(57)【要約】本発明は、カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ、具体的にはカーボンナノチューブからなるチャネルが、カーボンナノチューブ親和性物質によって基板に固定されている電界効果トランジスタに関する。本発明の電界効果トランジスタは、前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位が、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾された基板を用意するステップ；前記基板の電極形成予定部位に、カーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含む方法によって製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極、ならびに前記ソース電極とドレイン電極とを接続するカーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタであって、
前記カーボンナノチューブを基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質をさらに有する電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ親和性物質は芳香環を有する分子である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記芳香環を有する分子はピレン派生物である、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記基板は絶縁基板である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記絶縁基板はガラス基板である、請求項４に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位が、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾された基板を用意するステップ；
前記基板の電極形成予定部位に、カーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および
前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ソース電極とドレイン電極が形成された基板を用意するステップ；
前記基板のソース電極とドレイン電極を、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾する電極修飾ステップ；および
前記電極上に、カーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項８】
カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブを用意するステップ；
前記ソース電極とドレイン電極が形成された基板を用意するステップ；および
前記基板の電極上に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項９】
カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブを用意するステップ；
前記基板の電極形成予定部位に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および
前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ提供ステップの後、前記基板上に形成されたソース電極とドレイン電極上に、それぞれソース電極とドレイン電極をさらに形成する第二の電極形成ステップを含む、請求項７または８に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブ提供ステップの後、基板上のカーボンナノチューブを気相成長させるカーボンナノチューブ成長ステップを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記提供されるカーボンナノチューブの平均長さは、０．５μｍ以上である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記提供されるカーボンナノチューブは、酸処理されたカーボンナノチューブである、請求項６〜９のいずれか一項に記載のトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。より具体的には、カーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、通常は、ソース電極とドレイン電極、および両電極間を接続するチャネル、ならびにゲート電極を有する３電極型のトランジスタであり、ゲート電極に電圧をかけて、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。前記チャネルがカーボンナノチューブであるものは、カーボンナノチューブＦＥＴと称される。【０００３】  カーボンナノチューブＦＥＴの製造方法は、そのチャネルの作製の仕方によって二つに大別されうる。一つは、炭化水素ガスの存在下において、カーボンナノチューブを気相成長させることによって、基板上のソース電極とドレイン電極を架橋するチャネルを形成させる方法であり（特許文献１参照）、もう一つは、基板上のソース電極とドレイン電極上に、別個に製造したカーボンナノチューブを提供してチャネルを形成させる方法である（特許文献２参照）。近年においては、気相成長法が多く用いられている。【０００４】  カーボンナノチューブＦＥＴを用いたバイオセンサが開発されている。つまり、当該バイオセンサに用いられるカーボンナノチューブＦＥＴには認識分子が結合されており、その認識分子と被検出物質の反応によって、ソース電極とドレイン電極間の電流の変化が引き起こされる。当該バイオセンサは、この変化に基づいて被検出物質を検出する（特許文献３参照）。【０００５】  一方、カーボンナノ物質を基板上にパターニングする技術として、芳香族多環分子を固定された基板に、カーボンナノ物質を固定する技術が知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４７５３２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２００７３４号明細書
【特許文献３】特開２００５−７９３４２号公報
【特許文献４】特開２００５−３４９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  前述の通り、カーボンナノチューブＦＥＴの製法は二通りの方法に大別されうる。しかしながら、カーボンナノチューブを気相成長させてチャネルを作製するには、その成長を制御して、的確にソース電極とドレイン電極間にチャネルを形成させる必要があるが、当該制御は一般的に困難である。
一方、基板上に別個に製造したカーボンナノチューブを提供してチャネルを作製するには、電極間を架橋するようにカーボンナノチューブを提供する必要があるが、再現性よくチャネルを形成させるのは一般的に困難であり、歩留まりが低いという問題があった。また、一本のカーボンナノチューブでチャネルを構成させることが必要であると考えられていたが、それを後者の方法で実現することはさらに困難である。【０００７】  したがって本発明の課題は、カーボンナノチューブからなるチャネルの作製の歩留まりを向上させる技術を提供し、カーボンナノチューブＦＥＴの性能を低下させることなく、それを効率よく製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明者は、カーボンナノチューブからなるチャネルを、カーボンナノチューブとの親和性を有する物質を用いて作製することにより、カーボンナノチューブＦＥＴの製造の歩留まりを向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明の第一は、以下に示すカーボンナノチューブ電界効果トランジスタに関する。［１］基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極、ならびに前記ソース電極とドレイン電極とを接続するカーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタであって、前記カーボンナノチューブを基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ。【０００９】  さらに本発明は、以下に示すカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの製造方法に関する。［２］前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位が、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾された基板を用意するステップ；前記基板の電極形成予定部位に、カーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、［１］に記載のトランジスタの製造方法。［３］前記ソース電極とドレイン電極が形成された基板を用意するステップ；前記基板のソース電極とドレイン電極を、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾する電極修飾ステップ；および前記電極上に、カーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、［１］に記載のトランジスタの製造方法。［４］カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブを用意するステップ；前記ソース電極とドレイン電極が形成された基板を用意するステップ；前記基板の電極上に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、［１］に記載のトランジスタの製造方法。［５］カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブを用意するステップ；前記基板の電極形成予定部位に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、［１］に記載のトランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、カーボンナノチューブＦＥＴを簡便かつ効率よく製造することができる。それにより、カーボンナノチューブＦＥＴを素子として用いることが可能となり、例えばバイオセンサに応用することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】カーボンナノチューブ電界効果トランジスタの概略図である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、Ｇは空隙を示す。
【図２】カーボンナノチューブ電界効果トランジスタの基板の例を示す図である。４００は半導体からなる支持基板、４０２および４０４は絶縁膜、４１０は絶縁体からなる基板、４２０は金属からなる支持基板、４２２および４２４は絶縁膜を示す。
【図３】全体が被膜で覆われたソース・ドレイン電極を示す。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、２８は被膜を示す。
【図４】ソース・ドレイン電極を示す。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、Ｇは空隙を示す。
【図５】一部が被膜で覆われたソース・ドレイン電極の概略を示す図である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、２８は被膜、２９は被膜で覆われていない部分を示す。
【図６】ソース・ドレイン電極が絶縁膜で保護された、カーボンナノチューブ電界効果トランジスタを示す。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液、３０は絶縁保護膜を示す。
【図７】ソース・ドレイン電極が絶縁膜で保護された、カーボンナノチューブ電界効果トランジスタを示す。７６０９は基板（７６０８は支持基板、７６０７は絶縁膜）、７６１０および７６１１はソース電極およびドレイン電極、７６１２はチャネル、７６１３は被検出物質認識分子、７８０３ｂはゲート電極、８５０１は絶縁性保護膜を示す。
【図８】二以上の多環芳香族官能基を有する分子が、カーボンナノチューブを選択的に固定する様子を示す図である。４５ａおよび４５ｂはそれぞれ直径が異なるカーボンナノチューブを示す。
【図９】基板上のカーボンナノチューブを気相成長させる方法を説明する図である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７は分散固定化法により基板に固定化されたカーボンナノチューブ、１０は反応容器、１１はカーボンナノチューブの原料となる炭化水素ガスを示す。
【図１０】Ｉ−Ｖｇ特性を測定したカーボンナノチューブ電界効果トランジスタを示す。１０２はシリコンからなる支持基板、１０４および１０６はシリコンオキサイドからなる絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はカーボンナノチューブからなるチャネル、５１２はゲート電極を示す。
【図１１】図１０に示された電界効果トランジスタのＩ−Ｖｇ特性を示すグラフである。縦軸がソース・ドレイン電流、横軸がゲート電圧である。
【図１２】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液を示す。
【図１３】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液を示す。
【図１４】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液、３０は絶縁性保護膜を示す。
【図１５】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はカーボンナノチューブからなるチャネル、１６は基板に形成された凹部を示す（バックゲート電極は不図示）。
【図１６】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、１６は基板に形成された凹部、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液を示す（バックゲート電極は不図示）。
【図１７】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１５は試料溶液を示す。
【図１８】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、１５は試料溶液、１６は基板に形成された凹部、４１はゲート電極を示す。
【図１９】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はカーボンナノチューブからなるチャネル、１３は被検出物質認識分子、１５は試料、１７は短針（プローブなど）、４１はゲート電極を示す。
【図２０】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、５１２はゲート電極を示す。
【図２１】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、５２２および５３２はゲート電極を示す。
【図２２】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、４７２ａ〜ｂは被検出物質認識分子、４９０ａ〜ｂは試料溶液、５２２ａ〜ｂおよび５３２ａ〜ｂはゲート電極を示す。
【図２３】バックゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液、６４０は絶縁性保護膜を示す。
【図２４】サイドゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極を示す。
【図２５】サイドゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、４７２は被検出物質認識分子、６４０は絶縁保護膜、７０２はゲート電極を示す。
【図２６】サイドゲート（トップゲート）型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１は基板、３および４はソース電極およびドレイン電極、７はチャネル、８はゲート電極、１３は被検出物質認識分子、１５は試料溶液、４０は絶縁性保護膜を示す。
【図２７】サイドゲート（トップゲート）型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例である。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液、６４０は絶縁保護膜、７０２はゲート電極を示す。
【図２８】分離ゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例を示す。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、２１０は導電性基板、２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、６０２はゲート電極を示す。支持基板１０２、絶縁膜１０４および１０６、ソース電極およびドレイン電極１０８および１１０、ならびにチャネル１１２を含む素子部をカーボンナノチューブ素子部２１２；支持基板２０２、絶縁膜２０４および２０６、被検出物質認識分子４７２、試料溶液４９０、ならびにゲート電極６０２を含む素子部をゲート素子部２１４と称する。
【図２９】図２８のゲート素子部２１４の例を示す。２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、６１２および６２２はゲート電極を示す。
【図３０】図２８のゲート素子部２１４の例を示す。２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２ａ〜ｂは被検出物質認識分子、４９０ａ〜ｂは試料溶液、６１２ａ〜ｂおよび６２２ａ〜ｂはゲート電極を示す。
【図３１】分離ゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例を示す。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、２１０は導電性基板、２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２ａ〜ｂは被検出物質認識分子、４９０ａ〜ｂは試料溶液、６２２はゲート電極を示す。
【図３２】分離ゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例を示す。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、２１０は導電性基板、２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２ａ〜ｂは被検出物質認識分子、４９０ａ〜ｂは試料溶液、６１２ａ〜ｂはゲート電極を示す。
【図３３】分離ゲート型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの例を示す。１０２は支持基板、１０４および１０６は絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はチャネル、３０２は導電性基板、３０６は導電性ワイヤ、２０２は支持基板、２０４および２０６は絶縁膜、４７２ａ〜ｂは被検出物質認識分子、４９０ａ〜ｂは試料溶液、６１２ａ〜ｂはゲート電極、３０４は導電性基板を示す。
【図３４】被検出物質認識分子であるＩｇＧ抗体の結合様式を示す図である。５０は抗体、５１はヒスタグ、５２はＮＴＡ（ニトリロ三酢酸）、５３はＩｇＧ結合タンパク質、５４は二価性架橋試薬（５５および５６は官能基）を示す。
【図３５】カーボンナノチューブ電界効果トランジスタに、被検出物質認識分としてＨＡ抗原を結合させて得たバイオセンサを示す。１０２はシリコンからなる支持基板、１０４および１０６はシリコンオキサイドからなる絶縁膜、１０８および１１０はソース電極およびドレイン電極、１１２はカーボンナノチューブからなるチャネル、４７２はＨＡ抗原からなる被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、５１２はゲート電極を示す。
【図３６】図３５に示されたバイオセンサのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。縦軸がソース・ドレイン電流、横軸がソース・ドレイン電圧である（ゲート電圧：−２０Ｖ）。ｎｉは、ＮＴＡ−Ｎｉ錯体を形成させたときのＩ−Ｖ特性曲線；ＨＡは、ＨＡ抗原を固定化したときのＩ−Ｖ特性曲線；Ｓｅｒｕｍはヒト血清アルブミンでブロックしたときのＩ−Ｖ特性曲線；ａｎｔｉＨＡ−１０〜ａｎｔｉＨＡ−６はそれぞれ、抗ＨＡ抗体のハイブリドーマ上清液を５×１０−１０〜５×１０−６に希釈した希釈液を反応させたときのＩ−Ｖ特性曲線である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】１．本発明のカーボンナノチューブＦＥＴ
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、基板、基板上のソース電極とドレイン電極、および両電極間を接続するカーボンナノチューブからなるチャネル、ならびにゲート電極を有する。さらに前記カーボンナノチャネルを基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質を含むことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴのソース電極とドレイン電極、およびゲート電極の電気的な接続関係は、例えば図１に示されるとおりである。図１において、１は基板であり、３および４はソース電極およびドレイン電極であり、７はカーボンナノチューブからなるチャネルであり、８はゲート電極である。図示されていないが、チャネル７を固定化するためのカーボンナノチューブ親和性物質が、ソース・ドレイン電極または基板に結合されていることが好ましい。ゲート電極８に印加された電圧によって、ソース電極とドレイン電極間の電流が制御される。【００１３】  基板について
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴに含まれる基板は、絶縁基板であることが好ましい。絶縁基板の例には、１）半導体もしくは金属からなる支持基板の片面もしくは両面が絶縁膜で被覆された基板、または２）絶縁体からなる基板が含まれる。【００１４】  図２に基板の例が示される。図２（Ｃ）は絶縁体４１０からなる基板である。図２（Ｂ）は半導体からなる支持基板４００と、第一の絶縁膜４０２を含み、図２（Ａ）はさらに第二の絶縁膜４０４を含む。図２（Ｄ）は、金属からなる支持基板４２０と、第一の絶縁膜４２２を含み、図２（Ｅ）はさらに第二の絶縁膜４２４を含む。
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴに含まれる基板は、好ましくは図２（Ａ）もしくは（Ｂ）、または図２（Ｄ）もしくは（Ｅ）で示される基板であり、より好ましくは図２（Ａ）もしくは（Ｂ）で示される基板であり、さらに好ましくは図２（Ａ）で示される基板である。【００１５】  １）支持基板に絶縁体からなる膜が形成された基板において、支持基板は半導体または金属からなることが好ましい。半導体の例には、シリコン、ゲルマニウムなどの１４族元素、ＧａＡｓ，ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ化合物、ＺｎＴｅなどのＩＩ−ＶＩ化合物などが含まれるが、好ましくはシリコンである。金属の例には、酸化物を形成しやすい金属、例えばアルミニウム、マグネシウムなどが含まれる。支持基板の厚さは特に限定されないが、通常は、０．１〜１．０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜０．５ｍｍ程度である。
支持基板を被覆する絶縁膜の材質の例には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの無機化合物、およびアクリル樹脂やポリイミドなどの有機化合物が含まれる。支持基板の少なくとも一方の面に、好ましくはソース・ドレイン電極が配置されている面に、絶縁膜が形成されている。ソース・ドレイン電極が配置されている絶縁膜の厚さは１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは２０〜３００ｎｍ程度である。リーク電流が流れるのを防止するためである。【００１６】  ２）絶縁体からなる基板の例には、前述された絶縁体からなる基板のほか、ガラス基板が含まれる。ガラスの素材の例には、石英、サファイア、ナトリウム以外の元素を含むガラスなどを含む。従来のカーボンナノチューブトランジスタは、そのチャネルが高温（例えば約８００℃）条件を必要とする気相成長法によって作製されていたため、融点の低いガラスを基板として用いることはできなかった。しかしながら本発明の製造方法においては、カーボンナノチューブからなるチャネルを必ずしも気相成長法によって作製する必要はないため（つまり、カーボンナノチューブからなるチャネルを分散固定化法によって作製することができるため）、基板を高温に加熱する必要がない。
例えば、基板は、融点４００℃程度のガラス基板（ナトリウム含有）であってもよい。このガラス基板上に、後述の分散固定化法により、電極間をカーボンナノチューブで架橋して接続することができる。【００１７】  基板をガラス基板とすることにより種々のメリットが得られる。１）透明なガラス基板を用いると、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡、レーザー顕微鏡などを用いることが可能となる（ただし、全反射型の蛍光顕微鏡を用いる場合には、屈析率の関係から石英基板よりも、通常のガラス基板が好ましく用いられる）。つまり、これらの顕微鏡により試料や基板の状態を確認しながら素子を駆動させることができる。例えば、蛍光分子などで標識されたウイルスや抗原などの検出対象物を蛍光顕微鏡で観察しながら、トランジスタ電気特性の変化（例えば、ソース・ドレイン電流の変化）を測定して検出することができる。２）透明なガラス基板を用いた場合には、基板上に付けたマーカーを基準に、基板に金属を蒸着させることができるので、電極などを正確な位置に配置することができる。３）ガラス基板はシリコン基板などと比較して安価でかつ加工が容易であり、また絶縁性が高いので、本発明のＦＥＴの基板として好ましい。４）従来のカーボンナノチューブトランジスタでは、絶縁膜で被覆されたシリコン基板上に電極などが形成されるが、バルク電流を発生させること（シリコン基板を被覆する絶縁膜に欠陥が生じて、シリコン基板内に電流が漏れること）があった。ガラス基板を用いることによって、このような現象が抑制される。５）ガラスは熱を吸収しにくいので、素子の冷却が容易になる。【００１８】  また基板を、ガラスよりもさらに安価でかつ加工が容易なプラスチック基板としてもよい。もちろん、プラスチック基板とした場合には、電極を形成するために金属を蒸着させる条件などを適宜に調整する必要がある。【００１９】  ソース電極とドレイン電極について
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴの基板上には、ソース電極およびドレイン電極が配置されている。ソース電極およびドレイン電極の材質の例には、金、白金、チタンなどの金属が含まれる。基板がガラス基板であるときは、金、クロムなどの金属であることが好ましい。ソース電極およびドレイン電極は、これらの金属を蒸着することによって形成される。ソース電極およびドレイン電極はそれぞれ、二種以上の金属で多層構造にされていてもよい。例えば、チタンの層に金の層を重ねてもよい。金属を蒸着するにあたって、リソグラフィを用いて、ソース電極およびドレイン電極を形成する基板面にパターンを転写しておくことが好ましい。ソース・ドレイン電極の膜厚は特に制限されないが、例えば数十ｎｍである。【００２０】  ソース電極とドレイン電極との距離は特に限定されないが、通常は２〜１０μｍ程度であればよい。当該距離をさらに縮めてもよく、それにより分散固定化法によるカーボンナノチューブによる接続が容易になる。【００２１】  本発明の電界効果トランジスタはバイオセンサに適用されうるが、その場合には、被検出物質認識分子を、ソース電極とドレイン電極を接続するカーボンナノチューブ（チャネル）に結合させることがある。その場合には、被検出物質を含む試料溶液が、ソース電極およびドレイン電極上に添加されうる。添加された試料溶液が、ソース電極およびドレイン電極の全体を覆ってしまうと、電流測定装置（プローバなど）のプローブと電極との間に被膜が形成されて（図３を参照）、ソース電極とドレイン電極間を流れる電流（ソース・ドレイン電流）を正確に測定できない場合がある。
したがって、本発明の電界効果トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極は、添加される試料溶液によって全体が覆われることがないようにすることが好ましい。例えば、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からなるチャネルからの長さを長くすればよい。すなわち、図４および図５に示されるように、ソース・ドレイン電極の長さＬ３を、例えば５００μｍ以上にすることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましく、それ以上としてもよい。また、試料溶液に覆われる電極部位は、なるべく小さくすることが好ましいので、Ｗ２は５００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、それ以下であってもよい（数マイクロ程度まで）。また、図４および図５に示されるように、電極のチャネルとの接続部位を突起構造としてもよく、その場合には、Ｗ１は例えば１０μｍ程度にすればよい。被検出物質の検出においては、被膜に覆われていない部分の電極に、測定装置のプローブをあてればよい。【００２２】  チャネルについて
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴのソース電極およびドレイン電極を接続するチャネルは、カーボンナノチューブで構成されている。チャネルを構成するカーボンナノチューブは、単層または多層カーボンナノチューブのいずれでもよいが、好ましくは単層カーボンナノチューブである。【００２３】  さらにチャネルを構成するカーボンナノチューブには欠陥が導入されていてもよい。「欠陥」とは、カーボンナノチューブを構成する炭素五員環または六員環が開環している状態を意味する。欠陥が導入されたカーボンナノチューブは、切れ切れになった状態でかろうじて繋がっているような構造をしている可能性があるが、実際の構造は明らかでない。カーボンナノチューブに欠陥を導入する方法は後述されるが、例えばカーボンナノチューブを焼鈍しすることにより得られる。チャネルを構成するカーボンナノチューブに欠陥を導入することにより、ＳＥＴ（単電子トランジスタ）としての性能（単一電子トンネル電気特性など）を有しうる。ＳＥＴとしての性能については、後述する。【００２４】  チャネルは、一本のカーボンナノチューブによって接続されていてもよく、複数本のカーボンナノチューブによって接続されていてもよい。例えば、カーボンナノチューブのバンドル（ｂｕｎｄｌｅ）によってソース・ドレイン電極間が接続されていたり、ソース・ドレイン電極間に複数本のカーボンナノチューブが折り重ねられて接続されていてもよい。ソース電極とドレイン電極を接続するカーボンナノチューブの状態は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により確認されうる。
後述の通り、本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、そのチャネルが分散固定化法により作製され得るため、必ずしも一本のカーボンナノチューブでチャネルが構成されるとは限らない。【００２５】  また、本発明のカーボンナノチューブＦＥＴのチャネルは、基板に接触していてもよいし、基板との間に空隙が形成されていてもよい（図１の空隙Ｇを参照）。【００２６】  本発明のカーボンナノチューブＦＥＴに含まれるチャネルは、絶縁性保護膜で保護されていてもよい。チャネルを構成するカーボンナノチューブは、種々の分子と容易に相互作用して、その電子状態を変化させる。この電子状態の変化は、ソース・ドレイン電流の変化として現れるので、センサの態様によってはノイズ源となることがある。そこで、カーボンナノチューブの全体または一部、および必要に応じてソース・ドレイン電極の全体または一部を、絶縁性保護膜で被覆してもよい。それにより、カーボンナノチューブが溶液の蒸気などと相互作用することを妨げ、ノイズが低減されうる。
また、絶縁性保護膜でカーボンナノチューブを被覆することにより、トランジスタ全体を超音波洗浄したり、強酸や強塩基を用いて洗浄したりすることが可能となる。さらに保護膜を設けることによって損傷が防止されるので、トランジスタの使用寿命を著しく延ばすことができる。カーボンナノチューブトランジスタの特性は、個々のトランジスタによって異なることがあるので、その使用寿命を延ばすことは非常に重要である。【００２７】  カーボンナノチューブからなるチャネルを保護する絶縁性保護膜は、絶縁性の接着剤により形成させてもよく、パッシベーション膜を用いて形成させてもよい。さらに、絶縁性保護膜を酸化シリコン膜とすれば、その絶縁性保護膜に抗体などの被検出物質認識分子を容易に結合させることができる。【００２８】  図６および図７には、絶縁性保護膜によってカーボンナノチューブからなるチャネルが保護された電界効果トランジスタ（バックゲート型）の例が示される。
図６では、カーボンナノチューブ７全体と、ソース・ドレイン電極の一部が絶縁性保護膜３０で保護されている。図７（Ａ）では、カーボンナノチューブ７６１２全体とソース・ドレイン電極７６１０および７６１１の全体が絶縁性保護膜８５０１で保護されている。図７（Ｂ）では、カーボンナノチューブ７６１２とソース電極７６１０との接続部位、およびカーボンナノチューブ７６１２とドレイン電極７６１１との接続部位が絶縁性保護膜８５０１で保護されている。
図７（Ｂ）の場合には、カーボンナノチューブに被検出物質認識分子７６１３（後述）を直接結合させることができるので、センサとして用いた場合の感度が向上し、一分子検出などが可能になりうる。一方で、損傷を受けやすい前記接触部位が保護されているので、使用寿命の延長やノイズの防止などが達成されうる。【００２９】  本発明のカーボンナノチューブＦＥＴのチャネルは任意の方法で形成されうるが、分散固定化法によりカーボンナノチューブでソース・ドレイン間を接続させて形成することが好ましい。分散固定化法については、後に詳細に説明する。【００３０】  カーボンナノチューブを固定するカーボンナノチューブ親和性物質について
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、チャネルを構成するカーボンナノチューブを基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質を含むことが好ましい。カーボンナノチューブ親和性物質は、基板や基板上のソース・ドレイン電極などに結合（好ましくは共有結合）していることが好ましく、さらにカーボンナノチューブとの親和性によりカーボンナノチューブを基板に固定する。つまり、カーボンナノチューブからなるチャネルは、カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される。【００３１】  カーボンナノチューブ親和性物質の例には、カーボンナノチューブとのπ−π相互作用を示す芳香族多環分子が含まれる。芳香族多環分子の例には、ピレン、ナフタレン、アセトラセン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素や、芳香族複素環が含まれる。芳香族多環分子は、好ましくはピレンである。
また、カーボンナノチューブ親和性物質は、二以上の芳香族官能基を有する分子でもよい。二以上の芳香族官能基があれば、カーボンナノチューブとのファンデルワールス力が高まり、安定にカーボンナノチューブを固定できるほか、この二つの官能基の角度に応じて、所望の直径を有するカーボンナノチューブを選択的に固定しうる。図８には、２つの芳香族官能基（その二つの官能基の結合角度θ）を有する分子が、カーボンナノチューブ４５ａを固定するが、より大きい直径のカーボンナノチューブ４５ｂを固定しない様子が示される。二以上の芳香族官能基を有する分子の例には、２分子のピレンをリジンなどを介して架橋させたものが含まれる。【００３２】  また前述の通り、カーボンナノチューブ親和性物質は、基板または電極に共有結合していることが好ましい。例えば、基板に導入された水酸基、アミノ基またはカルボキシル基に、カーボンナノチューブ親和性物質がエステル結合またはアミド結合により結合していればよい。【００３３】  本発明のカーボンナノチューブＦＥＴのチャネルは、カーボンナノチューブ親和性物質を用いて形成されることが好ましい。この形成法については、後に詳細に説明する。【００３４】  ゲート電極について
前述の通り、本発明の電界効果トランジスタにはゲート電極が含まれる。ゲート電極の材質の例には、ソース・ドレイン電極と同様に、金、白金、チタン、真鍮、アルミニウムなどの金属が含まれるが、好ましくは金である。金は導通性が高く、電流漏れによる誤差が小さいためである。これらの金属を蒸着することにより形成され得る。ゲート電極は、例えばアルミニウムの基板上に配置されていてもよい。
ゲート電極は、その電圧によって基板上に配置されたソース・ドレイン電極間を流れる電流（ソース・ドレイン電流）を制御できるように配置されていればよく、配置の形式は特に限定されず、トランジスタの用途や製造面の優位性などの条件または観点から、適宜に配置されればよい。ゲート電極の例には、（Ａ）バックゲート電極；（Ｂ）サイドゲート電極；（Ｃ）分離ゲート電極などが含まれる。【００３５】  （Ａ）バックゲート電極とは、カーボンナノチューブで接続されたソース電極およびドレイン電極が配置された基板の、ソース・ドレイン電極が形成されていない面（裏面）上に配置されたゲート電極を意味する。ここで面上に配置されているとは、基板面に接触させて配置されていてもよく、基板面から離されて配置されていてもよい。基板面から離されて配置されているバックゲート電極は、サンドイッチ型のバックゲート電極などと称されることもある。
バックゲート電極を配置された基板面（ソース・ドレイン電極の裏面）には、絶縁膜が形成されていることが好ましい。【００３６】  （Ｂ）サイドゲート電極とは、カーボンナノチューブで接続されたソース電極およびドレイン電極が配置された基板の、ソース・ドレイン電極が形成されている面と同一の面上に配置されたゲート電極を意味する。ここで面上に配置されているとは、基板面に接触させて配置されていてもよく、基板面から離されて配置されていてもよい。基板面から離されて配置されているサイドゲート電極は、トップゲート電極と称されることもある。【００３７】  （Ｃ）分離ゲート電極とは、ソース・ドレイン電極が配置された基板とは別個の絶縁性基板であって、電気的には接続されている絶縁性基板上に配置されたゲート電極を意味する。「電気的に接続されている」とは、両基板が一の導電性基板に載置されている；両基板がそれぞれ、導電性ワイヤで接続されている別個の導電性基板に載置されている、ことなどを意味する。ここでいう「絶縁性基板」とは、前述のソース・ドレイン電極が配置された基板と同様であり、絶縁体からなる基板；または半導体または金属からなる支持基板と、支持基板の少なくとも一方に形成された絶縁膜を含む基板でありうる。「導電性基板」の例には、金の薄膜が蒸着されたガラスや真鍮の基板などが含まれる。分離ゲート電極は、この絶縁性基板上に配置されており、基板面に接触させて配置されていてもよく、基板面から離されて配置されていてもよい。【００３８】  本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、ゲート電極に印加された電圧によってソース・ドレイン電流が制御されればよいが、例えば、ソース・ドレイン電圧を±１Ｖとしたときに、ゲート電圧が−２０Ｖ〜＋２０Ｖのレンジにおいてソース・ドレイン電流が１０−９〜１０−５Ａレベルであり、かつゲート電圧の変化に応じてソース・ドレイン電流が変化する。【００３９】２．本発明のカーボンナノチューブＦＥＴの製造方法
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは任意の方法で製造されうる。好ましくは、別個に製造されたカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブとの親和性を有する物質で基板に固定してチャネルを形成するステップを含むが、その他は通常の方法と同様にして製造されうる。
別個に製造されたカーボンナノチューブを、基板の電極形成予定部位や電極などに提供して基板に固定することにより、電極間をカーボンナノチューブで接続してチャネルを形成する方法を、「分散固定化法」と称することがある。【００４０】  すなわち本発明のカーボンナノチューブＦＥＴの製造方法は、チャネルの形成法によって以下の態様に分類され得る。［Ａ］ソース電極とドレイン電極の形成予定部位が、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾された基板を用意し；前記基板の電極形成予定部位にカーボンナノチューブを提供し；ソース電極およびドレイン電極を形成する。［Ｂ］ソース電極およびドレイン電極が形成された基板を用意し；前記基板の電極をカーボンナノチューブ親和性物質で修飾し；前記電極にカーボンナノチューブを提供する。［Ｃ］カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブ用意し；ソース電極およびドレイン電極が形成された基板を用意し；前記基板の電極に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供する。［Ｄ］カーボンナノチューブ親和性物質で修飾されたカーボンナノチューブを用意し；基板の電極形成予定部位に前記修飾されたカーボンナノチューブを提供し；前記基板の電極形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する。【００４１】  本発明の製造方法において用いられる基板は、前述の基板と同様である。【００４２】  本発明の製造方法において提供されるカーボンナノチューブは、好ましくは単層カーボンナノチューブである。提供されるカーボンナノチューブの平均長さは通常は０．５μｍ以上、より好ましくは１．０μｍ以上である。平均長さの上限は特に制限されないが、１０μｍ以下であればよく、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下である。いずれにしてもカーボンナノチューブの長さは、ソース・ドレイン電極間の距離以上の長さであることが好ましい。提供されるカーボンナノチューブの平均長さは、ＡＦＭによって測定されうる。ＡＦＭにより測定されるカーボンナノチューブは、酸で洗浄されていることが好ましい。
提供されるカーボンナノチューブは、例えば、Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＩＮＣ社（ＣＮＩ．，ＵＳ）の単層カーボンナノチューブが挙げられる。【００４３】  本発明の製造方法において提供されるカーボンナノチューブは、酸処理されていてもよい。カーボンナノチューブの酸処理は、例えば、カーボンナノチューブを、硫酸、硝酸またはその混合物で洗浄し、さらに超音波処理することにより行われる。酸処理することにより、カーボンナノチューブの表面にカルボキシル基が導入されうる。酸処理されたカーボンナノチューブは、その親水性が向上するため、水中での分散性が向上する。よって、カーボンナノチューブを、水中に分散させて提供することが容易になる。【００４４】  本発明の製造方法において用いられるカーボンナノチューブ親和性物質とは、前述の通りであり、カーボンナノチューブとのπ−π相互作用を示す芳香族多環分子などを意味し、二以上の芳香族官能基を有する分子であってもよい。【００４５】  また、カーボンナノチューブ親和性物質には、基板表面（好ましくは、基板の電極形成予定部位）または基板上に形成されたソース・ドレイン電極の表面に結合するための官能基が導入されていることが好ましい。例えば、基板表面またはソース・ドレイン電極表面にアミノ基がある場合には、カーボンナノチューブ親和性物質にカルボキシル基またはエステル基が導入されていることが好ましく；基板表面または電極表面にカルボキシル基がある場合には、カーボンナノチューブ親和性物質にアミノ基が導入されていることが好ましい。
カルボキシル基が導入されたカーボンナノチューブ親和性物質の例には、１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄなどが含まれ、エステル基が導入されたカーボンナノチューブ親和性物質の例には、１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ  ｅｓｔｅｒが含まれる。アミノ基が導入されたカーボンナノチューブ親和性物質の例には、１−ｐｙｒｅｎｅｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅが含まれる。【００４６】  基板表面にカルボキシル基を導入するには、例えば、基板表面をカルボキシル基に変換可能である官能基を含むシランカップリング剤で処理し、該官能基をカルボキシル基に変換すればよい。また、基板表面にアミノ基を導入するには、例えば基板表面をアミノシランで処理すればよい。アミノシランの例には、３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＡＰＳ）が含まれる。
電極（例えば金電極）表面にカルボキシル基を導入するには、電極（例えば金電極）表面をチオカルボン酸で処理すればよい。チオカルボン酸の例には、１１−ｍｅｒｃａｐｔｏｕｎｄｅｃａｎｏｉｃ  ａｃｉｄが含まれる。また、電極（例えば金電極）表面にアミノ基を導入するには、例えば金電極をアミノチオールで処理すればよい。アミノチオールの例には、１１−ａｍｉｎｏ−１−ｕｎｄｅｃａｎｔｈｉｏｌが含まれる。【００４７】  前記［Ａ］の態様において、電極形成予定部位をカーボンナノチューブ親和性物質で修飾するには、例えば、リソグラフィ法などにより基板上の電極形成予定部位以外の領域をレジスト膜でマスキングし；電極形成予定部位（マスキングされていない領域）に、官能基（例えばアミノ基）を導入し；電極形成予定部位に導入された官能基に反応しうる官能基（例えばエステル基）を有するカーボンナノチューブ親和性物質を提供することにより行われる。【００４８】  前記レジスト膜の材質はＰＭＭＡなどであればよく、その膜厚は１μｍ〜３μｍ程度であればよい。
電極形成予定部位にアミノ基を導入するには、例えばＡＰＳなどのアミノシラン溶液を電極形成予定部位に滴下し、それを乾燥させて膜としてもよい。当該膜は、ＡＰＳなどの縮重合物などであり、その膜厚は１ｎｍ〜１μｍ程度であればよい。
カーボンナノチューブ親和性物質は、ＤＭＦなどの有機溶媒に溶解されて提供されうる。具体的には、例えば、有機溶媒に溶解されたカーボンナノチューブ親和性物質の溶液を、基板が浸されている溶媒（例えば水溶液）に少量ずつ添加する。反応後の洗浄の際に、基板に残った溶媒は、不活性ガスで乾燥させて除去することが好ましい（以下において同様）。【００４９】  ［Ａ］の態様において、カーボンナノチューブの提供は、別途製造されたカーボンナノチューブの分散液を提供することによって行われることが好ましい。カーボンナノチューブの分散液を基板に滴下するか、またはカーボンナノチューブの分散液に基板を浸漬すればよい。分散液の溶媒の例には、ＤＭＦなどの有機溶媒および水が含まれる。
酸処理されたカーボンナノチューブは、カルボン酸が導入されるなどして水への分散性が高められる。よって、酸処理されたカーボンナノチューブの提供は、水性溶媒に分散させて行うことが好ましい。分散水溶液のｐＨは、カルボン酸のｐＫａ（約４）以上にする、好ましくは７〜８にする。
カーボンナノチューブ分散液におけるカーボンナノチューブの濃度は、０．００１ｍｇ／ｍｌ〜０．１ｍｇ／ｍｌであることが好ましい。当該濃度が０．１ｍｇ／ｍｌよりも高いと、カーボンナノチューブが凝集しやすくなり、分散液の調製が困難になることがある。【００５０】  修飾部位にカーボンナノチューブを提供することにより、少なくともその一部は基板に固定されて、ソース・ドレイン電極間を接続させる。しかしながら、提供したカーボンナノチューブの全てが基板の電極形成予定部位に固定されるとは限らない。よって、カーボンナノチューブを提供したのち、電極を形成する前に、基板を洗浄して、固定されないカーボンナノチューブを除去することが好ましい。基板の洗浄は、例えば、基板を溶媒（例えばＤＭＦ）で洗い流すか、溶媒中で基板を超音波処理することにより行われる。【００５１】  ［Ａ］の態様において、ソース電極およびドレイン電極の形成は、リソグラフィを用いて金属を蒸着させて行えばよい。ソース電極またはドレイン電極とチャネルとが重なる部分を、高電界の電子ビームまたはＳＴＭ／ＡＦＭを使用する局所印加電界によりウェルディングして、電極とチャネルを一体化することができる（以下において同様）。【００５２】  さらに［Ａ］の態様において、カーボンナノチューブを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、基板上のカーボンナノチューブを気相成長させてもよい。カーボンナノチューブの気相成長は、例えば図９に示されるように、カーボンナノチューブ７が固定された基板１を、カーボンナノチューブの原料である炭化水素ガス（メタンガスなど）１１を供給される反応容器１０に入れて、約７００〜９００℃に加熱すればよい。それにより、点線で示されるようにカーボンナノチューブ７が成長する。ソース・ドレイン電極（３および４）の間に電圧を印加してもよい。【００５３】  ［Ａ］の態様の具体的な手順が、後述の「具体例Ａ」に示される。【００５４】  前記［Ｂ］の態様において、基板にソース電極およびドレイン電極を形成するには、リソグラフィを用いて金属を蒸着させればよい。
［Ｂ］の態様において、電極（例えば金電極）表面をカーボンナノチューブ親和性物質で修飾するには、金属−チオール結合を利用して電極表面に自己組織化膜を形成させて、電極表面に官能基（例えばカルボキシル基やアミノ基）を導入し；電極表面に導入された官能基に反応する官能基（例えばアミノ基やエステル基）を有するカーボンナノチューブ親和性物質を提供することにより行われる。電極表面に官能基を導入するには、電極材質に特異的に反応する官能基（例えば、チオール基）を有する化合物（例えば、チオール化カルボン酸やアミノチオール）で電極表面を処理すればよい。
カーボンナノチューブ親和性物質はＤＭＦなどの有機溶媒に溶解されて提供されうる。このとき必要に応じて、電極に導入された官能基（例えばカルボキシル基）と、カーボンナノチューブ親和性物質の官能基（例えばアミノ基）との反応を促進する試薬（例えばカルボジイミド）を用いてもよい。【００５５】  ［Ｂ］の態様において、修飾部位にカーボンナノチューブを提供するには、ＤＭＦなどの有機溶媒または水にカーボンナノチューブが分散された分散液を、修飾部位に提供すればよい。［Ａ］の態様と同様に、酸処理されたカーボンナノチューブは、水中に分散されて提供されることが好ましい。また、分散液を基板に添加してもよく、基板を分散液に浸漬してもよい。
［Ｂ］の態様においても、［Ａ］の態様と同様に、提供されたカーボンナノチューブの全てが基板に固定されるとは限らないので、カーボンナノチューブ提供後に基板を洗浄して、固定されないカーボンナノチューブを除去することが好ましい。基板の洗浄は、例えば、基板を溶媒で洗い流すか、基板を溶媒中で超音波処理することにより行われる。【００５６】  ［Ｂ］の態様において、カーボンナノチューブを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）に、既に基板に設けられている電極上に、さらに金属を蒸着して電極を形成することが好ましい。カーボンナノチューブ提供後にさらに金属を蒸着することにより、適切なソース・ドレイン電流（例えば０．１〜１．０μＡ程度）がより安定に流れうる。また、０．１〜１．０μＡ程度の電流が流れる素子は、水などによる数回の洗浄によっても破損しにくい。
さらに［Ｂ］の態様においても、［Ａ］の態様と同様に、カーボンナノチューブを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、基板上のカーボンナノチューブを気相成長させてもよい（図９参照）。【００５７】  ［Ｂ］の態様の具体的な手順が、後述の「具体例Ｂ」に示される。【００５８】  前記［Ｃ］の態様において、カーボンナノチューブを修飾するカーボンナノチューブ親和性物質は、電極表面に結合するための官能基を有していることが好ましい。例えば、電極表面にカルボキシル基を導入した場合には、アミノ基を導入されたカーボンナノチューブ親和性物質でカーボンナノチューブを修飾すればよい。
前記［Ｄ］の態様において、カーボンナノチューブを修飾するカーボンナノチューブ親和性物質は、基板表面（好ましくは、電極形成予定部位）に結合する官能基を有していることが好ましい。例えば、基板表面にカルボキシル基を導入した場合には、アミノ基を導入されたカーボンナノチューブ親和性物質でカーボンナノチューブを処理すればよい。
［Ｃ］または［Ｄ］の態様において、カーボンナノチューブの修飾は、カーボンナノチューブ親和性物質を含む溶液（溶媒はエタノールなど）に、カーボンナノチューブを添加すればよい。カーボンナノチューブ親和性物質でカーボンナノチューブを修飾すると、カーボンナノチューブの表面の全体がカーボンナノチューブ親和性物質で被覆されうる。
カーボンナノチューブ親和性物質の一例であるピレン派生物でカーボンナノチューブを処理して、親水性を付加すると、カーボンナノチューブの水溶液中での分散性が向上するので、カーボンナノチューブをより一様に基板上に分散させることができる。【００５９】  ［Ｃ］または［Ｄ］の態様において、処理されたカーボンナノチューブを提供するには、カーボンナノチューブの分散液を基板に滴下するか、またはカーボンナノチューブの分散液に基板を浸漬すればよい。また、［Ｃ］または［Ｄ］の態様においても［Ａ］の態様と同様に、カーボンナノチューブ提供後に基板を洗浄して、固定されないカーボンナノチューブを除去することが好ましく、また基板上のカーボンナノチューブを気相成長させてもよい（図９参照）。さらに［Ｃ］の態様においても、［Ｂ］の態様と同様に、カーボンナノチューブを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、既に基板に設けられている電極上に、さらに金属を蒸着して電極を形成することが好ましい。【００６０】  ［Ｃ］および［Ｄ］の態様のより具体的な手順が、後述の「具体例Ｃ」および「具体例Ｄ」に示される。【００６１】  具体例Ａ
シリコン基板表面の酸化シリコン膜（酸化シリコン膜の膜厚は３００ｎｍ程度であればよい）を５０％硫酸で３０分間、室温で洗浄した後に水で洗浄する。
洗浄された酸化シリコン膜上に、フォトレジスト膜（ＯＥＰＲ−８００）をスピンコート法によりスピンコートする。フォトリソグラフィを用いて、ソース・ドレイン電極の形成予定部位である一対の領域のフォトレジスト膜を除去する。
一対の領域のフォトレジスト膜が除去された基板上に、２％の３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅを添加する。これを４５℃で３０分間加熱して溶媒を蒸発させ、さらに１１０℃で５分間加熱する。加熱後に、十分な量の水で洗浄する。（これにより基板表面にアミノ基が導入される。）
得られた基板を、エタノールと水の混合溶液（体積比１：４、５０ｍｌ）に浸して、６５℃に加熱する。１．０ｍｇの１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅｅｓｔｅｒを２０μｌのジメチルホルムアミドに溶解する。得られた溶液の１０μｌを、基板が浸された混合溶液中に滴下し、６５℃で１時間反応させる。（これによりピレンが基板表面に結合する。）
得られた基板を１１５℃で５分間加熱したのち、ＤＭＦ中に浸して、フォトレジスト膜を除去する。【００６２】  ０．５ｍｇの単層カーボンナノチューブ（ＣＮＩ  Ｃｏ．，ＵＳ）を、硫酸および硝酸の混合溶液で洗浄した後、１ｍｌの緩衝液に分散させる。得られた溶液を遠心分離して、得られた残渣を硫酸と過酸化水素水の混合溶媒に懸濁させて１時間超音波処理する。得られた黒色溶液を水で希釈して、蒸留水に透析させて溶液を中性にする。得られたカーボンナノチューブ溶液（使用前に超音波処理する）を前述の基板に滴下した後に１時間放置して、カーボンナノチューブをピレン修飾された領域に固定する。得られた基板をＤＭＦ、さらにエタノールで洗浄する。カーボンナノチューブが固定された領域の状態をＡＣモードのＡＦＭで観測して、電極形成予定部位の間がカーボンナノチューブで接続されているかどうかを確認することができる。【００６３】  得られた基板に、ソース・ドレイン電極を形成するためのパターンを作る。具体的な手法は、前述のピレンをパターニングするための手法と同様の手法を用いればよい。ＥＢ蒸着法を用いて３０ｎｍ厚のＰｔフィルム、さらに１００ｎｍ厚のＡｕフィルムを蒸着させ、ソース・ドレイン電極を形成する。両電極間の距離は３μｍ程度とする。【００６４】  具体例Ｂ
シリコン基板の酸化シリコン膜（酸化シリコンの膜厚は３００ｎｍ程度であればよい）上に金電極を蒸着により形成する。金電極が形成された基板を、１１−ｍｅｒｃａｐｔｏｕｎｄｅｃａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ溶液（０．５ｍＭ）に浸漬して、室温で１０時間放置する。エタノールで洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させる。（これにより、金電極表面にカルボキシル基が導入される。）
ＤＭＦ−ｐＨ８の緩衝溶液の混合溶液（体積比１：１）に、水溶性カルボジイミドと、１−ｐｙｒｅｎｅｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ（１ｍＭ）を溶解させる。得られた溶液に、前述の基板を入れて３５℃にて２時間放置する。その後、ＤＭＦと純水で洗浄する（これにより、金電極にピレンが結合する）。
洗浄後、カーボンナノチューブのジメチルホルムアミド溶液（０．５ｍｇ／５ｍｌ）を基板上に滴下して、１０時間放置する。その後、ＤＭＦ中で超音波洗浄し、エタノールで洗浄した後、基板全体に窒素ガスを吹き付けて乾燥させる。【００６５】  本方法において基板に形成される金電極は、０．１〜１．０μＡ程度の電流が流れるように、十分に蒸着されることが好ましい。安定に動作する素子を得るためである。ソース・ドレイン電流が過剰に低い素子は使用中に導電性に変化がみられ、導電性を失うことがあるが、０．１μＡ程度の電流が流れる素子であれば、水などで洗浄されても安定した導電性を示す。【００６６】  具体例Ｃ
１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ  ｅｓｔｅｒを２０μｌのジメチルホルムアミドに溶解する（濃度：１ｍｇ／ｍｌ）。得られた溶液を、０．６ｍｇの１１−ａｍｉｎｏ−１−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌを１００μｌのＤＭＦに溶解した溶液に添加し、室温で１時間反応させる。得られた反応液を、０．０５ｍｇ／ｍＬの酸処理したカーボンナノチューブの分散水溶液（５００μＬ）に加えて、室温で１２時間撹拌する。得られた溶液に金電極を形成した基板を入れて、１２時間室温で反応させ、カーボンナノチューブを基板に固定する。【００６７】  具体例Ｄ
１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄのＤＭＦ溶液（５ｍｇ／ｍｌ，５０μｌ）を、カーボンナノチューブのＤＭＦ分散液（０．０１ｍｇ／ｍｌ，５００μｌ）に添加し、室温にて２時間、超音波処理した。得られた溶液（１００μｌ）に、テトラエチレンジアミン５０μｌ、エタノール５０μｌ、水２５μｌを加えて分散液を得る。得られた分散液をフィルターで濾過して、大過剰の１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄを除去する。濾液に、水−エタノール（１：１）混合溶液を加えて１ｍｌとして、カーボンナノチューブ分散溶液を得る。１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄで修飾したカーボンナノチューブの分散溶液を、アミノシラン化処理した電極予定部位に、カルボジイミトなどの縮合試薬などを用いて固定する。【００６８】  分散固定化法によるカーボンナノチューブチャネルの製造方法には、以下の応用が考えられる。
提供したカーボンナノチューブを、基板の結晶表面にある原子の段差に沿って配列させるか；または、電気泳動により一定方向に配列させることが考えられる。
これらの手段でカーボンナノチューブの配列を制御できれば、より効率的に、かつ再現性よくソース・ドレイン電極間をカーボンナノチューブで接続することができる。【００６９】  形成されたチャネルは、４探針法によりその特性（体積抵抗値など）を確認されうる。チャネルに４つの針状の電極（電極Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ）を直線状に設置し、外側の２つの電極（電極Ａ，Ｄ）間に一定の電流を流し、内側の２つの電極（電極Ｂ，Ｃ）間に生じる電位差を測定して抵抗値を求め、求めた抵抗値にチャネルの厚さおよび補正係数ＲＣＦを乗じて、チャネルの体積抵抗値を算出することができる。
また、チャネルのトランスポート特性を評価してもよい。具体的には、バリスティックな電気伝導特性やスピン注入の可否、スピントランスポートの可否などが評価されうる。【００７０】  本発明の製造方法により、高い確率（ほぼ１００％）でソース・ドレイン電極間をカーボンナノチューブで接続することができる（チャネルを形成することができる）。したがって、トランジスタ製造の歩留まりも向上させうる。さらに、カーボンナノチューブを気相成長させる必要がないので、耐熱性の低い基板材料（例えばガラス）などを採用することができる。【００７１】  形成されたチャネルを構成するカーボンナノチューブに、欠陥を導入してもよい。カーボンナノチューブへの欠陥の導入は、例えば、化学的に修飾するか；過剰な電流（数ｍＡ）を流すか；イオンまたは電子ビームを照射するか；ＳＴＭまたはＡＦＭ加工する；ことにより行われる。【００７２】  カーボンナノチューブに欠陥が導入されると、その電気的特性が大幅に変化する。そこで、欠陥の状態と、電気的特性との相関関係を調べることが好ましい。欠陥の状態は走査プローブ法（ケルビンプローブ法やマックスウェルプローブ法など）により観察され、欠陥の密度、分布、大きさ（サイズやエネルギーバリアなど）が評価されうる。欠陥の状態と電気特性との相関を把握することにより、所望の性質を有するトランジスタを製造することができる。所望の性質の例には、ＳＥＴ（単電子トランジスタ）としての性質が含まれる。ＳＥＴのチャネルは量子ドット構造を有し、ドット部分に電子が滞留して電流量が微小になるので、チャネル上のわずかな電荷の変化を敏感に検出することができる。【００７３】  バックゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴ（図１０に示される）を作製した。チャネルは、前述の分散固定化法の具体例Ａに準じて形成させた。支持基板であるシリコンの膜厚は５００μｍ、ソース・ドレイン電極側のシリコンオキサイド膜の膜厚は３００ｎｍ、ゲート電極側のシリコンオキサイド膜の膜厚は３００ｎｍ、ＡＰＳ膜の厚さは５〜１０ｎｍ、ソース電極とドレイン電極の面積のそれぞれは０．２０〜０．２５ｍｍ２、基板の面積は１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）であった。ＡＦＭにより、数本のカーボンナノチューブでソース・ドレイン電極間が接続されていることが確認された。
作製したカーボンナノチューブＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性（ソース・ドレイン電＝±１Ｖ）を、図１１に示した。図１１に示されたとおり、ゲート電圧が−２０Ｖ〜＋５Ｖの領域において、１０−７Ａ程度のソース・ドレイン電流が観察され、かつゲート電圧によって制御されている。よって、ＦＥＴとしての性能を有していることがわかる。【００７４】３．本発明のカーボンナノチューブＦＥＴの用途
本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは任意の用途に適用されうるが、好ましくはバイオセンサに用いられる。以下において図面を参照しながら、種々の態様のゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴと、それをバイオセンサとして用いた場合の態様を説明する。ただし、カーボンナノチューブＦＥＴの態様や、バイオセンサの態様がこれらに限定されるわけではない。【００７５】  図１２には、バックゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴの一例が示される。図１２において、１は絶縁基板を示し、絶縁基板１の一方の面にソース電極３、ドレイン電極４、カーボンナノチューブからなるチャネル７が設けられており、絶縁基板１のもう一方の面上に（表面から離されて）ゲート電極８が設けられている（サンドイッチ型のゲート電極）。
絶縁基板１のゲート電極側の面に被検出物質認識分子１３を結合させれば、絶縁基板１のもう一方の面（被検出物質認識分子１３が結合した面）とゲート電極８との間に試料溶液を介在させることにより、被検出物質を検出するセンサとして用いることができる。
図１２に示されたカーボンナノチューブＦＥＴは、カーボンナノチューブが配置された基板面の裏面に被検出物質認識分子１３が配置されているので、検出反応後に、カーボンナノチューブを損傷させることなく該裏面を洗浄して、再利用することができる。また、図１２に示されたカーボンナノチューブＦＥＴは、絶縁基板の面（チャネルがない面）全体に、被検出物質認識分子を結合させることができるため、比較的多くの認識分子を結合させることができる。また、被検出物質認識分子をチャネルであるカーボンナノチューブに結合させる場合と比較して、洗浄により繰り返して検出に用いることが容易である。洗浄は、例えば、解離定数以下のｐＨを有する溶液（ＮＴＡ−Ｎｉ錯体を用いて被検出物質認識分子を結合している場合には、溶液をイミダゾール環のｐＫａ（約６）以下とすることにより、ＮｉをＮＴＡから遊離させやすくする）やイミダゾールを用いて行えばよい。また基板表面を研磨して鏡面シリコン酸化膜を形成すれば、ヒスタグなどを用いて認識分子（例えば抗体）を容易に結合させることができる。【００７６】  図１３および図１４にはそれぞれ、バックゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴの例が示される。図１３および図１４において、１は絶縁基板を示し、絶縁基板１の一方の面にソース電極３、ドレイン電極４、カーボンナノチューブからなるチャネル７が設けられており、絶縁基板１のもう一方の面上にゲート電極８が設けられている。図１４においては、チャネル７を覆う絶縁薄膜３０が設けられている。【００７７】  図１３のチャネル７に被検出物質認識分子１３を結合させれば、試料溶液１５をチャネル７を覆うように存在させることにより、被検出物質を検出するセンサとして用いることができる。また、図１４の絶縁薄膜３０に被検出物質認識分子１３を結合させれば、試料溶液をチャネルを覆うように存在させることにより、被検出物質を検出するセンサとして用いることができる。このとき、ソース電極３またはドレイン電極４の全体が、試料溶液によって覆われてしまうことは避けることが好ましい。そのため、前述の通り、ソース電極３またはドレイン電極４の、チャネルからの長さは長いことが好ましい。また、溶液に覆われる電極部位は小さいことが好ましい。【００７８】  図１３に示されるカーボンナノチューブＦＥＴにおいては、被検出物質認識分子１３がチャネル７に直接結合しているため、このカーボンナノチューブＦＥＴは高感度センサを提供しうる。
図１４に示されるカーボンナノチューブＦＥＴにおいては、チャネル７が絶縁薄膜３０によって保護されているため安定性が高く、また被検出物質認識分子１３がチャネルを覆う絶縁薄膜３０に結合されている。試料溶液が電極と直接接触することがないので、高感度センサを提供しうる。【００７９】  図１５〜図１８には、バックゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴの例が示される。
図１５において、１は酸化シリコン膜とシリコン部からなる絶縁基板を示し、絶縁基板１の酸化シリコン膜上にソース・ドレイン電極３および４と、カーボンナノチューブからなるチャネル７が配置されている。さらに、絶縁基板１のシリコン部の一部が除去されて凹部１６が設けられている。凹部１６は、シリコン部を物理的または化学的にエッチングすることで、容易に形成することができる。シリコン部のエッチングは、図１５に示されるように酸化シリコン膜が露出するまで行ってもよい。
シリコン酸化膜は、ゲート電極（不図示）の電圧に対する感度を向上させるため、その膜厚は薄いことが好ましい。膜厚を薄くするため、シリコン酸化膜はシリコンを酸化させて形成することが好ましい。
凹部１６の容積を調整することにより、適切な一定量の試料溶液を提供することができる。また、添加された試料溶液が散免されにくく、試料検出部位に安定して保持されうる。また凹部１６に保持された試料溶液は、他の検出装置に輸送されうる。例えば、マイクロ−ＴＡＳを用いて、凹部１６に連続的に試料溶液を流してもよい。【００８０】  図１６に示されたように、凹部１６の内部に被検出物質認識分子１３を結合させ、そこに試料溶液加えることができる。凹部１６は、図１５のように下向きに配置されても、図１６のように上向きに配置されてもよい。凹部１６が下向きであっても、少量の液体であれば表面張力によって凹部１６に保持されうる。
図１６に示されたように、凹部１６に被検出物質認識分子１３を結合させ、試料溶液を加えた後、さらにゲート電極を配置して、Ｉ−Ｖ特性またはＩ−Ｖｇ特性の変化を観察することによって、試料溶液に含まれる被検出物質が検出されうる。【００８１】  図１６に示されるような、凹部１６が設けられたカーボンナノチューブＦＥＴのゲート電極は、例えば凹部１６を塞ぐように配置させたり（図１７参照）、シリコン部やシリコン酸化膜に接触させて配置させたりすることができる（図１８参照）。
図１７（Ａ）には、凹部１６を塞ぐように、かつ試料溶液に接しないように配置させたゲート電極が示される。図１７（Ｂ）には、凹部１６を塞ぐように、かつ試料溶液に接するように配置させたゲート電極が示される。凹部１６を塞ぐようにゲート電極を配置すれば、試料溶液１５の蒸発を抑えることができ、ＦＥＴの機械強度を向上させることができる。
図１８（Ａ）および（Ｄ）には、シリコン部に接触させて配置させたゲート電極が示される。図１８（Ｂ）および（Ｃ）には、それぞれソース・ドレイン電極が形成されたシリコン酸化膜の、ソース・ドレイン電極と同一面および裏面に接触させて配置させたゲート電極が示される。図１８に示されるゲート電極はいずれも、試料溶液と触れることがないので、ゲート電極を試料溶液で汚したくない場合に好ましい。また図１８（Ｂ）〜（Ｄ）に示されるゲート電極によれば、素子全体の厚みを抑制することができる。【００８２】  図１９のカーボンナノチューブＦＥＴでは、ソース・ドレイン電極が形成された基板１の裏面に、被検出物質認識分子１３を結合させた短針１７が配置され、当該短針１７が、バックゲート電極４１に接している試料１５に挿入される。短針１７の先端にのみ被検出物質認識分子１３を結合させれば、試料１５内の検出位置を限定することができる。試料１５の例には動物の脳内または体表などが含まれ、その電位の測定などが可能になると考えられる。【００８３】  図２０〜図２３にも、被検出物質認識分子を、バックゲートを含むカーボンナノチューブＦＥＴに結合させた例が示される。これらの図に示されるカーボンナノチューブＦＥＴの基板は、金属または半導体からなる支持基板１０２と、絶縁膜１０４および１０６からなる。
図２０では、被検出物質認識分子４７２が絶縁膜１０６に結合され、ゲート電極５１２と基板とに挟まれている（サンドイッチ型のゲート電極）。試料溶液４９０を、ゲート電極５１２と基板との間に存在させることによって、被検出物質が検出される。
図２１（Ａ）および（Ｂ）では、被検出物質認識分子４７２が絶縁膜１０６に結合しているが、ゲート電極５２２は基板に結合している。試料溶液４９０を被検出物質認識分子４７２と接触させることで、被検出物質が検出されうる。試料溶液４９０は、ゲート電極５２２に接触していなくても（図２１（Ａ））、接触していてもよい（図２１（Ｂ））。図２１（Ｃ）では、ゲート電極５３２に被検出物質認識分子４７２が結合している。試料溶液４９０を被検出物質認識分子４７２と接触させることで、被検出物質が検出されうる。
図２２には、複数のゲート電極を設けた場合に、被検出物質認識分子４７２ａおよび４７２ｂが絶縁膜１０６に結合したカーボンナノチューブＦＥＴ（図２２（Ａ））、およびゲート電極５３２ａおよび５３２ｂに結合したカーボンナノチューブＦＥＴ（図２２（Ｂ））が示される。それぞれ、被検出物質認識分子４７２ａ〜ｂと、試料溶液４９０ａ〜ｂとを接触させることで被検出物質が検出されうる。
図２３には、被検出物質認識分子４７２が、カーボンナノチューブ１１２を保護する絶縁性保護膜６４０に結合しているカーボンナノチューブＦＥＴが示される。試料溶液４８２を被検出物質認識分子４７２と接触させることで、被検出物質が検出されうる。（ゲート電極は１１４である。）【００８４】  図２４には、サイドゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴの一例が示される。ソース・ドレイン電極３および４が形成されている基板面と同一の面に、ゲート電極８が接触して設けられている。チャネル７はカーボンナノチューブからなるが、欠陥を導入することによってアイランド構造とされていてもよい。アイランド構造を有するチャネル７に対して、ゲート電極８は、通常１００ｎｍ未満の距離に配置される。被検出分子認識分子を、例えばゲート電極に結合させるか、またはチャネルもしくはチャネルを覆う絶縁膜に結合させることで、センサとして用いられうる。【００８５】  図２５にも、サイドゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴの一例が示される。図２５に示されるカーボンナノチューブＦＥＴの基板は、支持基板１０２と絶縁膜１０４からなる。絶縁膜１０４の上に、ソース・ドレイン電極１０８および１１０、カーボンナノチューブからなるチャネル１１２、ならびにゲート電極７０２が配置されている。ソース・ドレイン電極およびゲート電極は、絶縁膜６４０で覆われており、絶縁膜６４０に被検出物質認識分子４７２が結合している。被検出物質認識分子４７２は絶縁膜６４０の任意の位置に結合していればよく、ソース・ドレイン電極部位、ゲート電極部位、もしくはチャネル部位、またはその他の部位のいずれに結合していてもよい。【００８６】  図２６には、サイドゲート電極（トップゲート電極）を含むカーボンナノチューブＦＥＴに、被検出物質認識分子を結合させた例が示される。絶縁基板１の面に配置されたソース電極３およびドレイン電極４、およびカーボンナノチューブからなるチャネル７が、絶縁膜４０（例えば、ガラス絶縁膜）で覆われている（図２６（Ａ））。さらに、絶縁膜４０の上に、ゲート電極８が配置されている（図２６（Ｂ））。【００８７】  絶縁膜４０に被検出物質認識分子１３を結合させれば、絶縁膜４０とゲート電極８との間に試料溶液１５を介在させることにより、被検出物質を検出するセンサとして用いることができる。図２６に示されたカーボンナノチューブＦＥＴでは、絶縁膜４０によって、チャネル７と、ゲート電極８および試料溶液１５とが高度に絶縁されているため、ゲート電極−ソース電極間、またはゲート電極ドレイン電極間の電流の漏れを抑制することができる。
図２６に示されたゲート電極８にガラス絶縁膜を設けてもよい。ただし、この場合はチャネルとゲート電極との距離が遠くなるため、ＦＥＴとしての性質が弱まることがある。
さらに図２６におけるカーボンナノチューブＦＥＴにおいて、絶縁基板１をガラス基板とすれば、基板１の裏面（電極が配置されていない面）側から、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡またはレーザー顕微鏡などにより試料の状態を確認しながら、トランジスタを駆動させることができる。【００８８】  さらに図２７にも、サイドゲート電極（トップゲート電極）を含むカーボンナノチューブＦＥＴに、被検出物質認識分子を結合させた例が示される。図２７では、被検出物質認識分子４７２がカーボンナノチューブからなるチャネルを保護する絶縁性保護膜６４０に結合されている。このゲート電極７０２は、基板（支持基板１０２、絶縁膜１０４および絶縁膜１０６からなる）に接触せずに配置されている。【００８９】  被検出物質認識分子を、分離ゲート電極を含むカーボンナノチューブＦＥＴに結合させた例が、図２８〜図３３に示される。
図２８に示されたカーボンナノチューブＦＥＴは、ソース・ドレイン電極を含む素子部２１２と、ゲート電極を含む素子部２１４と、素子部２１２および素子部２１４が載置されている導電性基板２１０を含み、素子部２１２と素子部２１４は電気的に接続されている。素子部２１２は、基板（支持基板１０２、絶縁膜１０４および１０６）と、基板上に配置されたソース・ドレイン電極１０８および１１０、カーボンナノチューブからなるチャネル１１２を含む。また素子部２１４は、基板（支持基板２０２、絶縁膜２０４および２０６）と、基板上に配置されたゲート電極６０２を含む。このゲート電極６０２は、基板と接触せずに配置されている（サンドイッチ型のゲート電極）。さらに、被検出物質認識分子４７２が、ゲート電極６０２が配置された基板の絶縁膜２０４に結合されている。試料溶液４９０を、ゲート電極６０２と絶縁膜２０４の間に存在させることで、被検出物質が検出されうる。【００９０】  図２９には、図２８におけるゲート電極を含む素子部２１４の変更例が示される。図２９におけるゲート電極６１２または６２２は基板に接触して配置されている（非サンドイッチ型のゲート電極）。図２９（Ａ）および（Ｂ）では被検出物質認識分子４７２が基板の絶縁膜２０４に結合され、図２９（Ｃ）では被検出物質認識分子４７２がゲート電極６２２に結合されている。試料溶液４９０を被検出物質認識分子４７２に接触させることで、被検出物質が検出されうる。試料溶液４９０は、ゲート電極６１２に接触していても（図２９（Ａ））、接触していなくてもよい（図２９（Ｂ））。
図３０には、図２８におけるゲート電極を含む素子部２１４のさらなる変更例が示される。２以上のゲート電極６１２ａおよび６１２ｂ（６２２ａおよび６２２ｂ）、ならびに２種以上の被検出物質認識分子４７２ａおよび４７２ｂが配置されている。【００９１】  図３１に示されたカーボンナノチューブＦＥＴは、ソース・ドレイン電極を含む素子部２１２と、ゲート電極を含む素子部（２１４ａおよび２１４ｂ）を２以上含むが、図２８に示されたカーボンナノチューブＦＥＴと同様に、いずれの素子部も一の導電性基板２１０に載置されている。【００９２】  図３２および図３３には、分離ゲートを含むカーボンナノチューブＦＥＴの他の例が示される。
図３２のカーボンナノチューブＦＥＴは、ソース・ドレイン電極を含む素子部２１２、ゲート電極を含む素子部２１４、および素子部２１２の基板と素子部２１４の基板との間にさしはさまれた導電性基板２１０を含む。
図３３のカーボンナノチューブＦＥＴは、ソース・ドレイン電極を含む素子部２１２、ゲート電極を含む素子部２１４、素子部２１２が載置された導電性基板３０２、素子部２１４が載置された導電性基板３０４、および導電性基板３０２と３０４を電気的に接続する導電性ワイヤ３０６を含む。
図３２および図３３に示されたカーボンナノチューブＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子４７２は、素子部２１４の絶縁膜２０４に結合されているか（図示）、ゲート電極６１２に結合されうる（ゲート電極６１２に結合された被検出物質認識分子は不図示）。【００９３】  本発明のバイオセンサについて
前述の通り、本発明のカーボンナノチューブＦＥＴはバイオセンサとして用いられうる。バイオセンサとして用いる場合は、カーボンナノチューブＦＥＴに被検出物質認識分子が結合されている。被検出物質の例には、ウイルス、細菌などの微生物、残留農薬などの化学物質、糖質、核酸、アミノ酸、脂質などが含まれる。被検出物質認識分子の例には、抗体、抗原、酵素、受容体、核酸、アプタマー細胞、微生物などが含まれる。例えば、被検出物質が抗原である場合には抗体やアプタマーであり、被検出物質が抗体である場合には抗原である。
本発明のバイオセンサによれば、感染症の病因ウイルスや細菌などの微生物を超高感度に、かつ短時間に検出することができる。したがって、感染症の早期発見による早期治療や、微生物の研究に有効に利用されうる。また、センサのサイズを小型化できるため、フィールドでの感染症ウイルスの検出などに活用されうる。【００９４】  本発明のバイオセンサは、共振回路を用いて交流で動作され、被検出物質が被検出物質認識分子に結合することにより生じるソース・ドレイン電流または電圧の変化から、被検出物質を検出することができる。ソース・ドレイン電流または電圧の変化は、例えばＩ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線から確認される。Ｉ−Ｖ特性曲線とは、ゲート電圧を一定にしたときの、ソース・ドレイン電流とソース・ドレイン電圧の関係を示す曲線であり；Ｉ−Ｖｇ特性曲線とは、ソース・ドレイン電圧を一定にしたときの、ゲート電圧とソース・ドレイン電流の関係を示す曲線である。【００９５】  本発明のバイオセンサにおける被検出物質認識分子は、被検出物質と反応してソース・ドレイン電流を変化させるように結合されていればよいが、たとえば、前述のゲート電極の説明において説明したように、カーボンナノチューブからなるチャネル、ゲート電極もしくは基板、またはそれらを保護する絶縁膜などに結合されていればよい。【００９６】  前述の通り、本発明のバイオセンサは、被検出物質認識分子を結合させたカーボンナノチューブＦＥＴを含むが、被検出物質認識分子をカーボンナノチューブＦＥＴに結合させる手段は特に限定されない。しかしながら、被検出物質認識分子と被検出物質との相互作用を効率的に生じさせることが好ましい。
以下において、カーボンナノチューブＦＥＴの基板、ゲート電極、またはカーボンナノチューブからなるチャネルに被検出物質認識分子を結合させる方法を説明する（第１〜第４の方法）。特に、被検出物質認識分子が抗体である場合を例にとって説明する。【００９７】  第１の方法は、被検出物質認識分子としてヒスタグ融合認識分子を用いる方法である。その一例として、カーボンナノチューブからなるチャネルにヒスタグ融合抗体を結合する方法を、図３４を参照して説明する。絶縁基板およびゲート電極にも同様の方法で結合させることができる。
まず、遺伝子操作によってヒスタグ５１を付加した抗体５０を作製する。次に、電界効果トランジスタのカーボンナノチューブをピレン派生物で直接修飾する。ＮＴＡ５２を、ピレン派生物で直接修飾したカーボンナノチューブに結合させる。この後、遷移金属イオン（ニッケルイオンやコバルトイオンなど）を含む溶液をカーボンナノチューブに滴下し、カーボンナノチューブに固定したＮＴＡ５２と錯体を形成させる。さらに、ヒスタグ５１を付加した抗体５０を含む溶液を滴下することにより、図３４（Ａ）のように抗体５０をカーボンナノチューブに固定化させる。このように固定された抗体５０は、結合面に対して一定の配向性を有する。
基板の絶縁膜にＮＴＡ５２を結合させる場合は、絶縁膜をシラン化カップリング剤で処理することが好ましい。ゲート電極（金属、例えば金）にＮＴＡ５２を結合させる場合は、チオール基を導入したＮＴＡ（Ｎ−マレイミド基にチオール基を付加されているＮＴＡなど）を利用する方法が有効である。チオール基を導入したＮＴＡは市販されている（例えば、同仁化学）。【００９８】  第２の方法は、被検出物質認識分子をＩｇＧ型抗体として、プロテインＡ、プロテインＧ、プロテインＬ、またはそれらのＩｇＧ結合ドメインを用いる方法である。ここで述べる抗体とは、抗原との特異的な結合能を有する一本鎖抗体やＦａｂ、Ｆ（ａｂ’）２を含む。
プロテインＡ、プロテインＧ、またはそのＩｇＧ結合特性を組み合わせた融合タンパク質であるプロテインＡ／Ｇは、ＩｇＧ型免疫グロブリンのＦｃ領域に結合する能力を有する。プロテインＬは、ＩｇＧ型免疫グロブリンの軽鎖のκ鎖に結合する能力を有する。また、いずれも他のタンパク質と同様に、金表面に付着しやすい特性を有する。
これらの特性を利用して、金で作製されたゲート電極に、プロテインＡ、プロテインＧ、プロテインＡ／Ｇ、プロテインＬ、またはそれらのＩｇＧ結合ドメインを有する組換えタンパク質５３（以下「ＩｇＧ結合タンパク質」ともいう）を直接付着させ；付着させたＩｇＧ結合タンパク質５３に、被検出物質認識分子として用いるＩｇＧ型抗体５０を結合させることで、抗体５０をある程度配向させることができる。ただしこの第２の方法では、ＩｇＧ結合タンパク質５３がランダムに電極に結合してしまうため（図３４（Ｂ）を参照）、十分な配向性が得られないことがある。【００９９】  第３の方法は、ヒスタグを付加したＩｇＧ結合タンパク質を準備し、ＮＴＡ−Ｎｉとヒスタグを介してＩｇＧ結合タンパク質をゲート電極などに結合させ、さらに第１の方法と同じように被検出物質認識分子（抗体）を配向させる方法である。ヒスタグを付加することによって、ゲート電極以外にも、絶縁膜やカーボンナノチューブに被検出物質認識分子（抗体）を配向させることができる。
以下において、ヒスタグを付加したＩｇＧ結合タンパク質を絶縁膜に結合する方法を、図３４（Ｃ）を参照して説明する。カーボンナノチューブおよびゲート電極にも同様の方法で結合させることができる。
まず、遺伝子操作によってヒスタグ５１を付加したＩｇＧ結合タンパク質５３を作製する。ＩｇＧ結合タンパク質５３において、抗体結合部位の位置を考慮してヒスタグの付加位置を設定することにより、抗体の配向性を高めることができる。次に、絶縁膜をシラン化カップリング剤で処理し、修飾した基板にＮＴＡ５２を結合させ；遷移金属イオン（ニッケルイオンやコバルトイオンなど）を含む溶液を基板上に滴下し、基板上に固定したＮＴＡ５２と錯体を形成させ；さらに、ヒスタグ５１を付加したＩｇＧ結合タンパク質５３を含む溶液を滴下することにより、ＩｇＧ結合タンパク質５３を絶縁膜に固定する。固定したＩｇＧ結合タンパク質５３に、被検出物質認識分子として用いるＩｇＧ型抗体５０またはそのＦａｂやＦ（ａｂ’）２を結合させることで、図３４（Ｃ）のように、抗体に配向性を持たせることができる。【０１００】  第４の方法は、図３４（Ｄ）に示されるように、被検出物質認識分子（抗体や酵素など）を、二つの官能基５５，５６（それぞれ同一でも異なっていてもよい）を有する二価性架橋化試薬５４を介して、絶縁膜、ゲート電極またはカーボンナノチューブに結合する方法である。二価性架橋化試薬５４は、二つの官能基５５，５６と、それを結合するポリエチレングリコールなどの親水性ポリマー鎖またはアルキル鎖などの疎水性鎖を含む。官能基５５，５６の組み合わせの例には、一方がアミノ基と共有結合を形成する官能基、他方がチオール基と共有結合を形成する官能基の組み合せが含まれる。
例えば、絶縁膜に結合させる場合は、１）被検出物質認識分子（抗体５０）と二価性架橋化試薬５４とを反応させた後、透析などにより未反応の二価性架橋化試薬を除去し；シラン化カップリング剤で処理した基板絶縁膜と、被検出物質認識分子−二価性架橋化試薬複合体を反応させて固定するか、２）シラン化カップリング剤で処理した基板絶縁膜面と二価性架橋化試薬５４を反応させ；さらに分子認識物質（抗体５０）を反応させて固定することができる。【０１０１】  図３４（Ａ）に示される方法では、ヒスタグが付加された被検出物質認識分子を遺伝子操作により調製する必要があるが、その調製には通常数ヶ月単位の時間を要する。さらに、被検出物質認識分子が抗体である場合には、ヒスタグが付加された抗体を調製するために、目的の抗体を産生するハイブリドーマが必要となる。ハイブリドーマの入手は通常困難であり、自ら作製することは多大な労力を要する。
一方、図３４（Ｃ）に示される方法では、ヒスタグが付加されたＩｇＧ結合タンパク質をいったん作製すれば、種々のＩｇＧ型抗体を適用することができるので、様々な被検出物質を短時間で検出することができる。
また、図３４（Ｄ）に示されるように二価性架橋化試薬５４による方法では、抗体またはタンパク質にヒスタグを付加するための遺伝子改変操作が必要ないので、被検出物質認識分子をさらに迅速に調製することができる。さらには、抗体を被検出物質認識分子として用いる場合には、ＮＴＡを用いる方法ではポリクローナル抗体を使用しにくいが、二価性架橋化試薬による固定化法ではポリクローナル抗体を使用できるので、バイオセンサとしての感度や精度の向上が期待できる。また二価性架橋化試薬には、二つの官能基５５、５６の間に親水性ポリマー鎖や疎水性鎖が存在するので、検出時のバックグラウンドが低減されうる。【０１０２】  本発明のバイオセンサによる検出
前述の通り、本発明のバイオセンサを用いることにより被検出物質が検出されうる。被検出物質認識分子に結合することにより生じるソース・ドレイン電流または電圧の変化から、被検出物質を検出すればよい。【０１０３】  以下において本発明のバイオセンサによる検出プロセスの概略例を示す。この概略例では、試料として溶液を用いている。（１）バイオセンサにおける、被検出物質認識分子が結合された部位に試料溶液を添加する。例えば、被検出物質認識分子が結合された基板に試料溶液を添加すればよい。
試料溶液に被検出物質が含まれていれば、被検出物質と被検出物質認識分子との反応（例えば抗原−抗体反応）が起こる。（２）添加された試料溶液に含まれる溶媒（例えば水）は、ソース・ドレイン電流に影響を与えるため、検出におけるノイズを発生させることがある。当該ノイズを低減させる手段の例として、以下の手段がある。
ａ）添加された試料溶液の溶媒を、蒸散により除去する。蒸散による除去は、例えば、窒素ガスなどを用いてブロアするか、ヒーター、熱電変換素子（ペルチェ素子）などを利用して行えばよい。ブロアによる蒸散においては、ブロアを僅かにあてながらゆっくりと蒸散させて、試料を一様な薄膜状にすることが好ましい。
ｂ）添加された試料溶液を冷却する（好ましくは凍結することにより絶縁化する）。冷却は、熱電変換素子（ペルチェ素子）や液体窒素などにより行うことができる。
これらの手段により、外気温の変化が激しい野外においても検出することが可能となり、また厳密な測定が可能となる。（３）ゲート電極の態様によっては前記試料溶液が添加された部位に（好ましくは試料溶液を蒸散または冷却した後に）ゲート電極をあてて、トランジスタを駆動させる。Ｉ−Ｖ特性またはＩ−Ｖｇ特性を測定する。Ｉ−Ｖ特性は、パラメータアナライザなどによって、短時間で（例えば数秒以内に）測定されうる。
ゲート電極を、ガラス薄膜を挟んで前記試料溶液が添加された部位にあててもよい。ゲート電極と、ソース・ドレイン電極間との絶縁性が高められ、漏れ電流が低減されうる。【０１０４】  本発明のバイオセンサは、一種類の被検出物質を検出するだけでなく、二種以上の被検出物質を検出することもできる。一の試料に含まれる二種以上の被検出物質を検出することもでき、また二種以上の試料を並行して検出することもできる。【０１０５】  また本発明のバイオセンサは、被検出物質が危険なウイルスである場合には、一の検出後に使い捨てればよい。また複数回の検出に繰り返して使用することもできる。【０１０６】  具体的な検出例について
本発明のバイオセンサによる検出とその結果について、抗ヘマグルチニン（ＨＡ）抗体の検出を例にして説明する。前述の分散固定化法の具体例Ａにより作製したチャネルを含むカーボンナノチューブＦＥＴ（図１０）を準備した。【０１０７】  ＮＴＡ−Ｎｉ錯体の形成
まず、用意したカーボンナノチューブＦＥＴの基板の背面の酸化シリコン膜表面（１ｃｍ２）を、ピランハ溶液およびエタノールで洗浄して乾燥した。次に、この酸化シリコン膜表面に、３μｌの（Ｓ８１０）メルカプトプロピルトリメトキシシランを滴下して、２時間１８０℃に加熱した。３０℃にまで冷却後、同温度で１時間以上５０ｍＭのジチオスレートール（ＤＴＴ）で処理した後、水で洗浄した。
次に、１０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ６．５）を用いて調製したマレイミド−ＮＴＡ溶液（１ｍｇ／ｍｌ）を、前述の酸化シリコン膜表面に重層し、室温で１時間静置した。静置後に水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。
さらに、前述の酸化シリコン膜表面に、５０μｌのＮｉＣｌ２溶液（５０ｍＭ）を滴下した。１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、半導体パラメータアナライザに接続したプローブを、ソース・ドレイン電極に接続してＩＶ特性を測定した。ゲート電圧を−２０ＶにしてＩ−Ｖ特性曲線（ソース・ドレイン電流と、ソース・ドレイン電極との関係を示す）を求めた。【０１０８】  ＨＡ抗原の準備
被検出物質認識分子として用いる抗体認識分子である組換えヘマグルチニン（ＨＡ）タンパク質を用意した。具体的には、Ｃ末端にヒスチジンタグを付加された組換えＨＡタンパク質であって、種々のレベル（１−２２０，１−２５０，１−２９０，１−３２０；数字は一次配列上のアミノ酸残基の番号を示す）でトランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅ）されたタンパク質の発現を試みた。
それぞれに対応する組換えＨＡタンパク質発現プラスミドを、２９３Ｔ細胞へ導入した。モノクローナル抗体Ｅ２／３と、ポリクローナル抗体を用いて、細胞内で組換えＨＡタンパク質が発現されていることを確認した。さらにウエスタンブロット法によって、上清に組換えＨＡタンパク質が分泌されることを確認した。
大量に発現されたのは、ＨＡ１−２９０およびＨＡ１−２２０であった。それぞれ、上清中の分泌物をＮＴＡ−Ｎｉ２＋カラムで精製した。ＥＬＩＳＡ、ウエスタンブロットで目的とする組換えＨＡタンパク質が含まれるフラクションを確認してそれを分取した。分取物をＰＢＳで透析して、組換えＨＡタンパク質を得た。ＨＡ１−２９０およびＨＡ１−２２０のうち、ＨＡ１−２２０はモノクローナル抗体と反応しなくなったため、ＨＡ１−２９０を被検出物質認識分子として用いた。【０１０９】  抗ＨＡ抗体の準備
一方、抗ＨＡ抗体（Ｅ２／３）のハイブリドーマ培養上清原液を、５×１０−６，５×１０−７，５×１０−８，５×１０−９，５×１０−１０にそれぞれ希釈した希釈液を得た。【０１１０】  ＨＡ抗原の基板への固定
前述の、ＮｉＣｌ２で処理された基板の背面に、前述のようにして得た組換えヘマグルチニン（ＨＡ）タンパク質ＨＡ１−２９０を（１．９μｇ／ｍｌ；５０μｌ）添加して固定した。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた。【０１１１】  ＨＡ抗原を結合させた基板に、４０μｌのヒト血清を滴下して１時間放置した。基板洗浄後、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた。【０１１２】  作製されたセンサの概略図が図３５に示される。図３５には、図１０に示されたカーボンナノチューブＦＥＴの、バックゲート電極５１２側の基板のシリコンオキサイド膜１０６にＨＡ抗原４７２を固定し、バックゲート電極５１２とシリコンオキサイド膜１０６の間に試料溶液４９０を添加した状態のセンサが示される。【０１１３】  抗ＨＡ抗体との反応
ＨＡ１−２９０を固定された基板の背面に、前述の各希釈液（５０μｌ）を添加して、２５℃で１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた。【０１１４】  得られたＩ−Ｖ特性曲線を図３６に示す。
図３６に示されたように、ソース・ドレイン電圧の約−１Ｖ〜−２Ｖの領域において、抗ＨＡ抗体の濃度によって、ソース・ドレイン電流が顕著に異なることがわかる。つまり、抗体原液の希釈率が５×１０−９、５×１０−８、５×１０−７となるにしたがって、ソース・ドレイン電流の絶対値が上昇している。したがって、このソース・ドレイン電流の変化に基づいて、抗ＨＡ抗体を検出することができる。一方、希釈率が５×１０−６の場合に、５×１０−７の場合と比べて電流の絶対値が減少している。これは過剰に高い濃度の試料が添加されたため、配向性がなくかつ誘電率を有する分子膜が基板表面に形成された結果、電流値が低下しているものと推察される。また、希釈率が５×１０−１０の場合と、５×１０−９の場合とで、Ｉ−Ｖ特性曲線にほとんど変化はみられない。よって検出可能な濃度レンジは、希釈率１０−９〜１０−７程度であることがわかる。【０１１５】  本願は、２００５年３月２８日出願の特願２００５−０９２３９１および２００５年８月２４日出願の特願２００５−２４３３０５に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容はすべて、本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】  本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、分散固定化法によりそのチャネルが形成されうるので、従来のカーボンナノチューブＦＥＴと比較して、容易に製造されることができ、かつその製造コストが顕著に低減されうる。
もちろん、本発明のカーボンナノチューブＦＥＴは、従来のカーボンナノチューブＦＥＴと同レベル以上の性能を有し、たとえばバイオセンサとして用いれば、高感度の検出が可能となる。
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月26日(2007.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに離されて形成されたソース電極およびドレイン電極、ならびに前記ソース電極とドレイン電極とを接続するカーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタであって、
前記カーボンナノチューブを前記基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質を、前記基板の前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位に、または前記ソース電極とドレイン電極にさらに有する電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ親和性物質は芳香環を有する分子である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記芳香環を有する分子はピレン派生物である、請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記基板は絶縁基板である、請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記絶縁基板はガラス基板である、請求項４に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
互いに離された前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位を、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾した基板を用意するステップ；
前記基板の前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位に、前記ソース電極の形成予定部位と前記ドレイン電極の形成予定部位とを架橋しうる長さのカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および
前記基板の前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ソース電極とドレイン電極が互いに離されて形成された基板を用意するステップ；
前記基板のソース電極とドレイン電極を、カーボンナノチューブ親和性物質で修飾する電極修飾ステップ；および
前記電極上に、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを架橋しうる長さのカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質との相互作用により基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを架橋しうる長さのカーボンナノチューブをカーボンナノチューブ親和性物質で修飾するステップ；
前記ソース電極とドレイン電極が互いに離されて形成された基板を用意するステップ；および
前記基板の電極上に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記基板の前記ソース電極の形成予定部位と前記ドレイン電極の形成予定部位とを架橋しうる長さのカーボンナノチューブをカーボンナノチューブ親和性物質で修飾するステップ；
前記基板の互いに離された前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位に、前記修飾されたカーボンナノチューブを提供するカーボンナノチューブ提供ステップ；および
前記基板の前記ソース電極とドレイン電極の形成予定部位に、それぞれソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成ステップを含み、
前記カーボンナノチューブ提供ステップにおいて、前記カーボンナノチューブの少なくとも一部は、前記カーボンナノチューブ親和性物質を介して基板に固定される、請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ提供ステップの後、前記基板上に形成されたソース電極とドレイン電極上に、それぞれソース電極とドレイン電極をさらに形成する第二の電極形成ステップを含む、請求項７または８に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブ提供ステップの後、基板上のカーボンナノチューブを気相成長させるカーボンナノチューブ成長ステップを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
前記提供されるカーボンナノチューブは、酸処理されたカーボンナノチューブである、請求項６〜９のいずれか一項に記載のトランジスタの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
［技術分野］
［０００１］
本発明は、電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。より具体的には、カーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタの製造方法に関する。
［背景技術］
［０００２］
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、通常は、ソース電極とドレイン電極、および両電極間を接続するチャネル、ならびにゲート電極を有する３電極型のトランジスタであり、ゲート電極に電圧をかけて、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。前記チャネルがカーボンナノチューブであるものは、カーボンナノチューブＦＥＴと称される。
［０００３］
カーボンナノチューブＦＥＴの製造方法は、炭化水素ガスの存在下において、カーボンナノチューブを気相成長させることによって、基板上のソース電極とドレイン電極を架橋するチャネルを形成させる方法である（特許文献１参照）。
［０００４］
カーボンナノチューブＦＥＴを用いたバイオセンサが開発されている。つまり、当該バイオセンサに用いられるカーボンナノチューブＦＥＴには認識分子が結合されており、その認識分子と被検出物質の反応によって、ソース電極とドレイン電極間の電流の変化が引き起こされる。当該バイオセンサは、この変化に基づいて被検出物質を検出する（特許文献２参照）。
［０００５］
一方、カーボンナノ物質を基板上にパターニングする技術として、芳香族多環分子を固定された基板に、カーボンナノ物質を固定する技術が知られている（特許文献３参照）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［特許文献１］
特開２００４−３４７５３２号公報
［特許文献２］
特開２００５−７９３４２号公報
［特許文献３］
特開２００５−３４９７０号公報
［発明の開示］
［発明が解決しようとする課題］
［０００６］
しかしながら、カーボンナノチューブを気相成長させてチャネルを作製するには、その成長を制御して、的確にソース電極とドレイン電極間にチャネルを形成させる必要があるが、当該制御は一般的に困難である。
［０００７］
したがって本発明の課題は、カーボンナノチューブからなるチャネルの作製の歩留まりを向上させる技術を提供し、カーボンナノチューブＦＥＴの性能を低下させることなく、それを効率よく製造する方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］
［０００８］
本発明者は、カーボンナノチューブからなるチャネルを、カーボンナノチューブとの親和性を有する物質を用いて作製することにより、カーボンナノチューブＦＥＴの製造の歩留まりを向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明の第一は、以下に示すカーボンナノチューブ電界効果トランジスタに関する。［１］  基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極、ならびに前記ソース電極とドレイン電極とを接続するカーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタであって、前記カーボンナノチューブを基板に固定するカーボンナノチューブ親和性物質を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ。
［０００９］
さらに本発明は、以下に示すカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの製造方
【国際調査報告】
2006103872.tif 000038
2006103872.tif 000039
2006103872.tif 000040
2006103872.tif 000041