炭素などの酸素を含む原料；ベンゾニトリルなどの窒素を含む原料が例示され、これらを単独または二種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１０２】
原料ガスとともに反応装置内に流すキャリアガスは、たとえば水素またはヘリウムを用いることができるが、その使用は必須ではない。
【０１０３】
また、カーボンナノチューブが基板の水平方向に成長した構造を安定的に得るためには、原料ガスの供給方向や成長温度を適切に制御する方法や、磁場あるいは電場を印加した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法を適宜に採用することが有効である。
【０１０４】
以上の方法により、ソース電極およびドレイン電極間をカーボンナノチューブにより接続することができる。その後、適宜、電極表面に金属板を接着したり、金属を蒸着したりする方法により、カーボンナノチューブ上部にも電極を形成することができる。こうすることにより、カーボンナノチューブとソース電極およびドレイン電極とがより良好に接着されるため、接触抵抗を低下させることができる。
【０１０５】
（第５の実施形態）
第１または第２の本実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を形成し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間をカーボンナノチューブで接続した。ここで、第１の実施形態で説明したように、図１７および図１８より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかった。本発明者がさらに検討を行ったところ、後述する実施例で詳細に説明するように、配向膜を形成する過程において、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が巻回されて、均一な厚さの被覆が形成されることが明らかになった。
【０１０６】
本実施形態では、こうした被覆カーボンナノチューブを用いて構成した光センサの例を示す。図２１は、本実施形態の光センサの構成を示す図である。図２１の光センサの基本構成は、第１の実施形態のセンサ（図２）と同様である。図２１の光センサにおいて、第１の実施形態に記載のナノカーボン製造装置１２５と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１０７】
図２１の光センサは、第１の実施形態に記載の光センサのカーボンナノチューブ７に代えて、表面が修飾分子１２９で被覆されたカーボンナノチューブ１０５からなるカーボンナノチューブ構造体１３１を有しており、カーボンナノチューブ７と受光により分極が発生する層１３との間に絶縁層１１を有しない点が図２の光センサと異なる。
【０１０８】
なお、図２１の光センサでは、カーボンナノチューブ１０５の表面に修飾分子１２９が巻回して絶縁層を形成している様子を模式的に示しているが、実際には、絶縁層は、カーボンナノチューブ１０５の表面を均一に被覆している。また、絶縁層はカーボンナノチューブ１０５の表面を均一に被覆していればよく、カーボンナノチューブ１０５に巻回している態様には限定されない。
【０１０９】
修飾分子１２９がカーボンナノチューブ１０５の表面に巻回した構成とすることにより、カーボンナノチューブ１０５の表面に、巻回層からなる均一な厚みの薄い被覆層を形成することができる。均一な厚みの被覆層が形成されるため、光センサの動作安定性を向上させることができる。よって、光センサの信頼性を向上させることができる。また、薄い被覆層が形成されるため、受光により分極が発生する層１３の分極を、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化に正確に変換することができる。
【０１１０】
次に、図２１の光センサの製造方法について説明する。図２２は、図２１の光センサの製造工程を示す断面図である。
【０１１１】
図２２に示すように、まず、基板３にソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを形成する（図２２（ａ））。次に、カーボンナノチューブ構造体１３１によりソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続し（図２２（ｂ））、その上に受光により分極が発生する層１３を形成する（図２２（ｃ））。そして、基板３と透明基板１９とを接合することにより積層体を形成する（図２２（ｅ））。ここで、透明基板１９の一方の表面には透明導電層１７および保護層１５がこの順で設けられている（図２２（ｄ））。こうして、図２１の光センサが得られる。
【０１１２】
以上の各工程のうち、基板３へのソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの形成（図２２（ａ））には、第１の実施形態に記載の方法を利用することができる。
【０１１３】
また、カーボンナノチューブ構造体１３１によるソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続（図２２（ｂ））は、カーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜を作製し、得られた配向膜を基板３表面に付着させ、不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１を除去した後、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上の修飾分子１２９を除去することにより行う。この方法については後述する。
【０１１４】
また、カーボンナノチューブ構造体１３１上への受光により分極が発生する層１３の形成（図２２（ｃ））および基板３と透明基板１９との接合による積層体の形成（図２２（ｅ））には、第１の実施形態に記載の方法を用いることができる。
【０１１５】
以下、カーボンナノチューブ構造体１３１によるソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの接続（図２２（ｂ））の各工程について詳細に説明する。
【０１１６】
まず、カーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜の作製は、第１の実施形態に記載の方法（図６）を用いて行う。カーボンナノチューブ構造体１３１において、カーボンナノチューブ１０５を被覆する絶縁層の膜厚は、たとえば０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができ、１０ｎｍ以下とすることが好ましい。こうすることにより、絶縁層の厚さを薄くすることができる。このため、受光により分極が発生する層１３が分極して生じる誘導電荷によるカーボンナノチューブ１０５のコンダクタンス変化を大きくすることができる。よって、さらに感度の高い光センサとすることができる。
【０１１７】
配向膜の基板３表面への付着は、水平付着法などの方法により行う。
不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１の除去は、図２３および図２４に示す工程により行う。なお、図２３（ａ）〜図２３（ｅ）は各工程の上面図であり、それぞれに対応する断面図が図２４（ａ）〜図２４（ｅ）である。
【０１１８】
図２３（ｂ）および図２４（ｂ）は、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂが形成された基板３（図２３（ａ）、図２４（ａ））上にカーボンナノチューブ構造体１３１の配向膜を吸着させた状態を示す図である。
ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ構造体１３１のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ構造体１３１を除去するため、パターニングされたレジスト膜２５を形成する（図２３（ｃ）、図２４（ｃ））。
【０１１９】
次に、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、上部にレジスト膜２５を有しない領域のカーボンナノチューブ構造体１３１を除去する（図２３（ｄ）、図２４（ｄ））。そして、修飾分子１２９やカーボンナノチューブ１０５を溶解せず、レジスト膜２５を溶解する溶液を用いてレジスト膜２５を除去する（図２３（ｅ）、図２４（ｅ））。
こうして不要な部分のカーボンナノチューブ構造体１３１は除去される。
【０１２０】
次に、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂ上の修飾分子１２９の除去は、以下のようにして行う。図２５は、電極上の修飾分子１２９を除去する工程を示す断面図である。
不要なカーボンナノチューブ構造体１３１を除去した基板３（図２５（ａ））の全面に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの上部が開口したレジスト膜３１を形成する（図２５（ｂ））。こうすると、カーボンナノチューブ構造体１３１の両末端が露出する。
【０１２１】
そして、露出したカーボンナノチューブ構造体１３１側面の修飾分子１２９の少なくとも一部を、アッシングなどの方法により除去する（図２５（ｃ））。これにより、カーボンナノチューブ１０５が電極上でのみ被覆を有しない状態となる。アッシングには、酸素プラズマを用いることができる。また、窒素または窒素含有ガスのプラズマを用いることもできる。
【０１２２】
その後、カーボンナノチューブ１０５を溶解せずレジスト膜３１を溶解する溶液を用いてレジスト膜３１を除去する（図２５（ｄ））。
こうして、電極上の修飾分子１２９が除去される。電極上の修飾分子１２９を除去することにより、カーボンナノチューブ１０５と電極との電気的接続を向上させることができる。
【０１２３】
なお、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で１０００℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂとカーボンナノチューブ１０５との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
【０１２４】
また、第１の実施形態と同様に、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。こうすることにより、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを接続するカーボンナノチューブ１０５が、上下の金属層で挟まれた構成となる。よって、電気的接触をより一層良好なものとすることができる。
【０１２５】
さらに、基板３の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に薄い絶縁膜を形成してもよい。こうすれば、ソース電極５ａ、ドレイン電極５ｂおよびこれらの電極上に露出したカーボンナノチューブ１０５と受光により分極が発生する層１３とが直接接触しないようにすることができる。また、上述のように、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成した場合にも、金属層と受光により分極が発生する層１３とが直接接触しないようにすることができる。よって、光センサの精度をより一層向上させることができる。
【０１２６】
以上のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ１０５の側面外周に修飾分子１２９が巻回されているため、修飾分子１２９がカーボンナノチューブ構造体１３１の表面に均一な絶縁膜が形成されている。このため、カーボンナノチューブ１０５の上部に絶縁膜を形成することなく、カーボンナノチューブ構造体１３１上に直接受光により分極が発生する層１３を付着させることができる。このため、より簡易な構成の光センサを安定的に供給することができる。
【０１２７】
また、カーボンナノチューブ１０５表面の絶縁層、すなわち修飾分子１２９の層がカーボンナノチューブ１０５の表面において、たとえば０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の薄膜として均一に形成されている。このため、受光により分極が発生する層１３とカーボンナノチューブ１０５との間を確実に絶縁しつつ、受光により分極が発生する層１３における分極をカーボンナノチューブ１０５のコンダクタンス変化に正確に変換することができる。また、カーボンナノチューブ１０５の周囲が修飾分子１２９によって均一な厚みで被覆されているため、光センサの動作安定性が向上する。また、このような修飾分子１２９の被覆は、周囲の水分がカーボンナノチューブ１０５の導電性に影響を与えることを抑制する。よって、光センサの精度および感度をより一層向上させることができる。
【０１２８】
（第６の実施形態）
本実施形態に係る光センサは、基板表面に、ソース電極およびドレイン電極からなる複数の電極対が二次元的に配列した構成を有する。個々のセンサ単位の構造は第１の実施形態と同様である。本実施形態の光センサは、画像認識素子や、テレビカメラの画像センサなどに好適に応用することができる。以下、本実施形態に係る光センサを画像認識素子として用いた例について説明する。
【０１２９】
本実施形態に係る画像認識素子１００を図１１に示す。第１の実施形態と同様にして、図１１の画像認識素子１００を作製する。図１１において、基板３にはたとえば単結晶シリコンを用いる。受光により分極が発生する層１３に、紫膜を用いる。こうすることにより、バクテリオロドプシン４１と脂質とを含むタンパク質単分子膜５１が得られるため、これを積層して受光により分極が発生する層１３とする。また、絶縁層１１には、紫膜を用いる。
【０１３０】
バクテリオロドプシン４１に光を照射すると、電気分極が生じ、この電気分極特性は、図１２に示すようになる。つまり、時刻ｔ１において光が照射されると電気分極が起こり、時間の経過とともにこの分極は徐々に減衰する。そして、時刻ｔ２において光の照射を中止すると、光照射時と逆極性の電気分極が起こり、時間の経過とともに分極は徐々に減衰する。
【０１３１】
本実施形態の画像認識素子１００では、それぞれの画素９のソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂを流れる電流値を、電流検出手段２３により検出する。したがって、解像度が高く、高感度である。
【０１３２】
また、本実施形態の画像認識素子１００を用いて移動物体の輪郭を検出する場合、従来の画像認識素子に比べ、より精密に輪郭を認識することが可能となる。
従来の画像中の移動物体の輪郭抽出は、ＣＣＤ等の入力デバイスによって取得された画像の連続したフレーム画像間のデータ差分をとることによって得られる差分画像を用いる。この方法を、以下データ差分法とよぶ。データ差分法は、２つの連続したフレーム画像の違いが、一般的に画像中の移動物体の輪郭に相当する部分に起因していることを利用している。
【０１３３】
したがって、データ差分法で抽出された移動物体の輪郭データは移動物体の背景画像データに依存する。すなわち、移動物体の光強度が一定であるとしても、移動物体周辺の背景の光強度が変化すれば、差分値である輪郭データが一定とならなくなる。このため、背景画像の光強度が変化する条件では、精度よく輪郭を検出することが困難であった。
【０１３４】
これに対し、本実施形態に係る画像認識素子１００では、以下に述べるように、データ差分をとることなく、移動物体の輪郭を抽出することができる。
図１３は、移動物体を含む動画像を図１１の画像認識素子１００に照射した場合に、画像認識素子によって得られる出力画像を示している。
【０１３５】
図１３（ａ）において、１１１は時刻ｔ＝Ｔ１における入力画像を、１１２はｔ＝Ｔ１における入力画像に対する出力画像を、１１３はｔ＝Ｔ１における入力画像に対する出力画像の直線ＡＢ上の出力電流値を、それぞれ示している。なお、入力画像とは光情報をさし、ｔ＝Ｔ１において、移動物体の光が画像認識素子１００に最初に照射されたとする。
【０１３６】
また、図１３（ｂ）において、１２１はｔ＝Ｔ２における入力画像を、１２２はｔ＝Ｔ２における入力画像に対する出力画像を、１２３はｔ＝Ｔ２における入力画像に対する出力画像の直線ＡＢ上の出力電流値を、それぞれ示している。
ｔ＝Ｔ１においては、画像認識素子１００の受光により分極が発生する層１３の電気分極特性（図１２）によって、移動物体の光が照射された部分に対応する画素９に移動物体の光強度に応じた所定値（図１３（ａ）においては＋８）の誘導電流が発生する。
【０１３７】
次に、ｔ＝Ｔ２では、移動物体の光が新たに照射された部分に対応する画素９には、所定値（図１３（ｂ）においては＋８）の誘導電流が発生する。一方、移動物体の光が時刻ｔ＝Ｔ１から引き続いて照射されている部分に対応する画素９への誘導電流は、画像認識素子１００の受光により分極が発生する層１３の電気分極特性によって、所定値へと低下する（図１３（ｂ）においては＋８から＋５）。そして、ｔ＝Ｔ１では移動物体の光が照射されていたが、ｔ＝Ｔ２では移動物体の光が照射されなくなった部分に対応する画素９への誘導電流は、受光により分極が発生する層１３の電気分極特性によって、移動物体の光強度に応じた逆極性の所定値（図１３（ｂ）においては−５）へと変化する。
【０１３８】
したがって、移動物体の光が新たに照射された部分、すなわち移動物体の移動方向に向かって前方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値（図１３（ａ）、図１３（ｂ）においては＋８）となる。また、移動物体の光が照射されなくなった部分、すなわち、移動物体の移動方向に向かって後方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値（図１３（ｂ）においては−５）となる。このように、画像認識素子１００を用いて移動物体を検出した場合には、背景の輝度が一定であるならば、その輪郭の誘導電流値は一定となる。さらに、移動物体の光が照射され続けた部分、及び照射されなくなった部分に対応する誘導電流値は、時間の経過とともに０となる。
【０１３９】
以上のように、本実施形態の画像認識素子１００によって抽出された移動物体の輪郭内画像は実画像である。このため、入力される動画像の背景が、模様等の形成された複雑な画像であっても、動画像中の移動物体の輪郭のみを抽出することができ、背景画像に依存しない。また、移動物体の輪郭を追求することにより、物体の移動方向も抽出することができる。
【０１４０】
また、本実施形態の画像認識素子１００は、画素９が微小であるため、単位面積あたりの画素数を１億個程度まで増加させることができる。したがって、移動物体の輪郭をより精密に抽出することができる。
【０１４１】
さらに、本実施形態の画像認識素子１００を構成する画素９は、バクテリオロドプシン４１の分極によってカーボンナノチューブ７のコンダクタンスが変化し、ソース電極５ａおよびドレイン電極５ｂの間を流れる電流値が変化するため、電流値の変化が比較的大きく、移動物体の輪郭を感度よく検出することができる。
【０１４２】
（第７の実施形態）
本実施形態は、第５の実施形態に記載の光センサを用いた画像認識素子に関する。図２６は、画像認識素子２９を示す図である。画像認識素子２９において、第１の実施形態に記載の画像認識素子１００と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１４３】
画像認識素子２９は、ソース電極５ａとドレイン電極５ｂとがカーボンナノチューブ構造体１３１によって接続されている。カーボンナノチューブ構造体１３１において、カーボンナノチューブ１０５の周囲に修飾分子１２９が一様に被覆している。カーボンナノチューブ構造体１３１の周囲に修飾分子１２９の薄い絶縁層が形成されている。このため、受光により分極が発生する層１３とカーボンナノチューブ１０５との間に絶縁層１１を設けることなく、タンパク質単分子膜５１において精度よく安定的に分極を生じさせることができる。受光により分極が発生する層１３には、たとえば紫膜を用いることができる。
【０１４４】
なお、画像認識素子２９の作製には、第５および第６の実施形態に記載の方法を利用することができる。
【０１４５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１４６】
（実施例）
本実施例では、カーボンナノチューブの表面に変性バクテリオロドプシンの絶縁層が被覆されたカーボンナノチューブ構造体を作成した例を示す。図１９は、このようなカーボンナノチューブ構造体１１７の製造方法を示す図である。
【０１４７】
まず、バクテリオロドプシン１０２を含む紫膜を分散媒に分散させた（図１９（ａ））。バクテリオロドプシン１０２として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシン１０２を用いることができるが、本実施例では紫膜を用いた。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓａｌｉｎａｒｕｍ）などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，３１，Ａ，ｐｐ．６６７−６７８（１９７４）に記載の方法を用いた。また、分散媒１０３として、３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液を用いた。なお、分散媒１０３としては、３３ｖ／ｖ％ＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）水溶液に限らず、有機溶媒の水溶液等を用いることができる。
【０１４８】
バクテリオロドプシン１０２の分散液に過剰量のカーボンナノチューブ１０５を加え、超音波分散器を用いて１時間以上分散化処理を行った（図１９（ｂ））。分散後、残存するカーボンナノチューブ１０５の凝集物を除去した。カーボンナノチューブとして、ＭＴＲ  Ｌｔｄ．社製多層カーボンナノチューブ（Ｃｌｏｓｅｄ  ｅｎｄ  ｔｙｐｅ、直径数１０〜２００ｎｍ、精製純度約９５％）を用いた。
【０１４９】
こうして得られた分散液１０７（図１９（ｃ））を、シリンジ１０９を用いて、水槽に張った下層液１１１の液面上に静かに展開した（図１９（ｄ））。こうすることにより、カーボンナノチューブ１０５の単分子膜が得られた。なお、本実施例では、水槽としてラングミュアトラフ１１３を用い、下層液１１１としてＨＣｌでｐＨ３．５に調製した純水を用いた。
【０１５０】
次に、カーボンナノチューブ１０５の単分子膜を静置し、バクテリオロドプシン１０２を下層液１１１の界面張力によって界面変性させた。紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で５時間以上静置することが好ましいため、本実施例でも５時間静置した（図１９（ｅ））。こうすることにより、変性バクテリオロドプシン１１５が、カーボンナノチューブ１０５の側面に巻回するようになる（図１９（ｆ））。
【０１５１】
上記水面上に形成されたカーボンナノチューブ構造体１１７を、その支持単分子膜ごとＴＥＭ観察用グリッドに転写し、乾燥後にＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）でそのまま観察した。図２０は、カーボンナノチューブ構造体１１７のＴＥＭ像を示す図である。
【０１５２】
図２０より、カーボンナノチューブ１０５の表面に変性バクテリオロドプシン１１５の層が均一に形成されていた。また、その層厚は、３ｎｍ程度であった。
このように、本実施例では、バクテリオロドプシン１０２とカーボンナノチューブ１０５とを分散させ、液面上に展開するという簡便な方法により、カーボンナノチューブ構造体１１７を作製することができた。
【０１５３】
得られたカーボンナノチューブ構造体１１７を基板上に付着させることにより、光センサを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バクテリオロドプシンへの光照射とその電気的応答を示す図である。
【図２】  実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
【図３】  実施の形態に係る光センサの一例を示す概略図である。
【図４】  実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】  実施の形態に係る光センサの構造の一部を模式的に示す斜視図である。
【図６】  カーボンナノチューブの配向膜の作製方法を示す図である。
【図７】  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
【図８】  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図９】  タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
【図１０】  変性タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
【図１１】  実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。
【図１２】  バクテリオロドプシンへの光照射による電気分極特性を示す図である。
【図１３】  実施の形態に係る画像認識素子の出力画像を模式的に示す図である。
【図１４】  紫膜のＬＢ膜のΠ−Ａプロットを示す図である。
【図１５】  ソース電極およびドレイン電極のカーボンナノチューブを用いた接続方法について模式的に示す断面図である。
【図１６】  実施の形態に係る電極の構成の一例を示す図である。
【図１７】  紫膜を支持体としたカーボンナノチューブの配向膜のＡＦＭ像を示す図である。
【図１８】  支持体を用いずに作製した配向カーボンナノチューブの単分子膜のＡＦＭ像を示す図である。
【図１９】  実施例に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法を示す図である。
【図２０】  実施例に係るカーボンナノチューブ構造体のＴＥＭ像を示す図である。
【図２１】  実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
【図２２】  実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２３】  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
【図２４】  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図２５】  カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図２６】  実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。
【国際調査報告】
2004013915.tif 000029
2004013915.tif 000030
2004013915.tif 000031
2004013915.tif 000032