(57)【要約】電界効果トランジスタは、ソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成するナノワイヤーを備えている。ゲート領域を形成するナノチューブは、第１ナノチューブから少し離れて配置されている。または、上記ゲート領域を形成するナノチューブは、ナノチューブ間のトンネル電流をほぼ無くすことができるように、かつ、電圧を第２ナノチューブに印加することによって、電界効果を用いて第１ナノチューブのチャネル領域の導電率を制御できるように配置されている。
2004503097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果トランジスタのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成し、半導性、および／または、金属的に導電性であるナノワイヤーと、
電界効果トランジスタのゲート領域を形成し、半導性、および／または、金属的に導電性である少なくとも１つのナノチューブとを備え、
上記ナノワイヤーおよび上記ナノチューブは、ナノワイヤーとナノチューブとの間のトンネル電流をほぼ無くすことができ、かつ、電圧をナノチューブに印加することによって生ずる電界効果を用いて、ナノワイヤーのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに距離を保って配置されているか、または調整されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
上記ナノワイヤーは、上記電界効果トランジスタのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成する第１ナノチューブであり、上記第１ナノチューブは、半導性、および／または、金属的に導電性のナノチューブであり、
上記ナノチューブは、上記電界効果トランジスタのゲート領域を形成する第２ナノチューブから形成され、上記第２ナノチューブは、半導性、および／または、金属的に導電性のナノチューブであり、
上記第１ナノチューブおよび上記第２ナノチューブは、ナノチューブ間のトンネル電流をほぼ無くすことができ、かつ、電圧を上記第２ナノチューブに印加することによって生ずる電界効果を用いて、上記第１ナノチューブのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに距離を保って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
上記第１ナノチューブおよび／または上記第２ナノチューブは、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
上記ナノワイヤーと上記ナノチューブとの間には、電気的に非導電性の気体が注入されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
上記第１ナノチューブおよび／または上記第２ナノチューブは、複数の壁を備えていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
上記第１ナノチューブのチャネル領域上には少なくとも絶縁層が形成されており、
上記絶縁層上には第２ナノチューブが形成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
上記絶縁層が酸化物材料または窒化物材料を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】
上記電界効果トランジスタのゲート領域を形成しているナノチューブは、３つの端部を備えており、
上記端部の１つには、電圧を印加することができ、
上記端部のその他の２つは、印加された電圧に基づいてナノワイヤーのチャネル領域の導電率を変更できるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項９】
上記電界効果トランジスタには、第２ゲート領域を形成する第３ナノチューブが備えられており、上記第３ナノチューブは、半導性、および／または、金属的に導電性のナノチューブであり、
上記ナノワイヤーおよび上記第３ナノチューブは、上記ナノワイヤーと上記第３ナノチューブとの間のトンネル電流をほぼ無くすことができ、電圧を第３ナノチューブに印加することによって生ずる電界効果を用いて、上記ナノワイヤーのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに距離を保って配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
上記電界効果トランジスタのゲート領域を形成するナノチューブと、上記第３ナノチューブとは、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
上記ナノチューブの少なくとも１つは多数のナノチューブを備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
上記ナノチューブの少なくとも１つは、上記ナノワイヤー上に形成されており、電気的に絶縁している領域および、半導性の領域または金属的に導電性の領域を備え、
上記ナノチューブの絶縁領域が上記ナノワイヤーのチャネル領域上に形成されることによって、ナノチューブの絶縁領域が電界効果トランジスタの絶縁体を形成し、
上記ナノチューブの半導性の領域または金属的に導電性の領域は、上記電界効果トランジスタのゲート領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
上記電界効果トランジスタのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成するナノワイヤーと、
電気的に絶縁しており、上記ナノワイヤー上に形成され、電界効果トランジスタの絶縁体を形成している少なくとも１つのナノチューブと、
上記電界効果トランジスタのゲート領域を形成し、絶縁性のナノチューブ上に形成された電気的に半導性あるいは、金属的に導電性の少なくとも１つのナノチューブとを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
上記ナノワイヤーはシリコンナノワイヤーであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
上記ナノワイヤーは他のナノチューブであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１６】
上記他のナノチューブは、他のカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１５に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１７】
上記他のナノチューブは、少なくとも１つの半導性の領域と、少なくとも１つの金属的に導電性の領域とを含んでいることを特徴とする請求項１５または１６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１８】
上記半導性の領域は、２つの金属的に導電性の領域の間に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１９】
上記ナノチューブの絶縁している領域は、窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２０】
上記ナノチューブの半導性の領域または電気的に導電性の領域は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２１】
上記電気的に絶縁しているナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２２】
上記半導性または金属的に導電性のナノチューブは、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２３】
上記ナノチューブの少なくとも１つは複数の壁を有していることを特徴とする請求項１２ないし２２のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電界効果トランジスタに関するものである。
【０００１】
［１］には、多数の様々な電界効果トランジスタが開示されている。
【０００２】
そのような電界効果トランジスタの一例として、いわゆるＭＯＳ電界効果トランジスタが挙げられる。
【０００３】
ＭＯＳ電界効果トランジスタのチップ面積は、現在の技術では、少なくともおよそ０．８μｍ２〜１．５μｍ２はある。
【０００４】
さらに［２］および［４］には、いわゆるカーボンナノチューブに関する基本原理が開示されている。
【０００５】
［３］には、基板上にカーボンナノチューブを成長させることを用いたカーボンナノチューブの製造方法が開示されている。
【０００６】
［４］には、気相においてカーボンナノチューブを蒸着させることによって、カーボンナノチューブを製造する他の方法が記載されている。
【０００７】
さらに［５］には、電気的に半導性のカーボンナノチューブまたは金属的に導電性のカーボンナノチューブがホウ素原子および窒素原子のドーピングによって電気的に絶縁効果のある窒化ホウ素ナノチューブへと化学変化する方法が、開示されている。
【０００８】
さらに、［６］には、二酸化ケイ素基板を介して金を含む２つの電極を電気的に制御できるように互いに連結するカーボンナノチューブを備えた電界効果トランジスタが開示されている。この場合、金を含む電極は、電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域を形成し、電界効果トランジスタの制御可能なチャネル領域は、カーボンナノチューブから形成される。二酸化ケイ素層の下に位置して電界効果トランジスタのゲート領域として用いられるシリコン層を介して、チャネル領域を形成するカーボンナノチューブの電気的特性、特にその電気的導電率は制御される。
【０００９】
さらにまた［７］には、シリコンナノワイヤーの製造方法が開示されている。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、知られている電界効果トランジスタに比べて所要面積の少ない電界効果トランジスタを提供することにある。
【００１１】
電界効果トランジスタは、そのソース領域、チャネル領域、および、ドレイン領域を形成するナノワイヤーを備えている。上記ナノワイヤーは、半導性の、および／または、金属的に導電性のナノワイヤーである。さらに、電界効果トランジスタは、そのゲート領域を形成するナノチューブを少なくとも１つ備えている。なお、上記ナノチューブは、半導性の、および／または、金属的に導電性のナノチューブである。ナノワイヤーおよびナノチューブは、それらの間のトンネル電流をほぼ無くすことができるように、かつ、電圧を第２ナノチューブに印加することによって、電界効果を用いてナノワイヤーのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに少し離れて配置されているか、あるいは調整されている。
【００１２】
本発明の一形態では、電界効果トランジスタは、そのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成する第１ナノチューブを、ナノワイヤーとして備えている。第１ナノチューブは、半導性の、および／または、金属的に導電性のナノチューブである。さらに、本発明のこの形状では、ゲート領域を形成するナノチューブは、第２ナノチューブによって形成されている。なお、上記第２ナノチューブは、半導性の、および／または金属的に導電性のナノチューブである。第１ナノチューブおよび第２ナノチューブは、両ナノチューブ間のトンネル電流をほぼ無くすことができ、かつ、電圧を第２ナノチューブに印加することによって、電界効果を用いて第１ナノチューブのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに少し離れて配置されている。
【００１３】
電界効果トランジスタが主としてナノチューブによって形成されているので、従来公知の電界効果トランジスタと比較して、トランジスタの面積をかなり縮小できる。
【００１４】
さらに、上記電界効果トランジスタは、従来の電界効果トランジスタと比較して、特にカーボンナノチューブの容量が非常に少なく、その導電率が非常に良いので、上記電界効果トランジスタの２つの状態間のスイッチング操作において、損失率を著しく減少させることが可能になる。
【００１５】
第１ナノチューブの導電率は、特にチャネル領域を形成する第１ナノチューブの断面（Ａｂｓｃｈｎｉｔｔ）に電位すなわち電界を部分的に印加することによって変化する。これにより、多機能な電界効果トランジスタを実現できる。
【００１６】
第１ナノチューブまたはナノワイヤーが電気的に半導性の、および／または、金属的に導電性の特性を有していれば、ナノチューブまたはナノワイヤーの材料として、いかなる材料も用いることができる。
【００１７】
それに加えて、第１ナノチューブまたはナノワイヤーのソース領域またはドレイン領域およびチャネル領域をドープしてもよい。このように、チャネル領域に、漏れ電流を少なくするために静止状態に導く（ｉｍ Ｒｕｈｅｚｕｓｔａｎｄ ｆｕｅｈｒｔ）電位障壁を生成できる。ソース領域とチャネル領域との間およびドレイン領域とチャネル領域との間の両方においてｐｎ接合またはｎｐ接合が発生するように、ソース領域およびドレイン領域並びにチャネル領域をドープすることが好ましい。
【００１８】
しかし、ソース領域またはドレイン領域またはチャネル領域のいずれかのみをドープすることもできる。
【００１９】
さらに、漏れ電流を少なくするために、ｐｎ接合またはｎｐ接合を行う場合、ｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域との間に位置するナノチューブのわずかな領域（約１ｎｍ〜約５ｎｍ）をドープしないことが有効である。
【００２０】
具体的には、本発明では、第１ナノチューブまたはナノワイヤーのチャネル領域の近傍に制御素子として第２ナノチューブを配置することによって、チャネル領域を形成する第１ナノチューブの部分において、必要に応じて第１ナノチューブの導電率を制御する。
【００２１】
本発明の改良点によれば、ナノワイヤーとゲート領域を形成するナノチューブまたは２つのナノチューブとは、互いに接触せず（すなわちそれらが互いに物理的に接触せず）、むしろ誘電体によって（最も容易な場合には空気（Ｌｕｆｔ）、気体または真空によって）互いに分離しているということが重要である。それにも関わらず、電界効果を用いて、第１ナノチューブの導電率に十分な影響を及ぼすことができる。
【００２２】
あるいは、２つのナノチューブ間に注入された（ｅｉｎｇｅｂｒａｃｈｔｅｓ）非導電性の気体によっても、誘電体を形成できる。
【００２３】
第１ナノチューブと第２制御ナノチューブとの間の最短距離を、２つのナノチューブの間に位置する最大限に許容可能なトンネル電流と、電界効果トランジスタを駆動する所望の供給電圧とに応じて設定する。
【００２４】
例えば、カーボンナノチューブが２つ存在する場合、第２ナノチューブは第１ナノチューブに対してほぼ垂直に配置されており、２つのナノチューブの直径が１ｎｍ〜１０ｎｍである場合、領域間の間隔を０．５ｎｍ〜５ｎｍに設定できる。具体的には、電界効果トランジスタがＴ型構造を有するように、２つのナノチューブは、この場合、互いにＴ型に配置されている。
【００２５】
さらに、誘電体として、絶縁層（すなわち、非導電性の材料を含む層、例えば酸化物材料を含む層、二酸化ケイ素または窒化物材料を含む層、シリコン窒化物を含む層）を使用できる。
【００２６】
これに関連して、２つのナノチューブ間の電流（せいぜいごくわずかなトンネル電流を）をほぼ無くすことのみが必要である。
【００２７】
これらのナノチューブは、半導性、および／または、金属的に導電性のカーボンナノチューブとして構成できる。
【００２８】
さらに、特にカーボンナノチューブにおいては単一壁および／または多壁ナノチューブを使用することができる。
【００２９】
第２ナノチューブは３つの端部を備えていてもよい。その１つの端部には電圧を印加できる。他の２つの端部は、印加された電圧に基づいて第１ナノチューブのチャネル領域の導電率を変更できるように配置されている。
【００３０】
この改良点によって、導電率を変更できるチャネル領域（すなわち活性領域）を拡大することが可能である。これによって、電界効果トランジスタが遮断状態である時、発生した漏れ電流は著しく減少する。
【００３１】
本発明の他の形態では、電界効果トランジスタは２つのゲートを備えている。これらを用いて、電界効果トランジスタのスイッチをその都度切り替える。つまり、電界効果トランジスタのチャネル領域を形成する第１ナノチューブの部分において導電率を変更できるのである。
【００３２】
この形態によって、誤差に対する感受性（Ｆｅｈｌｅｒａｎｆａｅｌｌｉｇｋｅｉｔ）および妨害に対する抵抗力（Ｓｔｏｅｒｓｉｃｈｅｒｈｅｉｔ）が改善される。
【００３３】
この場合、電界効果トランジスタの第２ゲート領域を形成する第３ナノチューブが、備えられている。なお、第３ナノチューブは、半導性、および／または、金属的に導電性のナノチューブである。第１ナノチューブおよび第３ナノチューブは、ナノワイヤーとナノチューブとの間に位置するトンネル電流を無くすことができ、電界効果を用いて電圧を第３ナノチューブに印加することによってナノワイヤーまたは第１ナノチューブのチャネル領域の導電率を制御できるように、互いに一定の間隔を保って配置されている。
【００３４】
さらに、第２ナノチューブおよび第３ナノチューブを互いに電気的に接続できる。
【００３５】
一般的に、電界効果トランジスタの他のゲートとしての他の絶縁層上に、他の（ｗｅｉｔｅｒｅｒ）カーボンナノチューブの予め設定可能な数を原則として増やすことができる。これにより、容易なロジックＯＲ構造（ｌｏｇｉｓｃｈｅ ＯＤＥＲ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）を、電界効果トランジスタを用いて形成できる。
【００３６】
さらに、本発明の他の形態によれば、各ナノチューブは、単一のナノチューブを複数にして、あるいは、多数にして、即ち、全体として束状になるように有していても良い。これにより、形成された電界効果トランジスタの安定性および信頼性をさらに改善できる。
【００３７】
また、電界効果トランジスタに用いられるナノチューブの端部は、選択的に開閉することができる。
【００３８】
本発明の他の形態によれば、電界効果トランジスタは、そのソース領域とチャネル領域とドレイン領域とを形成するナノワイヤーを備えている。ナノワイヤー上に、絶縁領域および半導性領域または金属的に導電性の領域を備えるナノチューブが形成されている。ナノチューブの絶縁領域は、それが電界効果トランジスタの絶縁体を形成するように、ナノワイヤーのチャネル領域上に形成されている。さらに、ナノチューブは、その半導性の領域またはその金属的に導電性の領域が電界効果トランジスタのゲート領域を形成するように、ナノワイヤー上に形成されている。
【００３９】
ナノワイヤーは、シリコンナノワイヤーであることが望ましい。
【００４０】
本発明の他の形態によれば、ナノワイヤーは他の（ｗｅｉｔｅｒｅ）ナノチューブ（例えばカーボンナノチューブ）であってもよい。
【００４１】
上記の形態の利点として、特に解決策（Ｌｏｅｓｕｎｇ）が簡潔であることが挙げられる。つまり、電界効果トランジスタの２つの素子の両方（即ち、制御する素子（ゲート）と制御される素子（チャネル）との両方）を、関連した利点のある材料特性を有するカーボンナノチューブによってそれぞれ形成することができる。
【００４２】
他の（ｗｅｉｔｅｒｅ）カーボンナノチューブは、少なくとも１つの半導性領域および少なくとも１つの金属的に導電性の領域を備えることができる。なお、半導性領域を、２つの金属的に導電性の領域間に配置できる。
【００４３】
この場合、他のカーボンナノチューブの半導性領域は、電界効果トランジスタのチャネル領域を形成することが好ましく、２つの金属的に導電性の領域は、電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域を形成することが好ましい。
【００４４】
ナノチューブは、複数の個々のナノチューブ（例えば、電気的に絶縁しているナノチューブ、あるいは、本発明の形態によれば、窒化ホウ素ナノチューブ、および、１つまたは複数の半導性のまたは金属的に導電性のカーボンナノチューブ）から構成されていてもよい。
【００４５】
ナノチューブの絶縁領域は、窒化ホウ素ナノチューブによって形成することができる。
【００４６】
一般的には、これに関連して、カーボンナノチューブの導電率は、チューブパラメータに応じて決定されるということに注目すべきである。
【００４７】
したがって、例えば、電気的に半導性のカーボンナノチューブおよび金属的に導電性のカーボンナノチューブは、チューブパラメータに応じて決定される。
【００４８】
これに対して、構造的に同じように構成された窒化ホウ素ナノチューブは、電気的に絶縁している。なぜなら、これらは４ｅＶのエネルギーバンドギャップを有しているからである。
【００４９】
ナノチューブの半導性領域または金属的に導電性の領域は、カーボンナノチューブ（すなわち、半導性のカーボンナノチューブまたは金属的に導電性のカーボンナノチューブ）であることが望ましい。
【００５０】
したがって、標準的な２種類のカーボンナノチューブを使用することが可能である。これにより、このことが望まれるのであれば、あるいは、例えば、トランジスタパラメータが必ずしも知られなくてもよい場合は、それぞれ製造されたカーボンナノチューブの電気的特性の比較的複雑な検査を行わずに済ますことが可能であろう。
【００５１】
本発明では、単一壁ナノチューブと多壁（カーボン）ナノチューブとの両方を使用できる。
【００５２】
他の電界効果トランジスタは、そのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を形成するナノワイヤーを備えている。ナノワイヤー上に、電界効果トランジスタの絶縁体を形成する少なくとも１つの電気的に絶縁したナノチューブが形成されている。さらに、電界効果トランジスタは、絶縁しているナノチューブ上に形成された電気的に半導性の、および、金属的に導電性の少なくとも１つのナノチューブ（これは電界効果トランジスタのゲート領域を形成している）を備えている。
【００５３】
具体的には、電気的に絶縁したナノチューブまたはナノチューブの絶縁性領域がナノワイヤー上に形成されていることにより、ゲート領域を形成している半導性、または、金属的に導電性のナノチューブを用いて、電界効果トランジスタのチャネル領域（つまりナノワイヤー）において形成できる電界効果によって、電気的な電荷キャリアの密度を制御できる。したがって、電界効果トランジスタのスイッチを、２つのトランジスタの状態（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｚｕｓｔａｎｄ）（即ち、導電性のトランジスタの状態および非導電性のトランジスタの状態）の間で切り替えることが可能となる。
【００５４】
したがって、通常の電界効果トランジスタの場合と同様に、電界を用いてゲート電極に印加された電圧によって（つまり、電界効果トランジスタのゲート領域に印加された電圧によって）、本発明による電界効果トランジスタのチャネル導電率を制御する。
【００５５】
本発明の重要な利点は、提供された電界効果トランジスタが非常に小さい（つまり、その大きさを１００ｎｍ２およびそれ以上小さいサイズに製造できる）ということである。
【００５６】
さらに、単分子（すなわち一体成形）の電界効果トランジスタは、ナノチューブ（一般的には１つのナノワイヤーおよび１つのナノチューブ）を含んで形成されるということに基づいて、電気回路の内部接続において電気素子を非常に容易に集積できる。
【００５７】
その上、本発明の他の利点は、上記電界効果トランジスタが半導体回路に通常用いられるシリコン材料と互換性を有している点である。
【００５８】
本発明は、一般的に、ナノワイヤー（例えばカーボンナノチューブ）上に他の（ｗｅｉｔｅｒｅ）ナノチューブを形成することによって、電界効果トランジスタとして形成された一体成形（すなわち単分子）の素子が分離した電気的単分子素子であることが分かる。
【００５９】
本発明の実施形態を図に示し、以下に詳述する。
【００６０】
以下に記載された実施形態では、電界効果トランジスタの素子が同じである場合、部分的には共通の部材番号を用いて示している。
【００６１】
図１は、本発明の第１実施形態に基づいた電界効果トランジスタ１００を示している。
【００６２】
電界効果トランジスタ１００は、長さがおよそ１００ｎｍで厚さがおよそ１ｎｍ〜１０ｎｍの、電気的に半導性、または、金属的に導電性の第１カーボンナノチューブ１０１を備えている。
【００６３】
第１カーボンナノチューブ１０１および後に記述する全てのカーボンナノチューブ、さらに他の実施形態のカーボンナノチューブは、［２］に記載の気相における蒸着方法を用いて、または、［３］に記載の成長法（Ａｕｆｗａｃｈｓｅｎｓ）を用いて製造される。
【００６４】
第１カーボンナノチューブ１０１には、電界効果トランジスタ１００のソース領域１０２、チャネル領域１０３およびドレイン領域１０４が備えられている。
【００６５】
第１カーボンナノチューブ１０１上には、チャネル領域１０３において、窒化シリコンまたは二酸化ケイ素を含んだ絶縁層１０５が、ＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成されている。絶縁層１０５の厚さはおよそ２ｎｍ〜５ｎｍであり、その長さは、少なくともチャネル領域１０３の長さと同程度である。
【００６６】
［ｙ］に記載の方法に基づいて、第２カーボンナノチューブ１０６は、第１カーボンナノチューブ１０１に対してほぼ垂直に、絶縁層上に成長する。
【００６７】
第２カーボンナノチューブ１０６の長さは、およそ１０ｎｍであり、その厚さはおよそ１ｎｍ〜１０ｎｍである。
【００６８】
これに関して、カーボンナノチューブ１０１・１０６の長さおよび厚さは、トランジスタの多機能性にはほとんど影響を及ぼさないということに注目すべきである。上記カーボンナノチューブは、互いに非常に異なっていることが望ましい。
【００６９】
さらに、上述の多機能性を保証できるのであれば、カーボンナノチューブ１０１・１０６を曲がった（つまり、湾曲した）形状にすることもできる。
【００７０】
電界効果トランジスタのゲートとして機能している第２カーボンナノチューブ１０６に、電気的な制御電圧（ゲート電圧）を印加することにより、電界が発生する。電界効果によって起こった電界は、チャネル領域１０３において電位を変え、それによって第１カーボンナノチューブ１０１の電気的導電率を制御する。
【００７１】
図２は、本発明の第２実施形態に基づいた電界効果トランジスタ２００である。
【００７２】
電界効果トランジスタ２００は、互いに電気的に接続されている連結した３つのカーボンナノチューブ２０２・２０３・２０４によって、第１カーボンナノチューブ２０１がほぼ形成されているという点において、第１実施形態に基づく電界効果トランジスタ１００とは異なっている。
【００７３】
電界効果トランジスタ２００のソース領域を形成する第１部分ナノチューブ２０２は、金属的に導電性のカーボンナノチューブである。
【００７４】
電界効果トランジスタ２００のチャネル領域を形成する第２部分ナノチューブ２０３は、半導性のカーボンナノチューブである。
【００７５】
電界効果トランジスタ２００のドレイン領域を形成する第３部分ナノチューブ２０４は、これも同様に、金属的に導電性のカーボンナノチューブである。
【００７６】
第２実施形態に基づいて、第２部分ナノチューブ２０３は、第２カーボンナノチューブ１０６の幅よりも広い。つまり、言い換えると、第２部分ナノチューブ２０３の直径（Ｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ）は、第２カーボンナノチューブ１０６以上に横に広い。
【００７７】
図３は、本発明の第３実施形態に基づいた電界効果トランジスタ３００である。
【００７８】
電界効果トランジスタ３００は、主として第２部分ナノチューブ２０３の幅が第２カーボンナノチューブ１０６よりも狭いという点において、第２実施形態に基づく電界効果トランジスタ２００とは異なっている。つまり、言い換えると、第２部分ナノチューブ２０３、すなわちチャネル領域の横幅は、第２カーボンナノチューブ１０６よりも狭い。
【００７９】
一般的に、例えば第２部分ナノチューブ２０３のようなチャネル領域の幅が広い程、遮断された電界効果トランジスタ内部の漏れ電流は少なくなる。他方、電界効果トランジスタのゲートを形成する第２カーボンナノチューブ１０６の影響が大きい程、例えば第２部分ナノチューブ２０３のようなチャネル領域の幅は狭くなる。
【００８０】
図４は、本発明の第４実施形態に基づいた電界効果トランジスタ４００である。
【００８１】
電界効果トランジスタ４００の第１カーボンナノチューブ４０１には、全部で５つの部分ナノチューブ４０２・４０３・４０４・４０５・４０６が備えられている。
【００８２】
電界効果トランジスタ４００のソース領域を形成する第１部分ナノチューブ４０２は、金属的に導電性のカーボンナノチューブである。
【００８３】
電界効果トランジスタ４００のチャネル領域は、第２部分ナノチューブ４０３、第３部分ナノチューブ４０４および第４部分ナノチューブ４０５によって形成される。なお、第２部分ナノチューブ４０３は半導性のカーボンナノチューブ、第３部分ナノチューブ４０４は金属的に導電性のカーボンナノチューブ、第４部分ナノチューブ４０５もまた同様に半導性のカーボンナノチューブである。
【００８４】
電界効果トランジスタ４００のドレイン領域を形成する第５部分ナノチューブ４０６もまた同様に、金属的に導電性のカーボンナノチューブである。
【００８５】
したがって、チャネル領域は、部分ナノチューブによって形成されるのが一般的である。なお、チャネル領域の各端部に、半導性のカーボンナノチューブが配置されており、その間に、任意の数の金属的に導電性で半導性のカーボンナノチューブが配置されている。
【００８６】
この実施形態によれば、第２カーボンナノチューブ４０７はガンマの形状である。つまり、第２カーボンナノチューブ４０７には、２つの分枝４０８・４０９（あるいは、一般的には任意の数の分枝）が備えられている。なお、分枝４０８・４０９は、第２部分ナノチューブ４０３および第４部分ナノチューブ４０５の領域上に位置する絶縁層１０５上に配置されている。これにより、電界効果トランジスタ４００のチャネル領域を容易に拡張できる。
【００８７】
図５は、本発明の第５実施形態に基づいた電界効果トランジスタ５００である。
【００８８】
電界効果トランジスタ５００においては、チャネル領域に位置する第１カーボンナノチューブ上に第２絶縁層５０１が形成されており、かつ、この絶縁層上で第３カーボンナノチューブ５０２が成長するという点において、第３実施形態に基づいた電界効果トランジスタ３００と異なっている。
【００８９】
第３カーボンナノチューブ５０２は、第２カーボンナノチューブ１０６と電気的に接続されている。この結果、具体的には、複数のゲートを備える電界効果トランジスタ５００が形成される。
【００９０】
一般的に、他の絶縁層または第１カーボンナノチューブの周り全体に形成される１つの絶縁層上に位置する予め設定可能な他のカーボンナノチューブ（図示せず）の数は、増やすことが原則的に可能である。
【００９１】
図６は、本発明の第６実施形態に基づいた電界効果トランジスタ６００である。
【００９２】
電界効果トランジスタ６００は、主として、第２カーボンナノチューブが、電界効果トランジスタ６００のゲートとして共通して用いられる複数（具体的には束状）のカーボンナノチューブ６０１を形成するという点において、第３実施形態に基づく電界効果トランジスタ３００とは異なっている。
【００９３】
図示した実施形態に共通していることは、各電界効果トランジスタのゲート領域に電圧を印加した結果として発生した電界効果によって、ゲート領域に生成された電界を用いて、制御されたナノワイヤーのチャネル領域に位置する電荷キャリアの電流の流れを制御するということである。
【００９４】
図７Ａは、本発明の第７実施形態に基づいた電界効果トランジスタ７００の断面図である。
【００９５】
電界効果トランジスタ７００には、そのソース−チャネル−ドレイン構造を形成する半導性の第１カーボンナノチューブ７０１が備えられている。すなわち、半導性の第１カーボンナノチューブには、電界効果トランジスタ７００のソース領域７０２、チャネル領域７０３、および、ドレイン領域７０４が形成されている。
【００９６】
半導性の第１カーボンナノチューブ７０１は、［２］または［３］に記載の蒸着方法によって製造される。
【００９７】
半導性の第１カーボンナノチューブ７０１上には、第２カーボンナノチューブ７０５が形成されている。
【００９８】
本実施形態に基づいて、［２］または［３］に記載の蒸着方法を用いて、第１カーボンナノチューブ７０１上に位置する気相（Ｇａｓｐｈａｓｅ）から第２カーボンナノチューブ７０５を蒸着する。
【００９９】
あるいは、例えば、［８］にＴ型またはＹ型ナノチューブとして記載されているように、すでに製造された３つの端部領域（つまり端子）を備えたナノチューブを使用できる。
【０１００】
成長または蒸着後に電気的および金属的に導電性となった第２カーボンナノチューブ７０５は、所定の領域７０８において窒化ホウ素ナノチューブ７０７に変化する。なお、この領域７０８は、第１カーボンナノチューブ７０１と第２カーボンナノチューブ７０５との間に位置する接触領域７０６から、第２カーボンナノチューブ７０５に沿って所定の長さだけ延びている。
【０１０１】
言い換えると、［６］に記載の方法に基づいて、第２カーボンナノチューブ７０５の所定の領域に、ホウ素原子および窒素原子をドープするということである。これにより、所定の領域７０８は電気的に絶縁した構造となる。
【０１０２】
さらに、第２カーボンナノチューブ７０５の残余領域は、本実施形態では参照符号７０９で示されており、電気的および金属的に導電性の、あるいは、半導性のカーボンナノチューブである。
【０１０３】
ホウ素原子および窒素原子を用いてドープされ、電界効果トランジスタ７００の電気的に絶縁している領域７０８は、形成された電界効果トランジスタ７００において、その上に第２カーボンナノチューブ７０５が形成されているチャネル領域７０３と、第２カーボンナノチューブ７０５の金属的に導電性であり、ゲート領域として機能している領域７０９との間に位置する絶縁体として作用する。
【０１０４】
このように、電界効果トランジスタ７００の電気的な駆動によって、特に第２カーボンナノチューブ７０５のゲート領域７０９に電圧を印加し、チャネル領域７０３における電荷キャリアの電荷密度、および、それに伴う電界効果トランジスタ７００のチャネル領域７０３の導電率を制御する。
【０１０５】
その結果として、第２カーボンナノチューブ７０５に電圧を印加することによって、第２カーボンナノチューブ７０５を介して第１カーボンナノチューブ７０１の電気的状態を制御できる電界効果トランジスタ７００を形成するのである。
【０１０６】
図７Ｂは、電界効果トランジスタ７００の第１カーボンナノチューブ７０１および第２カーボンナノチューブ７０５の壁の輪郭を示している。
【０１０７】
図７Ｂから分かるように、第２カーボンナノチューブ７０５が第１カーボンナノチューブ７０１上に形成されることにより、接触領域７０６において第１カーボンナノチューブ７０１の壁７１０・７１１と第２カーボンナノチューブ７０５の壁７１２とを直接連結する。
【０１０８】
このように、本発明の全実施形態によれば、単一壁カーボンナノチューブと多壁カーボンナノチューブとの両方を使用できるこということが分かる。
【０１０９】
図８Ａには、本発明の第８実施形態に基づいた電界効果トランジスタ８００を示している。
【０１１０】
電界効果トランジスタ８００は、電界効果トランジスタ８００のソース−チャネル−ドレイン構造を形成する第１カーボンナノチューブ８０１を備えており、これは第７実施形態に基づいた電界効果トランジスタ７００の第１カーボンナノチューブ７０１と同様である。
【０１１１】
第１カーボンナノチューブ８０１の第１領域は、電界効果トランジスタ８００のソース領域を形成する電気的および金属的に導電性のカーボンナノチューブ８０２の一領域である。
【０１１２】
電気的に半導性のカーボンナノチューブ領域８０３は、電界効果トランジスタ８００のチャネル領域８０３を形成している。
【０１１３】
チャネル領域８０３に隣接する電気的に導電性のカーボンナノチューブ領域８０４は、電界効果トランジスタ８００のドレイン領域を形成する。
【０１１４】
第７実施形態と同様に、第２カーボンナノチューブ８０５は、第１カーボンナノチューブ８０１のチャネル領域８０３上に形成されている。
【０１１５】
その結果、第１カーボンナノチューブ８０１と第２カーボンナノチューブ８０５との間には、接触領域８０６が形成される。
【０１１６】
第２カーボンナノチューブ８０５の所定のサイズの領域８０８にホウ素原子または窒素原子をドープした結果、絶縁領域８０７が第１カーボンナノチューブ８０１上に直接形成される。
【０１１７】
さらに、第２カーボンナノチューブ８０５の残余領域は、電気的および金属的に導電性であり、電界効果トランジスタ８００のゲート領域８０９を形成する。
【０１１８】
図８Ｂは、電界効果トランジスタ８００の壁の輪郭を示している。この電界効果トランジスタ８００の場合も同様に、第１カーボンナノチューブ８０１の壁８１０・８１１は、第２カーボンナノチューブ８０５の下に形成されている土台を明確に示している。そして、第２カーボンナノチューブ８０５の壁８１２は、第１カーボンナノチューブ８０１上に接して、すなわち接触位置８１３・８１４に接続して形成されている。つまり、本実施形態によれば、円形構造をしているシリンダー型の第２カーボンナノチューブの接触位置８１３・８１４において連結されている。
【０１１９】
図９Ａは、本発明の第９実施形態に基づいた電界効果トランジスタ９００を示している。
【０１２０】
電界効果トランジスタ９００のソース−チャネル−ドレイン構造を形成し、電気的に半導性であるシリコンナノワイヤー９０１上の、電界効果トランジスタ９００のソース領域９０２とドレイン領域９０４との間に配置されているチャネル領域９０３において、第１カーボンナノチューブ９０５が窒化ホウ素ナノチューブとして形成されている。これにより、接触領域９０９が、シリコンナノワイヤー９０１と第１カーボンナノチューブ９０５との間に形成される。
【０１２１】
第１カーボンナノチューブ９０５上に、第２カーボンナノチューブ９０６が形成、すなわち接続されている。なお、第２カーボンナノチューブ９０６は、電界効果トランジスタ９００のゲート領域を形成し、電気的および金属的に導電性のカーボンナノチューブとして設計されている。
【０１２２】
図９Ｂは、電界効果トランジスタ９００の壁の輪郭を示している。
【０１２３】
これもまた同様に、シリコンナノワイヤー９０１上に、すなわちシリコンワイヤ９０１の上壁９０７上に、共通のユニットを形成する第１カーボンナノチューブ９０５および第２カーボンナノチューブ９０６が形成されており、これによって、その側壁９０８と接触領域９０６とが連結されている。
【０１２４】
図１０Ａは、本発明の第１０実施形態に基づく電界効果トランジスタ１０００を示している。
【０１２５】
これもまた同様に、第１カーボンナノチューブ１００１（本実施形態に基づいて、永続的に（ｄｕｒｃｈｇａｅｎｇｉｇ）半導性のカーボンナノチューブ）、あるいは、その代わりとして第８実施形態に基づいた半導性のシリコンナノワイヤー、または電気的特性の異なる複数のカーボンナノチューブから形成された電界効果トランジスタ１０００のソース−チャネル−ドレイン構造が備えられている。
【０１２６】
したがって、第１カーボンナノチューブ１００１は、ソース領域１００２、チャネル領域１００３およびドレイン領域１００４を同様に形成している。
【０１２７】
チャネル領域１００３上には、複数の壁を備える第２カーボンナノチューブ１００５（本実施形態によれば、電気的に絶縁している窒化ホウ素ナノチューブ）が形成されている。
【０１２８】
多壁窒化ホウ素ナノチューブ１００５は、電界効果トランジスタ１０００において絶縁体として機能する。
【０１２９】
さらに、窒化ホウ素ナノチューブ１００５上には、電気的および金属的に導電性のカーボンナノチューブ１００６が形成され、電界効果トランジスタ１０００のゲートとして使用される。
【０１３０】
図１０Ｂは、電界効果トランジスタに対応した壁の延びを示し、さらに、第１カーボンナノチューブ１００１の壁１００７、複数の窒化ホウ素ナノチューブ１００５の壁１００８、および、第２カーボンナノチューブ１００６の壁１００９を示している。
【０１３１】
さらに、第２カーボンナノチューブ７０５・８０５・９０６の絶縁効果のある電気的な領域７０８を窒化ホウ素ナノチューブに部分的に置き換えることによっても、上記電界効果トランジスタを形成できる。
【０１３２】
さらに、［３］に記載の方法に基づいて、制御された気相エピタキシーを、適切な窒化ホウ素ナノチューブ上に窒化ホウ素ナノチューブまたは金属的に導電性のカーボンナノチューブを成長させるための触媒を用いて置き換えることができる。
【０１３３】
あるいは他の方法（Ｖｏｒｇｅｈｅｎｓｗｅｉｓｅ）において、ナノ‐マニピュレーターを用いることによって電界効果トランジスタの各素子を組み立てることができる。
【０１３４】
さらに、本発明の他の形態に基づけば、第１ナノワイヤー（すなわち、例えば［３］に記載の方法に基づいて形成された電界効果トランジスタのチャネル領域に位置する第１カーボンナノチューブ）上に、所望の領域７０８の長さを有するカーボンナノチューブを成長させること、すなわち、この形成されたカーボンナノチューブにホウ素原子および窒素原子をドープすることもできる。これにより、窒化ホウ素ナノチューブが生成され、この窒化ホウ素ナノチューブ上に金属的に導電性を有するカーボンナノチューブが成長するのである。
【０１３５】
本特許明細書には、次の刊行物からの引用箇所が含まれている。
［１］Ｕ． Ｔｉｅｔｚｅ， Ｃｈ． Ｓｃｈｅｎｋ『半導体回路技術』第１１版、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ出版社、ＩＳＢＮ３−５４０−６４１９２−０，１８７−２１８ページ、１９９９年
［２］Ｚ．Ｆ．Ｒｅｎ他「ガラス上に最適状態に調整されたカーボンナノチューブの巨大アレイの合成」『ＳＩＥＮＣＥ』２８２巻、１１０５−１１０７ページ、１９９８年１１月
［３］Ｙｏｕｎｇ Ｓａｎｇ Ｓｕｈ， Ｙｉｎ Ｓｅｏｎｇ Ｌｅｅ「高位の２次元カーボンナノチューブエリア」『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ』７５巻、１４号、２０４７−２０４９ページ、１９９１年１０月
［４］Ｔ． Ｄｅｋｋｅｒ「分子的量子ワイヤとしてのカーボンナノチューブ」『Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｏｄａｙ』、２２−２８ページ、１９９９年５月
［５］Ｗ． Ｈａｎ他「置換反応によるカーボンナノチューブを含む窒化ホウ素ナノチューブの合成」『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ』７３巻、２１号、３０８５−３０８７ページ、１９９８年１１月
［６］Ｒ． Ｍａｒｔｅｌ 他「電界効果トランジスタの単一壁および多壁カーボンナノチューブ」『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ』７３巻、１７号、２４４７−２４４９ページ、１９９８年１０月
［７］Ｓｕｎｇ−Ｗｏｏｋ Ｃｈｕｎｇ他「シリコンナノワイヤーデバイス」『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ』７６巻、１５号、２０６８−２０７０ページ、１９９９年
［８］Ａ．Ｓ． Ｖｅｄｅｎｅｅｖ他「Ｙ型カーボンナノチューブに基づく分子サイズの整流ダイオード」ＩＥＤＭ会議の議事録、ワシントン、１９９９年
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図２】
本発明の第２実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図３】
本発明の第３実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図４】
本発明の第４実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図５】
本発明の第５実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図６】
本発明の第６実施形態に基づく電界効果トランジスタの断面図である。
【図７Ａ】
本発明の第７実施形態に基づいて材料の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図７Ｂ】
本発明の第７実施形態に基づいて壁の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図８Ａ】
本発明の第８実施形態に基づいて材料の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図８Ｂ】
本発明の第８実施形態に基づいて壁の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図９Ａ】
本発明の第９実施形態に基づいて材料の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図９Ｂ】
本発明の第９実施形態に基づいて壁の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図１０Ａ】
本発明の第１０実施形態に基づいて材料の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【図１０Ｂ】
本発明の第１０実施形態に基づいて壁の輪郭を示した電界効果トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
１００　　　　　電界効果トランジスタ
１０１　　　　　第１カーボンナノチューブ
１０２　　　　　ソース領域
１０３　　　　　チャネル領域
１０４　　　　　ドレイン領域
１０５　　　　　絶縁層
１０６　　　　　第２カーボンナノチューブ
２００　　　　　電界効果トランジスタ
２０１　　　　　第１カーボンナノチューブ
２０２　　　　　第１部分ナノチューブ
２０３　　　　　第２部分ナノチューブ
２０４　　　　　第３部分ナノチューブ
３００　　　　　電界効果トランジスタ
４００　　　　　電界効果トランジスタ
４０１　　　　　第１カーボンナノチューブ
４０２　　　　　第１部分ナノチューブ
４０３　　　　　第２部分ナノチューブ
４０４　　　　　第３部分ナノチューブ
４０５　　　　　第４部分ナノチューブ
４０６　　　　　第５部分ナノチューブ
４０７　　　　　第２カーボンナノチューブ
４０８　　　　　分枝
４０９　　　　　分枝
５００　　　　　電界効果トランジスタ
５０１　　　　　第２絶縁層
５０２　　　　　第３カーボンナノチューブ
６００　　　　　電界効果トランジスタ
６０１　　　　　束状のカーボンナノチューブ
７００　　　　　電界効果トランジスタ
７０１　　　　　第１カーボンナノチューブ
７０２　　　　　ソース領域
７０３　　　　　チャネル領域
７０４　　　　　ドレイン領域
７０５　　　　　第２カーボンナノチューブ
７０６　　　　　接触領域
７０７　　　　　窒化ホウ素ナノチューブ
７０８　　　　　所定の領域
７０９　　　　　金属的に導電性、あるいは、半導性のカーボンナノチューブ
の領域
７１０　　　　　第１カーボンナノチューブの壁
７１１　　　　　第１カーボンナノチューブの壁
７１２　　　　　第２カーボンナノチューブの壁
８００　　　　　電界効果トランジスタ
８０１　　　　　第１カーボンナノチューブ
８０２　　　　　ソース領域
８０３　　　　　チャネル領域
８０４　　　　　ドレイン領域
８０５　　　　　第２カーボンナノチューブ
８０６　　　　　接触領域
８０７　　　　　窒化ホウ素ナノチューブ
８０８　　　　　所定の領域
８０９　　　　　金属的に導電性、あるいは、半導性のカーボンナノチューブ
の領域
８１０　　　　　第１カーボンナノチューブの壁
８１１　　　　　第１カーボンナノチューブの壁
８１２　　　　　第２カーボンナノチューブの壁
８１３　　　　　接触位置
８１４　　　　　接触位置
９００　　　　　電界効果トランジスタ
９０１　　　　　シリコンナノワイヤー
９０２　　　　　ソース領域
９０３　　　　　チャネル領域
９０４　　　　　ドレイン領域
９０５　　　　　窒化ホウ素ナノチューブ
９０６　　　　　第２カーボンナノチューブ
９０７　　　　　シリコンナノワイヤーの上壁
９０８　　　　　カーボンナノチューブの側壁
９０９　　　　　接触領域
１０００　　　　電界効果トランジスタ
１００１　　　　第１カーボンナノチューブ
１００２　　　　ソース領域
１００３　　　　チャネル領域
１００４　　　　ドレイン領域
１００５　　　　第２多壁カーボンナノチューブ
１００６　　　　金属的に導電性のカーボンナノチューブ
１００７　　　　第１カーボンナノチューブの壁
１００８　　　　多壁の窒化ホウ素ナノチューブの壁
１００９　　　　第２カーボンナノチューブの壁
【国際公開パンフレット】
2004503097.tif 000003
2004503097.tif 000004
2004503097.tif 000005
2004503097.tif 000006
2004503097.tif 000007
2004503097.tif 000008
2004503097.tif 000009
2004503097.tif 000010
2004503097.tif 000011
2004503097.tif 000012
2004503097.tif 000013
2004503097.tif 000014
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2004503097.tif 000017
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2004503097.tif 000019
2004503097.tif 000020
2004503097.tif 000021
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2004503097.tif 000025
2004503097.tif 000026
2004503097.tif 000027
2004503097.tif 000028
2004503097.tif 000029
2004503097.tif 000030
2004503097.tif 000031
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2004503097.tif 000033
2004503097.tif 000034
2004503097.tif 000035
2004503097.tif 000036
2004503097.tif 000037
2004503097.tif 000038
2004503097.tif 000039
【国際調査報告】
2004503097.tif 000040
2004503097.tif 000041
2004503097.tif 000042
2004503097.tif 000043
2004503097.tif 000044
2004503097.tif 000045