(57)【要約】本発明は、単一のヘテロナノチューブの形態で提供されるヘテロ構造コンポーネントに関する。ヘテロナノチューブは、その長手方向に沿って複数の領域を有し、これらの領域の各々において、異なったエネルギーギャップを有する。このようなヘテロナノチューブは、特に、１つの領域において非導電性、半導電性、または金属導電性のいずれかであり得、かつ、カーボンナノチューブから、または窒化ホウ素ナノチューブから形成され得る。本発明は、さらに、上述のタイプのヘテロ構造コンポーネントを生成するための方法に関する。【選択図】図１
2004532523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々のヘテロナノチューブ（１１０）を有するヘテロ構造コンポーネントであって、該へテロナノチューブは、
バンドギャップの第１の値を有する第１のナノチューブ材料から製作された第１の領域（１０１）と、
該第１のナノチューブ材料とは異なり、かつ、該バンドギャップの該第１の値とは異なった該バンドギャップの第２の値を有する第２のナノチューブ材料から製作された第２の領域（１０２）とを備え、
該第２の領域（１０２）は、該第１の領域（１０１）の上流部（１０３）に該ヘテロナノチューブ（１１０）の長手方向に配置される、ヘテロ構造コンポーネント。
【請求項２】
前記へテロナノチューブ（２１０）は、少なくとも前記バンドギャップの前記第１の値、または該バンドギャップの前記第２の値とは異なる前記バンドギャップのさらなる値を有する材料から製作された少なくとも１つのさらなる領域（２０３）を備え、
該さらなる領域（２０３）は、該第２の領域（２０２）の上流部（２０５）に該ヘテロナノチューブ（２１０）の長手方向に配置される、請求項１に記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項３】
前記第１、前記第２、および前記さらなる領域における前記バンドギャップの値は、各場合について、金属導電、半導電および絶縁導電特性を含む群からの導電特性に対応する、請求項１または２に記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項４】
前記へテロナノチューブ（１１０、２１０）は、金属導電性である少なくとも１つの領域において、金属導電性カーボンナノチューブとして形成される、請求項３に記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項５】
前記ヘテロ構造ナノチューブ（１１０、２１０）は、半導電性である少なくとも１つの領域において、半導電性カーボンチューブとして形成される、請求項３または４に記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項６】
前記ヘテロナノチューブ（１１０、２１０）は、絶縁性である少なくとも１つの領域において、絶縁性カーボンナノチューブとして形成される、請求項３〜５のいずれか１つに記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項７】
前記へテロナノチューブ（１１０、２１０）は、絶縁性である少なくとも１つの領域において、窒化ホウ素ナノチューブとして形成される、請求項３〜６のいずれか１つに記載のヘテロ構造コンポーネント。
【請求項８】
ヘテロナノチューブ（１１０、２１０）から形成されるヘテロ構造コンポーネントを生成する方法であって、
まず、第１のナノチューブが第１の領域（１０１、２０１、２０２）に生成され、
その後、第２のナノチューブが第２の領域（１０２、２０２、２０３）に生成されて、該第１のナノチューブの前記上流部（１０３、２０４、２０５）に該第１のナノチューブの長手方向に嵌合し、従って、全体として、単一のヘテロナノチューブ（１１０、２１０）が該第１のナノチューブおよび該第２のナノチューブから形成される、方法。
【請求項９】
ヘテロナノチューブ（１１０、２１０）から形成されるヘテロ構造コンポーネントを生成する方法であって、
まず、第１のナノチューブが生成され、
その後、第２のナノチューブが生成され、
その後、該第２のナノチューブが、該第１のナノチューブの上流部（１０３、２０４、２０５）に該第１のナノチューブの長手方向に嵌合され、該第１のナノチューブに取り付けられ、第１の領域（１０１、２０１、２０２）において該第１のナノチューブを含み、第２の領域（１０２、２０２、２０３）において該第２のナノチューブを含む単一のヘテロナノチューブ（１１０、２１０）が該第１のナノチューブおよび該第２のナノチューブから形成される、方法。
【請求項１０】
前記第１のナノチューブおよび／または前記第２のナノチューブを生成するために、気相エピタキシャル成長、アーク放電技術およびレーザアブレーションからなるプロセスの群より選択されたプロセスが用いられる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
所定の場所に提供される触媒材料から製作された触媒表面（５０２）が前記ナノチューブの少なくとも１つのナノチューブ（５０１）の生成中に用いられ、該触媒表面（５０２）は、該ナノチューブ（５０１）が該所定の場所で生成されるようにする、請求項８〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
ヘテロナノチューブ（１１０、２１０）から形成されるヘテロ構造コンポーネントを生成する方法であって、
まず、カーボンナノチューブが生成され、
その後、該カーボンナノチューブが少なくとも第２の部分的セクションにおいて窒化ホウ素ナノチューブに変換される、方法。
【請求項１３】
前記カーボンナノチューブは、化学置換反応が実行された結果として窒化ホウ素ナノチューブに変換される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学置換反応が実行された場合、前記第１の部分的セクションは、該化学置換反応から遮蔽され、該化学置換反応は、前記第２の部分的セクションにおいてのみ生じるようにマスクされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
適切な電界は、前記化学置換反応が行われ、前記カーボンナノチューブが窒化ホウ素ナノチューブに変換されるように、該カーボンナノチューブに印加される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
用いられる前記電界は、走査プローブ顕微鏡のチップの下の電界である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の領域は、第１の金属導電性カーボンナノチューブ（２０１）から形成され、
前記第２の領域は、絶縁性窒化ホウ素ナノチューブ（２０２）から形成され、
前記さらなる領域は、金属導電性カーボンナノチューブ（２１０）から形成され、
該第２の領域は、該第１の領域と該第２の領域との間のトンネル接合として形成される、請求項２に記載のヘテロ構造コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ構造のコンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子コンポーネントは、主に、シリコンＭＯＳ構造（ＭＯＳ＝金属酸化物半導体）または半導体ヘテロ構造に基づいて製作されている。
【０００３】
通常の単純なシリコンＭＯＳ構造は、半導体シリコン層、シリコン層上に形成された酸化物層（ＳｉＯ２）、および酸化物層上に形成された金属層からなる。十分に高い正の電界が金属層に印加された場合、電界効果の結果として、酸化物層に隣接するシリコン層の領域において導電チャネル領域が形成される。チャネル領域の導電性のレベルは、印加された電界の電界強度によって変更され得る。
【０００４】
典型的な半導体へテロ構造は、価電子帯と伝導体との間で異なったバンドギャップを有するが、その格子定数の相違はほんのわずかである、層状に積み重ねられて配置される少なくとも２つの異なった化合物半導体材料からなる。それらの格子定数がほんのわずかに異なるというという事実に基づいて、第２の異なった材料は、ずれることなく積み重なって成長させられ得るので、異なった化合物半導体材料をそれぞれ含む２つの層を有する不均質（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓ）な結晶が生成されるが、格子定数は、不均質な結晶全体にわたって同じである。２つの異なった化合物半導体材料のバンドギャップにおける差異が適切である場合、２つの異なった化合物半導体材料間の界面に極小電位が形成される。ドーパントは、化合物半導体材料の少なくとも１つに導入されている。このドーパントは、不均質な結晶内でほぼ自由に移動し、かつ極小電位に蓄積し得る電荷キャリアを提供し、従って、導電層が界面に形成される。ドーパントを有さないヘテロ構造は、特に、光学的用途のためにも生成される。
【０００５】
ヘテロ構造を生成するために特に適切ないくつかの化合物半導体材料の例は、２つの化合物半導体材料、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）および砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）である。
【０００６】
ヘテロ構造を生成するために適切である、さらなる１対の化合物半導体材料は、シリコン／シリコンガリウム（Ｓｉ／ＳｉＧｅ）である。
【０００７】
半導体へテロ構造のための材料のさらなる典型的な適切な組み合わせは、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓである。
【０００８】
異なった層の順序が適切に選択されたとすると、異なったバンドギャップをそれぞれ有する、重ねて配置された複数の層を有する層構造から、例えば、ダイオード、トランジスタおよびレーザ等の異なった電子および光電子コンポーネントが実現されることが可能である。
【０００９】
従来のシリコンＭＯＳおよび化合物半導体へテロ構造技術は、進行中の小型化に関して、その限界に近付きつつある。
【００１０】
非常に小さい寸法（例えば、［１］を参照）の半導電性、および金属導電構造としてカーボンナノチューブが公知である。カーボンナノチューブは、チューブ状の結晶構造を形成するように配置された炭素原子から形成されたフラーレンである。カーボンナノチューブは、０．２ナノメートル〜最高約５０ナノメートルの直径、および最高数マイクロメートルの長さで生成され得る。直径は、通常、２〜３０ｎｍであり、長さは、最高数百ナノメートルである。カーボンナノチューブの伝導電子のバンドギャップ、従って、導電性は、例えば、直径およびキラリティ等のチューブパラメータを用いて調整され得る。
【００１１】
しかしながら、ナノチューブは、炭素からのみでなく、窒化ホウ素からも生成され得、これらのナノチューブは、カーボンナノチューブと類似であり、かつカーボンナノチューブと格子適合的であることが知られており、すなわち、結晶化のためにカーボンナノチューブに利用可能であるものと同じ結晶構造が、これらのナノチューブに利用可能である（［２］を参照）。窒化ホウ素ナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブの直径またはキラリティ等のチューブパラメータに関係なく、常に絶縁導電特性を有し、電子バンドギャップは、４ｅＶである（［３］を参照）。
【００１２】
ナノチューブを生成するための公知のプロセスは、気相エピタキシャル成長（ＣＶＤ＝化学気相成長）、アーク放電技術およびレーザアブレーション（ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）である。
【００１３】
［４］は、カーボンナノチューブが化学置換反応を用いて窒化ホウ素ナノチューブに変換されることを可能にするプロセスを開示する。この場合、気体ホウ素および窒素を含む熱い雰囲気は、変換されるべきカーボンナノチューブを包囲する領域において生成される。雰囲気の温度が十分に高い場合、化学置換反応が生じ、ここで、カーボンナノチューブ中の炭素原子がホウ素原子および窒素原子と置換される。
【００１４】
［５］は、異なったバンドギャップを有する２つの領域を有するカーボンナノチューブを開示する。
【００１５】
同様のカーボンナノチューブが［６］において提示される。
【００１６】
［７］は、触媒材料を生成するプロセスを記載する。
【００１７】
さらに、［８］は、炭素層を含む内部構造、窒化ホウ素を含む中間構造、および炭素層を含む外部構造を有する多層（ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄ）ナノチューブを記載する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、非常にコンパクトでありながら高信頼性のヘテロ構造コンポーネントを提供することである。
【００１９】
本発明の目的は、独立請求項に記載されるヘテロ構造コンポーネントによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、単一のヘテロナノチューブを有するヘテロ構造コンポーネントを提供する。このヘテロナノチューブは、バンドギャップの第１の値を有する第１のナノチューブ材料から製作された第１の領域、および、バンドギャップの第１の値とは異なるバンドギャップの第２の値を有する第２のナノチューブ材料から製作された第２の領域を含む。第２の領域は、第１の領域の上流部にヘテロナノチューブの長手方向に配置される。第１のナノチューブ材料は、第２のナノチューブ材料とは異なった材料である。
【００２１】
ヘテロ構造コンポーネントは、異なったバンドギャップをそれぞれ有する２つの領域（ヘテロナノチューブの長手方向のセクション）を有する単一のヘテロナノチューブの形態で設計される。この意味合いで、「ヘテロナノチューブ」という用語は、ナノチューブが、各場合について、異なった電子バンドギャップを有する少なくとも２つの領域を有するという点で、不均質であることを意味する。「ヘテロナノチューブ」という用語は、半導体へテロ構造という用語と同様に、ナノチューブが異なったバンドギャップを有する２つ以上の半導体から形成されることを意味する。
【００２２】
ヘテロナノチューブは、２つよりも多い領域を有し得、すなわち、例えば、少なくともバンドギャップの第１の値またはバンドギャップの第２の値とは異なるバンドギャップのさらなる値を有する材料から製作された、さらなる領域を有し得る。さらなる領域は、第２の領域の上流部にヘテロナノチューブの長手方向に配置される。この場合、ヘテロナノチューブは、例えば、長手方向の一般的構造「１−２−３」または一般的構造「１−２−１」を有し、ここで、１、２および３は、３つの異なったバンドギャップを表す。
【００２３】
第１、第２、およびさらなる領域におけるバンドギャップの値は、特に、各場合について、金属導電、半導電、および絶縁導電特性を含む群からの導電特性に対応し得る。
【００２４】
例えば、２つの異なった領域を有するヘテロナノチューブは、例えば、ヘテロナノチューブが第１の領域において絶縁性であり、第２の領域において金属導電性であるように構成される。あるいは、ヘテロナノチューブは、第１の領域において半導電性であるか、または、第２の領域において金属導電性であり得る。あるいは、ヘテロナノチューブは、両方の領域において半導電性であるが、第１の領域におけるバンドギャップは、第２の領域におけるバンドギャップとは異なり得る。非常に一般的には、第１の領域におけるバンドギャップは、第２の領域におけるバンドギャップとは異なるが、導電特性は、必ずしも異なる必要はない。
【００２５】
３つの領域を有する純粋な半導電性のヘテロナノチューブは、例えば、第１の領域において第１のバンドギャップで半導電性であり、第２の領域において第１のバンドギャップとは異なる第２のバンドギャップで半導電性であり、第３の領域において第１のバンドギャップおよび第２のバンドギャップとは異なる第３のバンドギャップ、または第１のバンドギャップのどちらかで半導電性であり得る。
【００２６】
ヘテロナノチューブが金属導電性である領域において、ヘテロナノチューブは、金属導電性カーボンナノチューブとして形成され得る。
【００２７】
ヘテロナノチューブが半導電性である領域において、ヘテロナノチューブは、半導電性カーボンナノチューブとして形成され得る。
【００２８】
ヘテロナノチューブが絶縁性である領域において、ヘテロナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブとして形成され得る。
【００２９】
ヘテロ構造コンポーネントは、極めてコンパクトであり、直径が０．２ｍｍ〜５０ｍｍ、典型的には０．７ｎｍ〜４０ｎｍ、および、長さが１０ｎｍ〜１０μｍ、典型的には２０ｎｍ〜３００ｎｍである。カーボンナノチューブおよび窒化ホウ素ナノチューブが生成され得、かつカーボンナノチューブの導電特性が設定され得る良好な制御可能性に基づいて、ヘテロ構造コンポーネントは、さらに、高い制御可能性および所望の特性で生成され得る。
【００３０】
本発明の例示的実施形態は、以下において図に示され、かつ、より詳細に説明される。
【００３１】
図による例示は図式的であり、縮尺どおりではない。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。ヘテロ構造コンポーネントは、全長が４００ｎｍ、直径が２０ｎｍの単一のヘテロナノチューブ１１０の形態で設計される。ヘテロナノチューブ１１０は、金属導電性ナノチューブから形成される第１の領域１０１、および、第１の領域に隣接し、かつ電気的絶縁性窒化ホウ素ナノチューブから形成される第２の領域を含む。第１および第２のナノチューブは、ヘテロナノチューブ（１１０）の長手方向に隣接し合うように構成され、従って、第１のナノチューブ、第２のナノチューブ、および、形成されるヘテロナノチューブ１１０全体の長軸が一致し、すなわち、単一の直線上に互いに平行に伸びる。第１の領域１０１において伸びる第１のナノチューブは、第１の領域１０１の上流部１０３にて終端し、第２の領域１０２において伸びる第２のナノチューブは、第１の領域１０１の上流部１０３にて開始する。第１の領域１０１および第２の領域１０２の各々は、２００ｎｍの長さを有する。
【００３３】
ナノチューブ中の隣接し合う原子間の距離があいた領域におけるスケール上で、カーボンナノチューブおよび窒化ホウ素ナノチューブは、上流部１０３において、互いにわずかに係合し得、この係合は、ナノチューブの別々の結晶構造によって引き起こされる。
【００３４】
第１のナノチューブおよび第２のナノチューブが同じ結晶構造で形成されることが好ましい。第１および第２のナノチューブは、同一か、または異なったキラリティを有し得る。キラリティは、全く任意には選択され得ず、むしろ、対応するナノチューブが所望のバンドギャップおよび／または所望の導電特性を有するように選択されるべきである。第１のナノチューブおよび第２のナノチューブがずれを有することなく、可能な限り嵌合されることが好ましい。しかしながら、現実的には、ヘテロナノチューブが上流部１０３、およびこの上流部１０３の周囲の環状領域においてずれを有することがある。これらのずれは、通常、環状領域におけるヘテロナノチューブの導電性を不利に変更する。
【００３５】
ヘテロナノチューブの寸法を除いて、図１に示される実施形態に対応する本発明のさらなる実施形態（図示せず）において、ヘテロナノチューブの直径は２ｎｍであり、その全長は３０ｎｍであり、第１および第２のヘテロナノチューブ領域の長さは、各場合について１５ｎｍである。
【００３６】
ヘテロナノチューブの寸法を除いて、図１に示される実施形態に対応する本発明のさらなる実施形態（図示せず）において、ヘテロナノチューブの直径は４０ｎｍであり、その全長は５００ｎｍであり、第１のヘテロナノチューブ領域の長さは２００ｎｍであり、第２のヘテロナノチューブ領域の長さは３００ｎｍである。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。このヘテロ構造コンポーネントは、全長が１００ｎｍ、および直径が１ｎｍのヘテロナノチューブ２１０を有する。
【００３８】
ヘテロナノチューブ２１０は、金属導電性ナノチューブから形成される第１の領域２０１、および第１の領域２０１に隣接し、かつ電気的絶縁性の窒化ホウ素ナノチューブから形成される第２の領域２０２を含む。第１の領域２０１および第２の領域２０２は、図１に示されるヘテロナノチューブ１１０の第１の領域１０１および第２の領域に対応する態様で配置される。図１に示されるヘテロナノチューブ１１０と比較して、ヘテロナノチューブ２１０は、さらに、金属導電性の第３のカーボンナノチューブから形成されるさらなる領域２０３を含む。第３のナノチューブは、第２のナノチューブが第１のナノチューブの上流部に配置されるのと同じ態様で第２のナノチューブの上流部に配置され、すなわち、第１のナノチューブ、第２のナノチューブ、第３のナノチューブ、および形成されるヘテロナノチューブ１１０全体のそれぞれの長軸が一致し、すなわち、単一の直線上に伸びる。第１の領域２０１において伸びる第１のナノチューブは、第１の領域２０１の上流部２０４にて終端し、第２の領域２０２において伸びる第２のナノチューブは、第１の領域２０１の上流部２０４にて開始する。第２の領域２０２において伸びる第２のナノチューブは、第２の領域２０２の上流部２０５にて終端し、さらなる領域２０３において伸びる第３のナノチューブは、第２の領域２０２の上流部２０５にて開始する。従って、第１のナノチューブおよび第２のナノチューブは、第１の領域１０１の上流部１０３にて嵌合される。第１および第３の領域２０１、２１０の各々は、ヘテロナノチューブ２１０の長手方向に４９ｎｍの長さを有する。第２の領域２０２は、２ｎｍの長さを有し、２つの金属製カーボンナノチューブ間に埋め込まれる薄い窒化ホウ素環を形成する。
【００３９】
図２に示されるヘテロ構造コンポーネントは、単純なトンネル接合の機能形態で示され、第２の領域２００における絶縁性窒化ホウ素ナノチューブが第１の領域２０１における導電性の第１のナノチューブと、さらなる領域における導電性の第３のナノチューブ２１０との間でトンネルバリアとして利用される。
【００４０】
長手方向に隣接し合うナノチューブ間の係合、および長手方向に隣接し合う２つのナノチューブ間の境界に近い接合領域におけるずれに関する上述の考察は、２つより多い領域を有する任意のヘテロナノチューブ、すなわち、例えば、図２に示されるヘテロナノチューブ２１０、さらに、図３および図４に記載され、かつ示されるヘテロナノチューブ３１０、４１０それぞれに当てはまる。
【００４１】
図３は、本発明の第３の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。ヘテロ構造コンポーネントは、全長が１６０ｎｍおよび直径が０．８ｎｍのヘテロナノチューブ３１０を含む。この構造の観点からいえば、ヘテロナノチューブ３１０は、図２に示されるヘテロナノチューブと類似であり、主な相違は、２つの絶縁性窒化ホウ素ナノチューブ３０２、３０５、および、２つの窒化ホウ素３０２、３０５間に埋め込まれた半導電性カーボンナノチューブ３０４が絶縁性窒化ホウ素ナノチューブの代わりに第２の領域２０２に提供されることである。従って、ヘテロナノチューブ３１０全体は、図３において左から右に見出されるように、金属導電性カーボンナノチューブから形成された、長さが７０ｎｍの第１の領域３０１、絶縁性窒化ホウ素ナノチューブから形成された長さが２ｎｍの第２の領域３０２、半導電性カーボンナノチューブから形成された、長さが３ｎｍの第３の領域３０３、絶縁性窒化ホウ素ナノチューブから形成された長さが２ｎｍの第４の領域３０４、および金属導電性カーボンナノチューブから形成された長さが８３ｎｍの第５の領域３０５を含む。
【００４２】
図３に示されたヘテロ構造コンポーネントは、領域３０２−３０３−３０４によって形成され、かつ第１の領域３０１において形成された「左側の」（図に示される例示において）導電層と、第５の領域３０５に形成される「右側の」導電層との間に埋め込まれた絶縁体−半導体−絶縁体層シーケンスを有する共振トンネルダイオードの機能形態をとる。
【００４３】
共振トンネルダイオードは、例えば、高周波数電子機器回路において、または、論理回路を実現するために電界効果トランジスタが用いられる電界効果トランジスタに変わる論理用のモジュールとして用いられ得る。
【００４４】
図４は、本発明の第４の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。ヘテロ構造コンポーネントは、全長が２１０ｎｍ、直径が２．２のヘテロナノチューブ４１０を含む。この構造の観点からいえば、ヘテロナノチューブ４１０は、図３に示されたヘテロナノチューブ３１０と類似であり、主な相違は、金属導電性カーボンナノチューブが、第３の領域３０３における半導体カーボンナノチューブではなく、第３の領域４０３に提供されることである。従って、ヘテロナノチューブ４１０全体は、図４において左から右に見出されるように、金属導電性カーボンナノチューブから形成された長さが１１３ｎｍの第１の領域４０１、絶縁性窒化ホウ素ナノチューブから形成された長さが１．５ｎｍの第２の領域４０２、金属導電カーボンナノチューブから形成された長さが４ｎｍの第３の領域４０３、絶縁窒化ホウ素ナノチューブから形成された長さが１．５ｎｍの第４の領域４０４、金属導電性カーボンナノチューブから形成された長さが９０ｎｍの第５の領域４０５を含む。
【００４５】
図４に示されるヘテロ構造コンポーネントは、領域４０２−４０３−４０４によって形成され、かつ第１の領域４０１において形成された「左側の」導電層と、第５の領域４０５に形成される「右側の」導電層との間に埋め込まれた絶縁体−半導体−絶縁体層シーケンスを有する単一の電子トンネルダイオードの機能形態をとる。第３の領域４０３において、電子は、クーロン阻止を用いて蓄積され得、第２の領域４０２において窒化ホウ素ナノチューブ、および第４の領域４０４において窒化ホウ素ナノチューブが、各場合について、トンネルバリアとして利用される。
【００４６】
図４に示される単一の電子トンネルダイオードは、単一の電子トランジスタとしてのさらなるゲート電極４２０と組み合わせて用いられ得る。さらなるゲート電極４２０は、ヘテロナノチューブ４１０のすぐ隣に伸び、かつ、電界が第４の領域４０３に印加され得、従って、第３の領域４０３における電子のエネルギー準位がこのゲート電極４２０を用いて変更され得、従って、ゲート電極４２０と第３の領域４０３との間に印加された電圧の関数としてクーロン阻止が生成または消去され得るように配置される。絶縁材料、例えば、酸化物または窒化物から製作された絶縁層４２１は、ゲート電極４２０とヘテロナノチューブとの間に提供される。
【００４７】
さらなる素子が、図１〜図４に示されたヘテロ構造コンポーネントの各々に提供され得る。例示的に、導電素子を提供することが可能であり、この導電素子を用いてヘテロナノチューブ（１１０、１０３）が駆動電子機器回路に電気的に接続され得る。これらの導電素子は、例えば、金属導電性カーボンナノチューブから、金属から、ドーピングポリシリコンから、または任意の他の適切な導電性材料から形成され得る。例示的に、金属は、ナノチューブの一方の端部上に気相成長またはスパッタリングされ得る。あるいは、金属がナノチューブの両方の端部上に気相成長またはスパッタリングされることも可能である。電気供給コンダクタは、導電素子と電気的に結合され得、さらに、駆動電子機器回路に電気的に結合され、従って、ヘテロナノチューブと駆動電子機器回路とが電気的に結合される。例示的に、気相成長金属ストリップまたはさらなるナノチューブが電気供給コンダクタとして用いられ得る。
【００４８】
以下の記載は、ヘテロナノチューブ１１０、２１０、３１０、４１０から形成されるヘテロ構造コンポーネントを生成するための、本発明による方法の複数の実施形態を説明する。
【００４９】
方法の第１の実施形態において、まず、第１のナノチューブが第１の領域１０１、２０１、２０２に生成され、その後、第２のナノチューブが第２の領域１０２、２０２、２０３に生成され、第１のナノチューブの上流部１０３、２０４、２０５上に第１のナノチューブの長手方向に嵌合され、従って、単一のヘテロナノチューブ１１０、２１０、３１０、４１０全体が第１のナノチューブおよび第２のナノチューブから形成される。
【００５０】
ナノチューブは、この場合、例えば、気相エピタキシャル成長を用いて生成され得る。この場合、まず、第１の気相エピタキシャル成長工程において第１のナノチューブが基板上に生成される。その後、第２の気相エピタキシャル成長工程が実行され、ここで、第２のナノチューブが第１のナノチューブの上流部に生成される。第２の気相エピタキシャル成長工程では、第２の気相エピタキシャル成長工程において、選択的エピタキシャル成長を用いることによって、第２のナノチューブが第１のナノチューブ上にのみ生成され、基板上にはさらなるナノチューブが形成されないようにプロセス温度、プロセス圧力およびプロセス持続時等のプロセス条件が選択される。あるいは、ナノチューブは、アーク放電技術を用いて、またはレーザアブレーションを用いて生成され得る。
【００５１】
第１の実施形態による方法は、さらに、例えば、図２、図３および図４のそれぞれに示されるヘテロナノチューブ２１０、３１０、４１０等の異なったヘテロナノチューブを有する２つよりも多い領域を有するヘテロナノチューブを生成するために用いられ得る。
【００５２】
ヘテロナノチューブ１１０、２１０、３１０、４１０から形成されるヘテロ構造コンポーネントを生成する方法の第２の実施形態において、まず、第１のナノチューブが生成され、その後、第２のナノチューブが生成され、その後、第２のナノチューブは、第１のナノチューブの上流部１０３、２０４、２０５に第１のナノチューブの長手方向に嵌合して、第１のナノチューブに取り付けられ、従って、第１の領域１０１、２０１、２０２において第１のナノチューブを備え、第２の領域１０２、２０２、２０３において第２のナノチューブを備える単一のヘテロナノチューブ１１０、２１０は、第１のナノチューブおよび第２のナノチューブから形成される。
【００５３】
従って、本発明のこの第２の実施形態において、まず、互いに接続されていない個々のナノチューブが生成され、これらのナノチューブは、その後、共に接合される。例示として、適切なナノマニピュレータ、すなわち、例えば、ナノ鉗子またはナノ吸引ピペット、またはナノ粒子を静電気で保持するための静電気機能ナノ保持ツール、または同様のツール等が、第１のナノチューブに第２のナノチューブを取り付けるために用いられ得る。
【００５４】
各場合について、２つのナノチューブが、組みたてられた後、これらが互いに接触する接点で共に溶着されることが適宜可能であり、従って、組み立てられた２つのナノチューブ間に信頼性が高い接続が生成され、安定した単一のヘテロナノチューブが形成される。溶着は、例えば、接触の位置の所定の領域における２つのナノチューブに印加される局所的電界を用いて実行され得る。所定の領域においてのみゼロとは著しく異なる電界を形成するマスクが、局所的電界を生成するために用いられ得る。あるいは、用いられる局所的電界は、微細な導電チップの下、例えば、走査プローブ顕微鏡のチップの下の電界であり得る。
【００５５】
溶着は、例えば、ショートパルスとして局所的電界を印加することによって実行され得る。あるいは、一定の電界が長い期間の間印加される。
【００５６】
本方法の第２の実施形態においても、気相エピタキシャル成長、アーク放電技術、またはレーザアブレーションを用いて、第１のナノチューブおよび／または第２のナノチューブおよび／またはさらなるナノチューブを生成することが可能である。
【００５７】
ヘテロナノチューブ１１０、２１０、３１０、４１０から形成されたヘテロ構造コンポーネントを生成するための方法の第３の実施形態において、まず、カーボンナノチューブが生成される。その後、カーボンナノチューブは、少なくとも第２の部分的なセクションにおいて窒化ホウ素ナノチューブに変換される。図２に示されるヘテロナノチューブについては、例えば、まず、カーボンナノチューブが従来技術を用いて生成される。その後、カーボンナノチューブは、第２の領域２０２において窒化ホウ素ナノチューブに変換される。ナノチューブは、第１の領域２０１および第３の領域２０３においてカーボンナノチューブとして残る。これは、図２に示されるヘテロナノチューブ２１０を生成する。
【００５８】
カーボンナノチューブは、化学置換反応が起こった結果として窒化ホウ素ナノチューブに変換され得る。
【００５９】
化学置換反応は、化学置換反応が生じるまで、変換されるべきであるカーボンナノチューブをホウ素原子および窒素原子を含む十分に熱い雰囲気に曝すことによって行われ得る。雰囲気は、例えば、適切に加熱された加熱炉の閉じられた閉鎖可能チャンバ内で生成され得る。
【００６０】
カーボンナノチューブは、所定の部分的セクション、例えば、第１の部分的セクションにおいてのみ窒化ホウ素ナノチューブに変換されることを確実にするために、化学置換反応を実行した場合、第１の部分的セクションが、化学置換反応から遮蔽されて、化学置換反応が第２の部分的セクションにおいてのみ起こるようにマスクされることが可能である。
【００６１】
この場合、化学置換反応は、［４］から公知であり、かつ本明細書の冒頭にて言及された、カーボンナノチューブを窒化ホウ素ナノチューブに変換する方法に基づく発明を用いて実行される。［４］に開示された方法と比較して、本方法は、この方法が実行された場合に用いられている適切なマスクによってさらに展開され、従って、カーボンナノチューブの部分領域のみか、または個々の部分領域のみが、ホウ素原子および窒素原子を含む雰囲気に曝され、従って、カーボンナノチューブは、これらの部分領域において窒化ホウ素ナノチューブに変換される。図２からのヘテロナノチューブ２１０を生成するために、例示的に、カーボンナノチューブが生成される。カーボンナノチューブの第１の領域２０１および第３の領域２０３が覆われる。第２の領域２０２は、対照的に、覆われない状態である。その後、ホウ素原子および窒素原子を含む熱い雰囲気が形成される。プロセスにおいて、カーボンナノチューブは、覆われない第２の領域２０２においてのみ窒化ホウ素ナノチューブに変換される。これによって、図２に示されるヘテロナノチューブ２１０がもたらされる。
【００６２】
複雑なマスクは、対応して複雑なヘテロナノチューブを生成するために用いられ得る。
【００６３】
炉内で単に加熱する代わりに、化学置換反応が、必要とされる程度に程よく加熱されたホウ素原子および窒素原子を含む雰囲気に変換されるべきカーボンナノチューブを曝すことによって、および、化学置換反応が、通常、電界を用いて触媒によって行われ、カーボンナノチューブが窒化ホウ素ナノチューブに変換されるように、適切な電界をカーボンナノチューブに印加することによって実行され得る。
【００６４】
この場合、化学置換反応は、電界が、化学置換反応を行うために十分な電界強度を有するカーボンナノチューブの領域においてのみ起こる。
【００６５】
電界は、その電界強度が、変換されるべき領域、すなわち、図２に示される実施例における第２の領域において変換を行うためのみに十分な強度であり、従って、カーボンナノチューブが、変換されるべき所望の領域においてのみ窒化ホウ素ナノチューブに変換されるようにカーボンナノチューブに印加される。
【００６６】
用いられる電界は、任意の所望の電界であり得る。所望の領域（単数または複数）のみが変換されることを確実にするために、電界は、適切に構造化された、例えば、穿孔された金属ホイルによって所望の領域の外側で遮蔽される。
【００６７】
あるいは、用いられる電界は、さらなる処置を行うことを必要とせず、空間的に制限された電界を発生するデバイスの電界である。例示的に、微細チップの下に大きくなった電界を用いることが可能である。走査プローブ顕微鏡のチップの下の電界を用いることが好ましい。走査プローブ顕微鏡のチップの下では、チップのすぐ周囲の領域においてのみ電界強度が高く、かつその領域の外側は極わずかである電界を生成することが可能である。従って、チップは、チップと対面して位置する局所的に区切られた非常に小さい領域が高電界に曝されることを可能にする。従って、チップがカーボンナノチューブから適切な距離を置いてカーボンナノチューブの細長い側壁に配置され、かつ、適切な電界がチップとナノチューブとの間に印加された場合、カーボンナノチューブは、チップの対向側に位置する領域においてのみ窒化ホウ素ナノチューブに変換される。
【００６８】
種々の実施形態に対応する方法が、さらに、組み合わされ得る。この場合、生成工程が異なったナノチューブ、すなわち、少なくとも１つのカーボンナノチューブおよび少なくとも１つの窒化ホウ素ナノチューブを最初から生成する工程を含むヘテロナノチューブの領域がある。さらに、生成工程がカーボンナノチューブを窒化ホウ素ナノチューブに変換する工程を包含するヘテロナノチューブの領域がある。
【００６９】
１変形によると、上述のヘテロ構造コンポーネントを生成する方法の実施形態において、所定の場所に提供され、かつ触媒材料から製作された触媒表面５０２が、触媒表面５０２がナノチューブ５０１に所定の場所において生成させる任意の所定のナノチューブ５０１の生成中に用いられ得る。
【００７０】
図５は、本発明のこの変形による触媒表面上に配置されたナノチューブを示す。触媒表面５０２は、ナノチューブ５０１の所定の場所におけるターゲットをしぼった生成を可能にする。
【００７１】
以下の刊行物が本明細書中で引用される。
【００７２】
［１］Ｃ．Ｄｅｋｋｅｒによる「Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｓ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｉｒｅｓ」Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｔｏｄａｙ、５月２２日、２２ページｆｆ（１９９９年）。
【００７３】
［２］Ａ．Ｌｏｉｓｅａｕらによる「Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」Ｃａｒｂｏｎ  Ｖｏｌ．３６、７４３〜７５２ページ、１９９８年、例えば、７４４ページ、右側の段、第２節、３〜６行目）。
【００７４】
［３］Ｂｌａｓｅらによる「Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｃｏｎｓｔａｎｃｙ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」Ｅｕｒｏｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２８（５）、３３５〜３４０ページ（１９９４年））。
【００７５】
［４］Ｗ．Ｈａｎらによる、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３、３０８５（１９９８年）。
【００７６】
［５］Ｌ．Ｃｈｉｃｏらによる「Ｐｕｒｅ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．７６、Ｎｏ．６、９７１〜９７４ページ、１９９６年。
【００７７】
［６］ＷＯ第０１／５７９１７  Ａ２号
［７］Ｈ．Ｔ．Ｓｏｈらによる「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．５、６２７〜６２９号、１９９９年。
【００７８】
［８］Ｋ．Ｓｕｅｎａｇｅらによる「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｗｅｌｌ−Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｌａｙｅｒｓ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  ａｎｄ  Ｃａｒｂｏｎ」ＳＣＩＥＮＣＥ、Ｖｏｌ．２７８、６３５〜６５５ページ、１９９７年。
【００７９】
（参照符号のリスト）
図１
１０１    第１のナノチューブ領域
１０２    第２のナノチューブ領域
１０３    （第１のナノチューブの）上流部
１１０    ヘテロナノチューブ
図２
２０１    第１のナノチューブ
２０２    第２のナノチューブ
２０３    さらなるナノチューブ
２０４    （第１のナノチューブの）上流部
２０５    （第２のナノチューブの）上流部
２１０    ヘテロナノチューブ
図３
３０１    第１の領域
３０２    第２の領域
３０３    第３の領域
３０４    第４の領域
３０５    第５の領域
３１０    ヘテロナノチューブ
図４
４０１    第１の領域
４０２    第２の領域
４０３    第３の領域
４０４    第４の領域
４０５    第５の領域
４１０    ヘテロナノチューブ
４２０    ゲート電極
４２１    絶縁層
図５
５０１    ナノチューブ
５０２    触媒表面
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態によるヘテロ構造コンポーネントを示す。
【図５】図５は、本発明の変形による触媒表面上に配置されたナノチューブを示す。
【国際公開パンフレット】
2004532523.tif 000003
2004532523.tif 000004
2004532523.tif 000005
2004532523.tif 000006
2004532523.tif 000007
2004532523.tif 000008
2004532523.tif 000009
2004532523.tif 000010
2004532523.tif 000011
2004532523.tif 000012
2004532523.tif 000013
2004532523.tif 000014
2004532523.tif 000015
2004532523.tif 000016
2004532523.tif 000017
2004532523.tif 000018
2004532523.tif 000019
2004532523.tif 000020
2004532523.tif 000021
2004532523.tif 000022
2004532523.tif 000023
2004532523.tif 000024
2004532523.tif 000025
2004532523.tif 000026
2004532523.tif 000027
2004532523.tif 000028
2004532523.tif 000029
2004532523.tif 000030
【国際調査報告】
2004532523.tif 000031
2004532523.tif 000032
2004532523.tif 000033
2004532523.tif 000034
2004532523.tif 000035
2004532523.tif 000036