(57)【要約】【課題】強磁性体をＣＮＴに十分に内包させる。【解決手段】炭素の供給源である液体又は気体のアルコール５中で基板７の表面に配置された陰極の電極１１により前記基板７との間に強磁性体の金属板１５を挟み、前記金属板１５が備える尖端部１９を前記陰極に対し間隔を置いて前記基板上に配置された陽極に指向させ、前記電極９，１１間で前記基板７を介して通電すると共に前記金属板１５の尖端部１９に可視光又は紫外光を照射し、棒状の磁性体金属２５を内包したＣＮＴ２７を析出させることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素の供給源である液体又は気体中で基板の表面に相互に間隔をおいて配置された一対の電極と、
この電極の陰極側と前記基板との間に一部が挟まれ前記電極の陽極側へ指向した尖端部を有する強磁性体の金属板と、
前記両電極に接続され前記基板に表面通電又は沿面放電させる直流電源と、
前記金属板の尖端部に可視光又は紫外光を照射する第１照射部とを備え、
前記直流電源による通電制御及び第１照射部による照射制御により棒状の磁性体金属を内包したＣＮＴを析出させる、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁性体内包ＣＮＴの析出装置であって、
前記金属板の尖端部に赤外光を照射する第２照射部を備え、
前記直流電源による通電制御及び第１，第２照射部による照射制御により棒状の磁性体金属を内包したＣＮＴを析出させる、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁性体内包ＣＮＴの析出装置であって、
前記金属板は、メッシュ又は箔である、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出装置。
【請求項４】
炭素の供給源である液体又は気体中で基板の表面に配置された陰極側の電極により前記基板との間に強磁性体の金属板を挟み、
前記金属板が備える尖端部を前記陰極側の電極に対し間隔を置いて前記基板上に配置された陽極側の電極に指向させ、
前記電極間で前記基板を介して通電すると共に前記金属板の尖端部に可視光又は紫外光を照射し、
棒状の磁性体金属を内包したＣＮＴを析出させる、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出方法。
【請求項５】
請求項４記載の磁性体内包ＣＮＴの析出方法であって、
前記金属板の先端部に、前記可視光又は紫外光と共に赤外光を照射する、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の磁性体内包ＣＮＴの析出方法であって、
前記液体又は気体中に不純物を選択して添加し、ｐ型又はｎ型のＣＮＴを析出させる、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴの析出方法。
【請求項７】
請求項４〜６の何れかに記載の磁性体内包ＣＮＴの析出方法により形成される磁性体内包ＣＮＴであって、
棒状の磁性体金属の周りにＣＮＴの層を備えた、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴ。
【請求項８】
請求項７記載の磁性体内包ＣＮＴであって、
前記ＣＮＴは、ｐ型又はｎ型である、
ことを特徴とする磁性体内包ＣＮＴ。
【請求項９】
請求項７又は８記載の磁性体内包ＣＮＴを用いた磁気力顕微鏡であって、
前記磁性体内包ＣＮＴを、反磁性カンチレバーの先端にプローブとして固定した、
ことを特徴とする磁気力顕微鏡。
【請求項１０】
請求項７又は８記載の磁性体内包ＣＮＴを用いたスピン・トランジスタであって、
前記ＣＮＴの一部を分断した分断部と、
この分断部を包囲するｎ型又はｐ型の半導体層と、
この半導体層の外周に形成された第１の電極と、
この第１の電極の両側で前記ＣＮＴ外周に形成された第２、第３の電極と、
を備えたことを特徴とするスピン・トランジスタ。
【請求項１１】
請求項７又は８記載の磁性体内包ＣＮＴを用いたスピン・ダイオードであって、
前記ＣＮＴの一部を包囲するｎ型又はｐ型の半導体層と、
この半導体層の外周に形成された第１の電極と、
この第１の電極の一側で前記ＣＮＴ外周に形成された第２の電極と、
を備えたことを特徴とするスピン・ダイオード。
【請求項１２】
請求項７又は８記載の磁性体内包ＣＮＴを用いたスピン電界効果トランジスタであって、
前記ＣＮＴの中間部から先端部側にかけて包囲するように形成された絶縁層と、
前記中間部を前記絶縁層の外周部から包囲するｎ型又はｐ型の第１半導体層と、
この第１半導体層の外周に形成された第１の電極と、
前記先端部を前記絶縁層の外周部から包囲するｎ型又はｐ型の第２半導体層と、
この第２半導体層の外周に形成された第２の電極と、
前記第１及び第２の電極間で前記絶縁層の外周に形成された第３の電極と、
を備えたことを特徴とするスピン電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項７又は８記載の磁性体内包ＣＮＴを用いたスピンｐｉｎダイオードであって、
前記ＣＮＴの一部を包囲するｎ型又はｐ型の第１半導体層と、
この第１半導体層の外周に形成された第１の電極と、
この第１の電極の一側で前記ＣＮＴを包囲するｎ型又はｐ型の第２半導体層と、
この第２半導体層の外周に形成された第２の電極と、
を備えたことを特徴とするスピンｐｉｎダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体内包ＣＮＴの析出装置、磁性体内包ＣＮＴの析出方法、磁性体内包ＣＮＴ、磁気力顕微鏡、スピン・トランジスタ、スピン・ダイオード、スピン電界効果トランジスタ及びスピンｐｉｎダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボン・ナノ・チューブ（ＣＮＴ）は、炭素原子からなる直径数ナノメートルの円筒状の超微細材であり、優れた機械強度と電気導電性とを有する。これらの有効性より、従来の金属では限界が近い集積回路における微細化配線としての電子デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
近年では、ＣＮＴに強磁性体を内包して磁気力顕微鏡のプローブ等として用いるものもある。この強磁性体を内包させる方法としては、例えば特許文献１のように、ＣＮＴ形成後に強磁性体を蒸着等によって入れ込まれる。
【０００４】
しかしながら、かかる従来の方法では、強磁性体を十分に内包できないおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２７８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、強磁性体を十分に内包できないおそれがあった点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、強磁性体を十分に内包するために、炭素の供給源である液体又は気体中で基板の表面に配置された陰極側の電極により前記基板との間に強磁性体の金属板を挟み、前記金属板が備える尖端部を前記陰極側の電極に対し間隔を置いて前記基板上に配置された陽極側の電極に指向させ、前記電極間で前記基板を介して通電すると共に前記金属板の尖端部に可視光又は紫外光を照射し、棒状の磁性体金属を内包したＣＮＴを析出させる磁性体内包ＣＮＴの析出装置及び方法を最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、電極間での基板を介した通電により、電流経路上の金属板の尖端部を溶融させながら周囲にＣＮＴを析出させることができると共に、赤外光の照射により、金属板の溶融部分周囲へのＣＮＴの析出を確実に促進させることができる。この結果、棒状の強磁性体金属を十分に内包した磁性体内包ＣＮＴを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】磁性体内包ＣＮＴの析出装置の概略構成図である（実施例１）。
【図２】図１の析出装置の要部を示す斜視図である（実施例１）。
【図３】図２の要部を示す側面図である（実施例１）。
【図４】図２の要部を示す平面図である（実施例１）。
【図５】磁性体内包ＣＮＴの析出結果を示すＳＥＭ像である（実施例１）。
【図６】図５の磁性体内包ＣＮＴを示す拡大ＳＥＭ像である（実施例１）。
【図７】図６の磁性体内包ＣＮＴの概略断面図である（実施例１）。
【図８】図６の磁性体内包ＣＮＴの先端部を示す拡大ＳＥＭ像である（実施例１）。
【図９】磁性体内包ＣＮＴの析出装置の要部を示す概略正面図である（実施例２）。
【図１０】磁性体内包ＣＮＴが適用された磁気力顕微鏡を示す概念図である（実施例３）。
【図１１】磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン・トランジスタの概略断面図である（実施例４）。
【図１２】磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン・ダイオードの概略断面図である（実施例５）。
【図１３】磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン電界効果トランジスタの概略断面図である（実施例６）。
【図１４】磁性体内包ＣＮＴを備えたスピンｐｉｎダイオードの概略断面図である（実施例７）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
強磁性体を十分に内包するという目的を、陰極側の電極により基板との間に強磁性体の金属板を挟むと共にその尖端部を陽極側の電極に指向させた状態で、電極間の通電制御及び先端部に対する可視光又は紫外光の照射制御を行うことで実現した。
【実施例１】
【００１１】
［磁性体内包ＣＮＴの析出装置］
図１は、本発明の実施例１に係る磁性体内包ＣＮＴの析出装置の概略構成図、図２は、図１の析出装置の要部を示す斜視図、図３は、図２の要部を示す側面図、図４は、図２の要部を示す平面図である。
【００１２】
本実施例の磁性体内包ＣＮＴ（カーボン・ナノ・チューブ）の析出装置１は、図１のように、容器３内に炭素の供給源である液体又は気体のアルコール５が収容されている。本実施例では、アルコール５として液体のエタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ：９９．９５％）が用いられている。なお、アルコール５は、メタノール、ブタノール、或いはプロパノール等を用いることも可能である。
【００１３】
また、アルコール５には、不純物としての金属アルコキシド（Ｂ（ＯＣＨ３）３、ＴＭ−Ａｌ、ＴＭ−ＧａやＰ（ＯＣＨ３）３、ＴＢ−Ｐ、ＴＢ−Ａｓ）を混入できるようになっている。
【００１４】
この容器３のアルコール５中には、基板７が配置されている。本実施例の基板７は、ｎ型シリコン基板（例えば、幅１０ｍｍ×長さ４０ｍｍ×厚み０．６ｍｍ、１〜１０Ω・ｃｍ）が用いられている。
【００１５】
ただし、基板としては、例えばシリコン以外の半導体（Ｃ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＢＮ、ＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＢｉ、ＺｎＳｅ）、金属（Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔａ）、或いは絶縁物である酸化物（ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７、ＬａＯＣｕＳ）からなるものも用いることができる。
【００１６】
前記基板７には、図１〜図４のように、電極９，１１が接続され、電極９，１１は、直流電源１３に接続されている。これにより、直流電源１３は、基板７に表面通電又は沿面放電させる構成となっている。この直流電源１３には、パルス電源１４が隣接して設けられている。
【００１７】
電極９，１１は、ステンレスからなる棒状に形成され、基板７両端に相互に間隔を置いて配置されている。陽極側の電極９は、その先端が基板７の上面（一側面）に突当接触している。陰極側の電極１１は、その先端が基板７上に配置された金属板１５を介して基板７の上面に突当接触している。従って、電極９，１１間での電流経路は、陽極側の電極９から基板７、金属板１５を介して陰極側の電極１１へと形成される。
【００１８】
金属板１５は、強磁性体金属からなる箔又はメッシュによって構成されている。本実施例の金属板１５としては、ニッケルからなるメッシュが用いられている。ただし、金属基板７は、他の強磁性体（３ｄ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、４ｆ：Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の箔やメッシュであっても良い。
【００１９】
金属板１５の一側は、略半円形状の本体部１７となっており、この本体部１７の一部が陰極側の電極１１と基板７との間に挟まれている。金属板１５の他側には、尖端部１９が設けられている。
【００２０】
尖端部１９は、楔状に形成され、本体部１７側から陽極側の電極９に向けて漸次先細りとなっている。従って、尖端部１９は、陽極側の電極９に指向している。このため、金属板１５は、電極９，１１間での電流経路を尖端部１９によって限定することができる。
【００２１】
この金属板１５の尖端部１９上方には、第１照射部２１が配置されている。第１照射部２１は、可視光又は紫外光を金属板１５の尖端部１９に照射する。本実施例の第１照射部２１は、可視光としてのアルゴンレーザーを照射するようになっている。
［磁性体内包ＣＮＴの析出方法］
本実施例の磁性体内包ＣＮＴの析出方法では、図１の析出装置１において直流電源１３及びパルス電源１４による通電制御及び第１照射部２１による照射制御により棒状の強磁性体金属を内包したＣＮＴを析出させる。
【００２２】
具体的には、直流電源１３によって例えば１０〜１５Ａ程度の電流を３分間通電する。これにより、電流経路上の金属板１５の尖端部１９が発熱して溶融する。この溶融部分を触媒としながら周囲にアルコール５の熱分解による炭素（ＣＮＴ）が析出する。このＣＮＴは、陰極側の電極１１から陽極側の電極９へ向けて析出成長する。なお、電極近傍の温度は、１０Ａ時に約１０００℃、１５Ａ時に約１２００℃に達する。
【００２３】
析出したＣＮＴは、アルコール５に対する不純物の添加がないとｉ型に、不純物としての金属アルコキシド（Ｂ（ＯＣＨ３）３、ＴＭ−Ａｌ、ＴＭ−Ｇａ）が添加されるとｐ型に、金属アルコキシド（Ｐ（ＯＣＨ３）３、ＴＢ−Ｐ、ＴＢ−Ａｓ）が添加されるとｎ型になる。
【００２４】
前記通電の際には、第１照射部２１によってアルゴンレーザーを金属板１５の尖端部１９に照射する。アルゴンレーザーの出力は、例えば通電が１５Ａの場合に４５７ｎｍ、０．３Ｗ、通電が１０Ａの場合に５１４ｎｍ、１．５Ｗとする。これにより、金属板１５の溶融部分周囲へのＣＮＴの析出を確実に促進させることができる。
【００２５】
こうして、金属板１５の溶融とＣＮＴの成長の制御により、棒状の強磁性体金属を形成しながら周囲に析出したＣＮＴの層を形成することができる。結果として、本実施例では、棒状の強磁性体金属を十分に内包した磁性体内包ＣＮＴを確実に形成することができる。
【００２６】
図５は、磁性体内包ＣＮＴの析出結果を示すＳＥＭ像、図６は、図５の磁性体内包ＣＮＴを示す拡大ＳＥＭ像、図７は、図６の磁性体内包ＣＮＴの概略断面図、図８は、図６の磁性体内包ＣＮＴの先端部を示す拡大ＳＥＭ像である。
【００２７】
図５のように、金属板１５の尖端部１９には、複数の磁性体内包ＣＮＴ２３が形成されているのが分かる。各磁性体内包ＣＮＴ２３は、図６及び図７のように、棒状の強磁性体金属２５周囲に筒状のＣＮＴ２７の層を備えており、強磁性体金属２５がＣＮＴ２７内に十分且つ確実に内包されている。
【００２８】
磁性体内包ＣＮＴ２３は、全体として基端側から先端側に向けて漸次小径となっており、先端部が楔状に形成されている。本実施例では、通電が１０Ａ、アルゴンレーザーの出力が５１４ｎｍ、１．５Ｗの場合、長さ３００ｎｍ、先端径１５ｎｍ、根本径４５ｎｍと細く、通電が１５Ａ、アルゴンレーザーの出力が４５７ｎｍ、０．３Ｗの場合、長さ６７０ｎｍ、直径７０ｎｍのＣＮＴ２７の層に２７０ｎｍの長さを持った強磁性体金属２５が内包されている。
【００２９】
また、ＣＮＴ２７の層は、図８のように３０層に積層形成されている。各層の厚みは、０．３６ｎｍ程度となっており、ＣＮＴ２７の層全体の厚みは、１０ｎｍ程度となっている。
【００３０】
なお、磁性体内包ＣＮＴ２３の大きさやＣＮＴ２７の層数は、直流電源１３及びパルス電源１４による通電制御及び第１照射部２１による照射制御の条件を変更すれば、調整することができる。
［実施例１の効果］
本実施例の析出装置１は、炭素の供給源である液体又は気体のアルコール５中で基板７の表面に相互に間隔をおいて配置された一対の電極９，１１と、この電極９，１１の陰極側と基板７との間に一部が挟まれ電極９，１１の陽極側へ指向した尖端部１９を有する強磁性体の金属板１５と、両電極９，１１に接続され基板７に表面通電又は沿面放電させる直流電源１３と、金属板１５の尖端部１９に可視光又は紫外光を照射する第１照射部２１とを備え、直流電源１３による通電制御及び第１照射部２１による照射制御により棒状の強磁性体金属２５を内包したＣＮＴ２７を析出させる。
【００３１】
また、本実施例の析出方法は、炭素の供給源である液体又は気体のアルコール５中で基板７の表面に配置された陰極の電極１１により基板７との間に強磁性体の金属板１５を挟み、金属板１５が備える尖端部１９を陰極側の電極１１に対し間隔を置いて基板７上に配置された陽極側の電極９に指向させ、電極９，１１間で基板７を介して通電すると共に金属板１５の尖端部１９に可視光又は紫外光を照射し、棒状の強磁性体金属２５を内包したＣＮＴ２７を析出させる。
【００３２】
従って、本実施例の析出装置１及び析出方法では、電極９，１１間での通電制御によって電流経路上の金属板１５の尖端部１９を溶融させ、この溶融部分を触媒としながら周囲に炭素（ＣＮＴ）を析出させることができる。同時に、赤外光の照射制御によって金属板１５の溶融部分周囲へのＣＮＴの析出を確実に促進させることができる。
【００３３】
このように、本実施例では、金属板１５の溶融とＣＮＴの成長とを制御しながら、棒状の強磁性体金属２５を十分に内包した磁性体内包ＣＮＴを形成することができる。
【００３４】
また、金属板１５は、箔又はメッシュであるため、溶融の制御を容易に行わせることができる。
【実施例２】
【００３５】
図９は、本発明の実施例２に係り磁性体内包ＣＮＴの析出装置の要部を示す概略正面図である。なお、本実施例の析出装置は、上記実施例１の析出装置と基本的構成が共通しているため、対応する構成に同符号又は同符号にＡを付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施例の析出装置１Ａは、図９のように、第１照射部２１Ａに加えて第２照射部２９を備えたものである。第２照射部２９は、赤外光（近赤外光）を金属板１５の尖端部１９に照射するものである。
【００３７】
第１及び第２照射部２１Ａ，２９は、金属板１５の尖端部１９直上からずれて配置されると共に尖端部１９に向けて傾斜している。従って、第１及び第２照射部２１Ａ，２９は、金属板１５の尖端部１９に対して同時照射ができるようになっている。
【００３８】
本実施例の析出装置１Ａ及び析出方法では、上記実施例と同様の作用効果を奏することができるのに加え、金属板１５の尖端部１９に対して第１照射部２１Ａによるアルゴンレーザーと同時に第２照射部２９による赤外光を照射することができる。
【００３９】
従って、本実施例では、赤外光によって金属板１５の溶融を促進しながらアルゴンレーザーによってＣＮＴの析出を促進することができる。このため、より容易且つ確実に金属板１５の溶融とＣＮＴの成長とを制御することができ、より容易且つ確実に棒状の強磁性体金属２５を十分に内包した磁性体内包ＣＮＴ２３を形成することができる。
【実施例３】
【００４０】
図１０は、本発明の実施例３に係り磁性体内包ＣＮＴが適用された磁気力顕微鏡を示す概念図である。
【００４１】
本実施例の磁気力顕微鏡３１は、図１０のように、上記実施例１又は２の磁性体内包ＣＮＴ２３をプローブ３３として用いたものである。
【００４２】
すなわち、磁気力顕微鏡３１は、試料であるハードディスク３５上に、反磁性カンチレバー３７が配置されている。反磁性カンチレバー３７の基端部は、圧電素子３８に接続されて振動されるようになっている。反磁性カンチレバー３７の先端部には、磁性体内包ＣＮＴ２３からなるプローブ３３がハードディスク３５に向けて取り付けられている。プローブ３３の取り付けは、例えば集束イオンビーム等によって行われている。
【００４３】
反磁性カンチレバー３７上には、発光源３９と受光素子４１とが配置されている。発光源３９は、レーザー光を反磁性カンチレバー３７に対して照射し、受光素子４１は、反磁性カンチレバー３７で反射したレーザー光を受光する。
【００４４】
このような本実施例の磁気力顕微鏡３１では、反磁性カンチレバー３７を共振周波数で振動させ、プローブ３３とハードディスク３５との漏れ磁束が相互作用すると、その漏れ磁束の強さを計測することができる。これをマッピングすればハードディスク３５表面の磁気構造を画像化することができる。
【００４５】
かかる本実施例の磁気力顕微鏡３１では、プローブ３３が磁性体内包ＣＮＴ２３からなるため、ＣＮＴ２７の特徴である細くても強靭なことで鮮明な画像を得ることができる。加えて、ＣＮＴ２７内に十分に内包された棒状の強磁性体金属２５により相互間力を大きくして更に鮮明な画像を得ることができる。
【実施例４】
【００４６】
図１１は、本発明の実施例４に係り磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン・トランジスタ（スピン偏光制御フォト・トランジスタ）の概略断面図である。なお、本実施例の磁性体内包ＣＮＴは、基本構成が上記実施例１又は２の磁性体内包ＣＮＴと共通しているため、対応する構成部分に同符号或いは同符号にＢを付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施例のスピン・トランジスタ４３は、図１１のように、ｐ型又はｎ型のＣＮＴ２７を有した磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂを備えている。このＣＮＴ２７の中間部には、一部を分断した分断部４５を備えている。
【００４８】
分断部４５は、切欠からなり部分的に強磁性体金属２５を露出させている。この分断部４５に対応して半導体層としての部分ＣＮＴ４６が形成されている。ただし、半導体層としては、シリコン等を用いることも可能である。
【００４９】
部分ＣＮＴ４６は、ＣＮＴ２７とは逆のｎ型又はｐ型となっている。部分ＣＮＴ４６は、ＣＮＴ２７の分断部４５を包囲すると共に内周側が分断部４５を介して強磁性体金属２５に接触している。
【００５０】
部分ＣＮＴ４６の外周には、第１の電極４７が形成されている。この第１の電極４７の両側には、ＣＮＴ２７外周に第２、第３の電極４９，５１が形成されている。第２の電極４９は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂの先端側に配置され、第３の電極５１は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂの基端側に配置されている。
【００５１】
かかるスピン・トランジスタ４３の形成は、まず上記実施例１又は２の析出方法によってｐ型又はｎ型の磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂを形成し、中間部に分断部４５を切削加工する。
【００５２】
次いで、アルコール５中に添加される不純物を変更して更に実施例１又は２の析出方法を適用し、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂの外側にｎ型又はｐ型のＣＮＴの層を形成する。
【００５３】
こうして形成されたｎ型又はｐ型のＣＮＴの層を切削加工して部分ＣＮＴ４６を形成することができる。
【００５４】
次いで、電極をスパッタ、蒸着、或いは集束イオンビームによって形成し、形成した電極を切削加工することで第１、第２、第３の電極４７，４９，５１を形成することができる。
【００５５】
このような本実施例のスピン・トランジスタ４３では、磁性体金属２５に接したＣＮＴ２７の層がスピン軌道の相互作用が小さいために、電極４９から電極５１を流れる電子や正孔のスピンの向きが保存される。これに電極４７から電流を流すとスピン流が乱されるため、スピン・トランジスタとしての作用が発現する。
【００５６】
また、電極４７を取り除き、そこに偏光させた光を照射することによってもスピン流が乱されるため、スピン偏光制御フォト・トランジスタとしての作用が発現する。
【００５７】
従って、本実施例では、スピン・トランジスタ（スピン偏光制御フォト・トランジスタ）４３を容易に形成することができながら、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｂに強磁性体金属２５が十分に内包されているため、スピン・トランジスタ（スピン偏光制御フォト・トランジスタ）４３の性能を向上することができる。
【実施例５】
【００５８】
図１２は、本発明の実施例５に係り磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン・ダイオード（スピン偏光制御フォト・ダイオード、スピン偏光発光ダイオード）の概略断面図である。なお、本実施例の磁性体内包ＣＮＴは、基本構成が上記実施例１、２又は４の磁性体内包ＣＮＴと共通しているため、対応する構成部分に同符号或いは同符号にＣを付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施例のスピン・ダイオード５３は、図１２のように、ｐ型又はｎ型のＣＮＴ２７を有した磁性体内包ＣＮＴ２３Ｃを備えている。
【００６０】
この磁性体内包ＣＮＴ２３Ｃの中間部には、ＣＮＴ２７の一部を包囲する半導体層としての部分ＣＮＴ４６が形成されている。ただし、半導体層としては、シリコン等を用いることも可能である。
【００６１】
部分ＣＮＴ４６Ｃは、ＣＮＴ２７とは逆のｎ型又はｐ型となっている。部分ＣＮＴ４６Ｃの外周には、第１の電極４７Ｃが形成されている。この第１の電極４７Ｃの一側である磁性体内包ＣＮＴ２３Ｃの先端側には、ＣＮＴ２７外周に第２の電極４９Ｃが形成されている。
【００６２】
かかるスピン・ダイオード５３の形成は、上記実施例３のスピン・トランジスタ４３同様に行わせることができる。すなわち、スピン・ダイオード５３の形成時には、上記実施例３のスピン・トランジスタ４３の形成に対して、分断部４５の形成及び第３の電極５１の形成を省略すればよい。
【００６３】
このような本実施例のスピン・ダイオード５３では、磁性体金属２５に接したＣＮＴ２７の層がスピン軌道の相互作用が小さいために、電極４７Ｃから電極４９Ｃを流れる電子や正孔のスピンの向きが保存される。印加電圧を高め、この電流を増していくと、スピン流が乱されるため電圧−電流特性が非線形となり、スピン・ダイオードとしての作用が発現する。
【００６４】
また、ＣＮＴ４６とＣＮＴ２７の境界に偏光させた光を照射することによってもスピン流が乱されるため、スピン偏光制御フォト・ダイオードとしての作用が発現する。さらに、ＣＮＴ４６とＣＮＴ２７の境界において、スピン流の通電によるスピン偏光の発光ダイオードとしての作用が発現する。
【００６５】
従って、本実施例では、スピン・ダイオード（スピン偏光制御フォト・ダイオード、スピン偏光発光ダイオード）５３を容易に形成することができながら、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｃに強磁性体金属２５が十分に内包されているため、スピン・ダイオード５３（スピン偏光制御フォト・ダイオード、スピン偏光発光ダイオード）の性能を向上することができる。
【実施例６】
【００６６】
図１３は、本発明の実施例６に係り磁性体内包ＣＮＴを備えたスピン電界効果トランジスタ（スピン偏光制御フォト電界効果トランジスタ）の概略断面図である。なお、本実施例の磁性体内包ＣＮＴは、基本構成が上記実施例１、２又は５の磁性体内包ＣＮＴと共通しているため、対応する構成部分に同符号或いは同符号にＤを付して詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施例のスピン電界効果トランジスタ５５は、図１３のように、ｐ型又はｎ型のＣＮＴ２７を有した磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄを備えている。ＣＮＴ２７の外周には、中間部から先端部側にかけて包囲するように形成された絶縁層５７を備えている。絶縁層５７は、例えばｉ型のＣＮＴからなっているが、シリカ等によって形成することも可能である。
【００６８】
この絶縁層５７の中間部外周には、第１半導体層としての第１部分ＣＮＴ５９が設けられている。第１部分ＣＮＴ５９は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄの中間部を絶縁層５７の外周部から包囲する。この第１部分ＣＮＴ５９は、ＣＮＴ２７とは逆のｎ型又はｐ型となっている。この第１部分ＣＮＴ５９の外周には、第１の電極４７Ｄが形成されている。
【００６９】
絶縁層５７の先端部外周には、第２半導体層としての第２部分ＣＮＴ６１が設けられている。第２部分ＣＮＴ６１は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄの先端部を絶縁層５７の外周部から包囲するｎ型又はｐ型のＣＮＴからなっている。この第２部分ＣＮＴ６１の外周には、第２の電極４９Ｄが形成されている。
【００７０】
また、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄの中間部には、第３の電極５１ＤがＣＮＴ２７外周に設けられている。
【００７１】
かかるスピン電界効果トランジスタ５５の形成は、まず上記実施例１又は２の析出方法によってｐ型又はｎ型の磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄを形成する。
【００７２】
次いで、アルコール５中に添加される不純物をなくして更に実施例１又は２の析出方法を適用し、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄの外側にｉ型のＣＮＴの層を形成する。そして、形成したｉ型のＣＮＴの層を切削加工して絶縁層５７を形成する。
【００７３】
絶縁層５７の形成後は、アルコール５中に添加される不純物の変更によって、ＣＮＴ２７とは逆のｎ型又はｐ型のＣＮＴの層を形成する。このＣＮＴの層を切削加工し第１及び第２部分ＣＮＴ５９，６１を形成することができる。
【００７４】
次いで、電極をスパッタ、蒸着、或いは集束イオンビームによって形成し、形成した電極に対する切削加工によって第１、第２、第３の電極４７Ｄ，４９Ｄ，５１Ｄを形成することができる。
【００７５】
このような本実施例のスピン電界効果トランジスタ５５では、絶縁層５７はスピン拡散長だけスピンの向きが伝搬し、ＣＮＴ２７に作用する。このとき電極４７Ｄに印加した電界によりスピン相互作用が変化するため、スピン電界効果トランジスタ５５としての作用が発現する。
【００７６】
また、電極５１Ｄを取り除き、そこに偏光させた光を照射することによってもスピン拡散長が変化するため、スピン偏光制御フォト電界効果トランジスタとしての作用が発現する。
【００７７】
従って、本実施例では、スピン電界効果トランジスタ（スピン偏光制御フォト電界効果トランジスタ）５５を容易に形成することができながら、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄに強磁性体金属２５が十分に内包されているため、スピン電界効果トランジスタ（スピン偏光制御フォト電界効果トランジスタ）５５の性能を向上することができる。
【実施例７】
【００７８】
図１４は、本発明の実施例７に係り磁性体内包ＣＮＴを備えたスピンｐｉｎダイオード（スピン偏光制御フォトｐｉｎダイオード、スピン偏光発光ｐｉｎダイオード）の概略断面図である。なお、本実施例では、図１３の実施例６と基本構成が共通するため、対応する部分に同符号或いは同符号にＥを付して重複した説明を省略する。
【００７９】
本実施例のスピンｐｉｎダイオード５５Ｅは、図１４のように、絶縁層としてのｉ型のＣＮＴ２７を有した磁性体内包ＣＮＴ２３Ｅを備えている。
【００８０】
この磁性体内包ＣＮＴ２３Ｅの中間部及び先端部外周には、ｎ型又はｐ型の第１半導体層である第１部分ＣＮＴ５９及び第２半導体層である第２部分ＣＮＴ６１が設けられている。
【００８１】
第１部分ＣＮＴ５９は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｅの中間部を外周側から包囲し、第２部分ＣＮＴ６１は、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｄの先端部を外周側から包囲する。第１及び第２部分ＣＮＴ５９，６１の外周には、第１及び第２の電極４７Ｅ，４９Ｅが形成されている。
【００８２】
かかるスピンｐｉｎダイオード５５Ｅの形成は、上記実施例６と同様に行わせることができる。すなわち、実施例６のスピン電界効果トランジスタ５５の形成に対して、絶縁層５７及び第３の電極５１Ｄの形成を省略すればよい。
【００８３】
このような本実施例のスピンｐｉｎダイオード５５Ｅでは、磁性体金属２５に接したｉ型ＣＮＴ２７の層はスピン拡散長だけスピンの向きが伝搬する。電極４７Ｅから電極４９Ｅを拡散して再結合する電子や正孔のスピンの向きが保存される。印加電圧を高め、この電流を増していくと、スピン拡散長が変化するため電圧−電流特性は非線形となり、スピンｐｉｎダイオードとしての作用が発現する。
【００８４】
また、ＣＮＴ５９とＣＮＴ２７およびＣＮＴ６１の境界に偏光させた光を照射することによってもスピン拡散長が変化するためスピン偏光制御フォトｐｉｎダイオードとしての作用が発現する。さらに、ＣＮＴ５９とＣＮＴ２７およびＣＮＴ６１の境界において、スピン流の通電によるスピン偏光の発光ｐｉｎダイオードとしての作用が発現する。
【００８５】
従って、本実施例では、スピンｐｉｎダイオード（スピン偏光制御フォトｐｉｎダイオード、スピン偏光発光ｐｉｎダイオード）５５Ｅを容易に形成することができながら、磁性体内包ＣＮＴ２３Ｅに強磁性体金属２５が十分に内包されているため、スピンｐｉｎダイオード（スピン偏光制御フォトｐｉｎダイオード、スピン偏光発光ｐｉｎダイオード）５５Ｅの性能を向上することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  析出装置
５  アルコール
７  基板
９，１１  電極
１３  直流電源
１５  金属板
１９  尖端部
２１  第１照射部
２３  磁性体内包ＣＮＴ
２５  磁性体金属
２７  ＣＮＴ
２９  第２照射部
３１  磁気力顕微鏡
３３  プローブ
３７  反磁性カンチレバー
４３  スピン・トランジスタ（スピン偏光制御フォト・トランジスタ）
４５  分断部
４６  部分ＣＮＴ（半導体層）
４７，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ  第１の電極
４９，４９Ｃ，４９Ｄ，４９Ｅ  第２の電極
５１，５１Ｄ  第３の電極
５３  スピン・ダイオード（スピン偏光制御フォト・ダイオード、スピン偏光発光ダイオード）
５５  スピン電界トランジスタ（スピン偏光制御フォト電界効果トランジスタ）
５５Ｅ  スピンｐｉｎダイオード（スピン偏光制御フォトｐｉｎダイオード、スピン偏光発光ｐｉｎダイオード）
５７  絶縁層
５９  第１部分ＣＮＴ（第１半導体層）
６１  第２部分ＣＮＴ（第２半導体層）
【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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