JP2002076324A - トランジスタ - Google Patents
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 半導体素子にカーボンナノチューブを用いる
ことで、高速動作が可能で、室温で動作するナノメータ
ーサイズのトランジスタを提供すること。 【解決手段】 半導体特性を有するカーボンナノチュー
ブリング１６，１７を半導体材料として、あるいは、導
電性または半導体特性を有するカーボンナノチューブリ
ング１８，１９を電極材として、用いることを特徴とす
るトランジスタである。
ことで、高速動作が可能で、室温で動作するナノメータ
ーサイズのトランジスタを提供すること。 【解決手段】 半導体特性を有するカーボンナノチュー
ブリング１６，１７を半導体材料として、あるいは、導
電性または半導体特性を有するカーボンナノチューブリ
ング１８，１９を電極材として、用いることを特徴とす
るトランジスタである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子素子に適用で
きるトランジスタに関し、詳しくは、室温で動作するナ
ノメーターサイズのトランジスタに関する。
きるトランジスタに関し、詳しくは、室温で動作するナ
ノメーターサイズのトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、フラーレンやカーボンナノチュー
ブが発見されるに至って、それまで知られていたグラフ
ァイト、アモルファスカーボン、ダイヤモンドとは異な
る新しい炭素物質として、注目されるようになった。そ
の理由は、フラーレンやカーボンナノチューブが、それ
までの炭素物質とは異なる特異な電子物性を示すためで
ある。
ブが発見されるに至って、それまで知られていたグラフ
ァイト、アモルファスカーボン、ダイヤモンドとは異な
る新しい炭素物質として、注目されるようになった。そ
の理由は、フラーレンやカーボンナノチューブが、それ
までの炭素物質とは異なる特異な電子物性を示すためで
ある。
【０００３】例えば、Ｃ60やＣ70に代表されるフラーレ
ンは、多数の炭素原子が球状の籠型に配置して一つの分
子を構成し、ベンゼン等の有機溶媒にも溶ける。フラー
レンは、Ｃ60やＣ70以外にも多数の種類を有し、超伝導
体や半導体としての性質を示す。また、フラーレンは、
光官能効果が高く、電子写真感光材料としての応用も考
えられている。さらに、フラーレンには、内部に異種の
元素を閉じ込めたり、外部に多種の化学官能基を付与さ
せることで、機能性材料として有効な物性を発現させる
こともできる。
ンは、多数の炭素原子が球状の籠型に配置して一つの分
子を構成し、ベンゼン等の有機溶媒にも溶ける。フラー
レンは、Ｃ60やＣ70以外にも多数の種類を有し、超伝導
体や半導体としての性質を示す。また、フラーレンは、
光官能効果が高く、電子写真感光材料としての応用も考
えられている。さらに、フラーレンには、内部に異種の
元素を閉じ込めたり、外部に多種の化学官能基を付与さ
せることで、機能性材料として有効な物性を発現させる
こともできる。
【０００４】カーボンナノチューブは、フラーレンと同
様、炭素のみを構成元素とした新しい材料であるが、電
子放出源、半導体材料、水素貯蔵材料等の機能が発見さ
れている。特に、わずかに原子配列の仕方（カイラリテ
ィ）が変化することで、半導体にも、導体にもなりうる
ことから、ナノメーターサイズのスイッチング素子とし
て電子工業の各分野における活用が期待されている。
様、炭素のみを構成元素とした新しい材料であるが、電
子放出源、半導体材料、水素貯蔵材料等の機能が発見さ
れている。特に、わずかに原子配列の仕方（カイラリテ
ィ）が変化することで、半導体にも、導体にもなりうる
ことから、ナノメーターサイズのスイッチング素子とし
て電子工業の各分野における活用が期待されている。
【０００５】一方、電子素子の主力であるシリコンデバ
イスは、高度な微細加工技術の進展で、電界効果トラン
ジスター（ＦＥＴ）のゲート電極幅も約０．１μｍにま
で小型化され、集積度の向上から、動作速度が１Ｇｂｉ
ｔ程度のメモリーも試作されている。シリコンデバイス
の最も有利な点は、酸化シリコンを絶縁体として用いた
場合、シリコンと酸化シリコンとの間の界面準位が著し
く低く、酸化ＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタ
ーを容易に構成できる点にある。占有面積が小さく、消
費電力の低い当該ＭＯＳトランジスターを論理回路に用
いることで、素子の高集積化が可能になった。また、材
料であるシリコンは、ハロゲンプロセスにより、極めて
高純度なものが得られ、結晶成長法もチョコラルスキー
法により、口径３０ｃｍ以上の半導体ウエハーが生産で
きるため、素子の生産性も極めて高い。
イスは、高度な微細加工技術の進展で、電界効果トラン
ジスター（ＦＥＴ）のゲート電極幅も約０．１μｍにま
で小型化され、集積度の向上から、動作速度が１Ｇｂｉ
ｔ程度のメモリーも試作されている。シリコンデバイス
の最も有利な点は、酸化シリコンを絶縁体として用いた
場合、シリコンと酸化シリコンとの間の界面準位が著し
く低く、酸化ＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタ
ーを容易に構成できる点にある。占有面積が小さく、消
費電力の低い当該ＭＯＳトランジスターを論理回路に用
いることで、素子の高集積化が可能になった。また、材
料であるシリコンは、ハロゲンプロセスにより、極めて
高純度なものが得られ、結晶成長法もチョコラルスキー
法により、口径３０ｃｍ以上の半導体ウエハーが生産で
きるため、素子の生産性も極めて高い。
【０００６】ただし、シリコンはキャリア移動度が低
く、スイッチング速度に限界がある。その点を解決した
のが、ＧａＡｓ電界効果トランジスタ（ＧａＡｓ−ＦＥ
Ｔ）やＧｅＳｉバイポーラトランジスタである。ＧａＡ
ｓのキャリア移動度はシリコンより高く、ＧａＡｓ−Ｆ
ＥＴはＳｉトランジスタよりはるかに高い動作速度を有
している。また、ＧｅＳｉバイポーラトランジスタは、
動作速度がＧａＡｓ−ＦＥＴと同等ながら、デバイス単
価が安いので、携帯端末等に多用化されつつある。
く、スイッチング速度に限界がある。その点を解決した
のが、ＧａＡｓ電界効果トランジスタ（ＧａＡｓ−ＦＥ
Ｔ）やＧｅＳｉバイポーラトランジスタである。ＧａＡ
ｓのキャリア移動度はシリコンより高く、ＧａＡｓ−Ｆ
ＥＴはＳｉトランジスタよりはるかに高い動作速度を有
している。また、ＧｅＳｉバイポーラトランジスタは、
動作速度がＧａＡｓ−ＦＥＴと同等ながら、デバイス単
価が安いので、携帯端末等に多用化されつつある。
【０００７】さらに、数１０ＧＨｚのスイッチング速度
を実現するために考案されたのが、電子やホールを二次
元に閉じ込めた二次元電子ガスによるＨＥＭＴ（高移動
度トランジスタ）である。現在、これらのデバイスは、
移動体通信を含め、数ＧＨｚ以上の高周波通信には、欠
くことのできない電子デバイスとなっている。
を実現するために考案されたのが、電子やホールを二次
元に閉じ込めた二次元電子ガスによるＨＥＭＴ（高移動
度トランジスタ）である。現在、これらのデバイスは、
移動体通信を含め、数ＧＨｚ以上の高周波通信には、欠
くことのできない電子デバイスとなっている。
【０００８】現在、さらなる動作速度を期待されている
のが、量子細線や量子ドットのような低次元構造構造を
もつ電子デバイスである。電子やホールを１次元（線）
もしくは０次元（ドット）に閉じ込めることで、超高速
動作が可能になると考えられている。こうした半導体素
子の低次元構造は、デバイスサイズの限界を打破するだ
けではなく、スイッチングデバイスの超高速動作を実現
する上で重要な技術と期待されている。
のが、量子細線や量子ドットのような低次元構造構造を
もつ電子デバイスである。電子やホールを１次元（線）
もしくは０次元（ドット）に閉じ込めることで、超高速
動作が可能になると考えられている。こうした半導体素
子の低次元構造は、デバイスサイズの限界を打破するだ
けではなく、スイッチングデバイスの超高速動作を実現
する上で重要な技術と期待されている。
【０００９】特に、カーボンナノチューブは、直径が数
ｎｍなので、その電気伝導機構は一次元に等しく、低次
元電導物質として注目されている。そして、単一壁カー
ボンナノチューブは、半導体特性を示すものもあるの
で、カーボンナノチューブによるナノメーターサイズの
トランジスタを構成できる潜在能力を持っている。現
在、常温でカーボンナノチューブの整流特性が確認され
ており、さらに、室温での一次元量子状態（ラッティン
ジャー液体状態）も実験的に示唆されている。したがっ
て、常温におけるバリスティック伝導機構を応用するこ
とで、数ＴＨｚの動作速度をもつカーボンナノチューブ
のスイッチングデバイスが実現可能であると考えられて
いる。
ｎｍなので、その電気伝導機構は一次元に等しく、低次
元電導物質として注目されている。そして、単一壁カー
ボンナノチューブは、半導体特性を示すものもあるの
で、カーボンナノチューブによるナノメーターサイズの
トランジスタを構成できる潜在能力を持っている。現
在、常温でカーボンナノチューブの整流特性が確認され
ており、さらに、室温での一次元量子状態（ラッティン
ジャー液体状態）も実験的に示唆されている。したがっ
て、常温におけるバリスティック伝導機構を応用するこ
とで、数ＴＨｚの動作速度をもつカーボンナノチューブ
のスイッチングデバイスが実現可能であると考えられて
いる。
【００１０】また、シリコンデバイスの加工プロセス
は、これ以上の微細化を行うにあたって多く問題を抱え
ており、技術的限界に近づいている。特に、露光技術に
おいて、光学限界である線幅０．１μｍ以下の技術は、
Ｆ2レーザー露光法や電子線ビーム露光法等が提案され
ているものの、酸化膜形成等の課題が多い。現在、０．
１μｍ以下のサイズで動作するデバイスを実現する技術
は様々なものが考案され、開発されているものの、製造
技術として課題が多い。
は、これ以上の微細化を行うにあたって多く問題を抱え
ており、技術的限界に近づいている。特に、露光技術に
おいて、光学限界である線幅０．１μｍ以下の技術は、
Ｆ2レーザー露光法や電子線ビーム露光法等が提案され
ているものの、酸化膜形成等の課題が多い。現在、０．
１μｍ以下のサイズで動作するデバイスを実現する技術
は様々なものが考案され、開発されているものの、製造
技術として課題が多い。
【００１１】したがって、カーボンナノチューブによる
電子デバイスの製造技術が提供されれば、高速動作のみ
ならず、現在、限界に近づいているシリコンデバイスの
加工プロセスに代替可能なデバイスを提案できると期待
されている。
電子デバイスの製造技術が提供されれば、高速動作のみ
ならず、現在、限界に近づいているシリコンデバイスの
加工プロセスに代替可能なデバイスを提案できると期待
されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーク
放電法、レーザーアブレーション法等で得られたカーボ
ンナノチューブは、太さはほぼ一定でも、その長さが様
々で、数１０ｎｍから数ｍｍの広範囲に渡り、しかも、
その長さの制御が困難で、素子を構成する際に必要なサ
イズのカーボンナノチューブを得る技術は、現在までの
ところない。従来の技術では、偶発的に得られたサイズ
のカーボンナノチューブを用いているに過ぎず、カーボ
ンナノチューブを実験室的に利用することができても、
工業的に電子デバイス材料として利用することは困難で
あった。
放電法、レーザーアブレーション法等で得られたカーボ
ンナノチューブは、太さはほぼ一定でも、その長さが様
々で、数１０ｎｍから数ｍｍの広範囲に渡り、しかも、
その長さの制御が困難で、素子を構成する際に必要なサ
イズのカーボンナノチューブを得る技術は、現在までの
ところない。従来の技術では、偶発的に得られたサイズ
のカーボンナノチューブを用いているに過ぎず、カーボ
ンナノチューブを実験室的に利用することができても、
工業的に電子デバイス材料として利用することは困難で
あった。
【００１３】また、カーボンナノチューブと金属製の電
極を接続する場合、接触抵抗が高く、高速の動作には不
利であった。
極を接続する場合、接触抵抗が高く、高速の動作には不
利であった。
【００１４】そこで、本発明の目的は、半導体素子にカ
ーボンナノチューブを用いることで、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
を提供することにある。
ーボンナノチューブを用いることで、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】単一壁カーボンナノチュ
ーブを超音波で処理すると、微小なリング、すなわち本
発明に言うカーボンナノチューブリングを形成すること
が知られている。本発明では、このカーボンナノチュー
ブリングを用いて電子デバイスとしてのトランジスタを
構成することを特徴とするものである。
ーブを超音波で処理すると、微小なリング、すなわち本
発明に言うカーボンナノチューブリングを形成すること
が知られている。本発明では、このカーボンナノチュー
ブリングを用いて電子デバイスとしてのトランジスタを
構成することを特徴とするものである。
【００１６】上記目的は、以下の本発明により達成され
る。すなわち本発明は、 ＜１＞ 半導体特性を有するカーボンナノチューブリン
グを半導体材料として用いることを特徴とするトランジ
スタである。 ＜２＞ 前記カーボンナノチューブリングに２つの電極
を接続し、該カーボンナノチューブリングの近傍かつ離
間された位置に制御電極を設けてなることを特徴とする
＜１＞に記載のトランジスタである。
る。すなわち本発明は、 ＜１＞ 半導体特性を有するカーボンナノチューブリン
グを半導体材料として用いることを特徴とするトランジ
スタである。 ＜２＞ 前記カーボンナノチューブリングに２つの電極
を接続し、該カーボンナノチューブリングの近傍かつ離
間された位置に制御電極を設けてなることを特徴とする
＜１＞に記載のトランジスタである。
【００１７】＜３＞ 前記カーボンナノチューブリング
に接続される２つの電極の電極材料として、導電性を有
するカーボンナノチューブを用いること特徴とする＜２
＞に記載のトランジスタである。 ＜４＞ 前記導電性を有するカーボンナノチューブの直
径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする＜
３＞に記載のトランジスタである。
に接続される２つの電極の電極材料として、導電性を有
するカーボンナノチューブを用いること特徴とする＜２
＞に記載のトランジスタである。 ＜４＞ 前記導電性を有するカーボンナノチューブの直
径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする＜
３＞に記載のトランジスタである。
【００１８】＜５＞ ＜２＞〜＜４＞のいずれか１に記
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性薄膜表面に、リング面が当接するよう
に載置され、前記制御電極が、前記絶縁性薄膜の前記カ
ーボンナノチューブリングが載置された面の背面側に設
けられてなる、ことを特徴とするトランジスタである。
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性薄膜表面に、リング面が当接するよう
に載置され、前記制御電極が、前記絶縁性薄膜の前記カ
ーボンナノチューブリングが載置された面の背面側に設
けられてなる、ことを特徴とするトランジスタである。
【００１９】＜６＞ ＜２＞〜＜４＞のいずれか１に記
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性基板表面に、リング面が当接するよう
に載置され、前記制御電極が、前記絶縁性基板表面の前
記カーボンナノチューブリングの近傍かつ離間された位
置に設けられてなる、ことを特徴とするトランジスタで
ある。
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性基板表面に、リング面が当接するよう
に載置され、前記制御電極が、前記絶縁性基板表面の前
記カーボンナノチューブリングの近傍かつ離間された位
置に設けられてなる、ことを特徴とするトランジスタで
ある。
【００２０】＜７＞ ＜２＞〜＜４＞のいずれか１に記
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性基板表面に、リング面が当接するよう
に載置され、制御電極が、前記絶縁性基板表面に載置さ
れた前記カーボンナノチューブリングのさらに上部に設
けられてなる、ことを特徴とするトランジスタである。
載のトランジスタであって、前記カーボンナノチューブ
リングが、絶縁性基板表面に、リング面が当接するよう
に載置され、制御電極が、前記絶縁性基板表面に載置さ
れた前記カーボンナノチューブリングのさらに上部に設
けられてなる、ことを特徴とするトランジスタである。
【００２１】＜８＞ 導電性または半導体特性を有する
カーボンナノチューブリングを電極材として用いること
を特徴とするトランジスタである。 ＜９＞ ＜８＞に記載のトランジスタであって、前記カ
ーボンナノチューブリングが、半導体基板表面に、リン
グ面が当接するように載置され、制御電極を構成し、前
記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブリング
の開口部から表出する部位に、１の電極を設け、さら
に、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブ
リングの近傍かつ離間された位置に他の電極を設けてな
る、ことを特徴とするトランジスタである。
カーボンナノチューブリングを電極材として用いること
を特徴とするトランジスタである。 ＜９＞ ＜８＞に記載のトランジスタであって、前記カ
ーボンナノチューブリングが、半導体基板表面に、リン
グ面が当接するように載置され、制御電極を構成し、前
記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブリング
の開口部から表出する部位に、１の電極を設け、さら
に、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブ
リングの近傍かつ離間された位置に他の電極を設けてな
る、ことを特徴とするトランジスタである。
【００２２】＜１０＞ 制御電極としてのカーボンナノ
チューブリングに、接続配線を介して端子を設けてなる
＜９＞に記載のトランジスタであって、前記接続配線と
して、導電性のカーボンナノチューブを用いること特徴
とするトランジスタである。 ＜１１＞ 前記導電性を有するカーボンナノチューブの
直径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする
＜１０＞に記載のトランジスタである。 ＜１２＞ 前記半導体基板表面に設けられる、前記１の
電極および／または他の電極と、前記半導体基板表面
と、の接合抵抗が、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下であるこ
とを特徴とする＜９＞〜＜１１＞のいずれか１に記載の
トランジスタである。
チューブリングに、接続配線を介して端子を設けてなる
＜９＞に記載のトランジスタであって、前記接続配線と
して、導電性のカーボンナノチューブを用いること特徴
とするトランジスタである。 ＜１１＞ 前記導電性を有するカーボンナノチューブの
直径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする
＜１０＞に記載のトランジスタである。 ＜１２＞ 前記半導体基板表面に設けられる、前記１の
電極および／または他の電極と、前記半導体基板表面
と、の接合抵抗が、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下であるこ
とを特徴とする＜９＞〜＜１１＞のいずれか１に記載の
トランジスタである。
【００２３】＜１３＞ ＜９＞〜＜１２＞のいずれか１
に記載のトランジスタであって、半導体基板がシリコン
基板であり、該シリコン基板の表面のダングリングボン
ドが水素末端処理されていることを特徴とするトランジ
スタである。 ＜１４＞ 前記半導体特性もしくは導電性を有するカー
ボンナノチューブリングが、単一壁のカーボンナノチュ
ーブリング、もしくはその集合体であることを特徴とす
る＜１＞〜＜１３＞のいずれか１に記載のトランジスタ
である。
に記載のトランジスタであって、半導体基板がシリコン
基板であり、該シリコン基板の表面のダングリングボン
ドが水素末端処理されていることを特徴とするトランジ
スタである。 ＜１４＞ 前記半導体特性もしくは導電性を有するカー
ボンナノチューブリングが、単一壁のカーボンナノチュ
ーブリング、もしくはその集合体であることを特徴とす
る＜１＞〜＜１３＞のいずれか１に記載のトランジスタ
である。
【００２４】＜１５＞ 前記半導体特性もしくは導電性
を有するカーボンナノチューブリングのリング外径が、
１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする＜１
＞〜＜１４＞のいずれか１に記載のトランジスタであ
る。 ＜１６＞ 前記半導体特性もしくは導電性を有するカー
ボンナノチューブリングのチューブ部位の太さが、１ｎ
ｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする＜１＞〜＜１
５＞のいずれか１に記載のトランジスタである。
を有するカーボンナノチューブリングのリング外径が、
１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする＜１
＞〜＜１４＞のいずれか１に記載のトランジスタであ
る。 ＜１６＞ 前記半導体特性もしくは導電性を有するカー
ボンナノチューブリングのチューブ部位の太さが、１ｎ
ｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする＜１＞〜＜１
５＞のいずれか１に記載のトランジスタである。
【００２５】本発明では、カーボンナノチューブがリン
グ状に形成されたカーボンナノチューブリングを用いる
ことで、安定した品質のトランジスタを形成することに
成功している。これは、カーボンナノチューブからカー
ボンナノチューブリングを作製した際、得られるカーボ
ンナノチューブリングの大きさ（リング外径）のばらつ
きが少なく、さらに得られたカーボンナノチューブリン
グを大きさごとに分別することが可能であり、安定した
大きさのカーボンナノチューブリングを半導体材料ある
いは電極材として用いることができるためである。
グ状に形成されたカーボンナノチューブリングを用いる
ことで、安定した品質のトランジスタを形成することに
成功している。これは、カーボンナノチューブからカー
ボンナノチューブリングを作製した際、得られるカーボ
ンナノチューブリングの大きさ（リング外径）のばらつ
きが少なく、さらに得られたカーボンナノチューブリン
グを大きさごとに分別することが可能であり、安定した
大きさのカーボンナノチューブリングを半導体材料ある
いは電極材として用いることができるためである。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明のトランジスタとしては、
半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを半導
体材料として用いること特徴とするものと、導電性また
は半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを電
極材として用いること特徴とするものとの２つの形態が
ある。
半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを半導
体材料として用いること特徴とするものと、導電性また
は半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを電
極材として用いること特徴とするものとの２つの形態が
ある。
【００２７】前者は、例えば制御電極（ゲート電極）と
してのｎ型半導体基板等の基板と、ｐ型の半導体特性を
有するカーボンナノチューブリングと、がリング面が当
接するように電気的に絶縁された状態で配置され、前記
カーボンナノチューブリングに２つの電極を接続し、当
該電極をソース電極およびドレイン電極とすることで、
ソース電極とドレイン電極に流れる電流、もしくはソー
ス電極とドレイン電極に印加される電圧をゲート電極電
位で変化させて制御し、能動的電子素子として機能す
る。なお、制御電極（ゲート電極）は、ｎ型半導体基板
等の基板に限らず、前記カーボンナノチューブリングの
近傍かつ離間された位置に配されたものであれば、本発
明において問題ない。また、基板としてｎ型半導体基板
を用いる場合、具体的な材料としては、単結晶シリコ
ン、ガリウム砒素、インジウム燐、窒化ガリウム、ダイ
ヤモンド等が挙げられる。
してのｎ型半導体基板等の基板と、ｐ型の半導体特性を
有するカーボンナノチューブリングと、がリング面が当
接するように電気的に絶縁された状態で配置され、前記
カーボンナノチューブリングに２つの電極を接続し、当
該電極をソース電極およびドレイン電極とすることで、
ソース電極とドレイン電極に流れる電流、もしくはソー
ス電極とドレイン電極に印加される電圧をゲート電極電
位で変化させて制御し、能動的電子素子として機能す
る。なお、制御電極（ゲート電極）は、ｎ型半導体基板
等の基板に限らず、前記カーボンナノチューブリングの
近傍かつ離間された位置に配されたものであれば、本発
明において問題ない。また、基板としてｎ型半導体基板
を用いる場合、具体的な材料としては、単結晶シリコ
ン、ガリウム砒素、インジウム燐、窒化ガリウム、ダイ
ヤモンド等が挙げられる。
【００２８】後者は、例えばｎ型半導体基板と、導電性
またはｐ型半導体特性を有するカーボンナノチューブリ
ングと、がリング面が当接するようにショットキー接続
された状態で配置され制御電極（ゲート電極）として機
能し、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチュー
ブリングの開口部から表出する部位に、１の電極（ドレ
イン電極またはソース電極）がオーム性接続され、さら
に、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブ
リングの近傍かつ離間された位置に他の電極（ドレイン
電極またはソース電極であって、前記１の電極と異なる
もの）がオーム性接続されたものである。ゲート電極と
してのカーボンナノチューブリングは、該カーボンナノ
チューブリングの開口部内に配された１の電極と電気的
に独立であり、当該１の電極と、前記カーボンナノチュ
ーブリングの近傍かつ離間された位置に配された他の電
極との間に流れる電流、もしくは両電極間に印加される
電圧を、ゲート電極電位で変化させることで制御し、能
動的電子素子として機能する。
またはｐ型半導体特性を有するカーボンナノチューブリ
ングと、がリング面が当接するようにショットキー接続
された状態で配置され制御電極（ゲート電極）として機
能し、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチュー
ブリングの開口部から表出する部位に、１の電極（ドレ
イン電極またはソース電極）がオーム性接続され、さら
に、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブ
リングの近傍かつ離間された位置に他の電極（ドレイン
電極またはソース電極であって、前記１の電極と異なる
もの）がオーム性接続されたものである。ゲート電極と
してのカーボンナノチューブリングは、該カーボンナノ
チューブリングの開口部内に配された１の電極と電気的
に独立であり、当該１の電極と、前記カーボンナノチュ
ーブリングの近傍かつ離間された位置に配された他の電
極との間に流れる電流、もしくは両電極間に印加される
電圧を、ゲート電極電位で変化させることで制御し、能
動的電子素子として機能する。
【００２９】一般的にカーボンナノチューブの基本構造
は、炭素の６員環より構成され、通常のグラファイトが
閉じて中空の管になった構造をしている。カーボンナノ
チューブは、単一壁と多重壁の二種類に大別され、単一
壁カーボンナノチューブは、一般にその太さ（直径）が
１ｎｍから１０ｎｍである。一方、多重壁カーボンナノ
チューブはその太さ（直径）も様々で、数１００ｎｍに
達するものもある。前述のように、単一壁カーボンナノ
チューブは半導体特性と示すものと導電性を示すものの
二種類が存在し、半導体特性と有するものは、ｐ型であ
ると推定されている。後述の実施例１においては、半導
体特性を有する単一壁カーボンナノチューブがｐ型であ
ることが証明されている。
は、炭素の６員環より構成され、通常のグラファイトが
閉じて中空の管になった構造をしている。カーボンナノ
チューブは、単一壁と多重壁の二種類に大別され、単一
壁カーボンナノチューブは、一般にその太さ（直径）が
１ｎｍから１０ｎｍである。一方、多重壁カーボンナノ
チューブはその太さ（直径）も様々で、数１００ｎｍに
達するものもある。前述のように、単一壁カーボンナノ
チューブは半導体特性と示すものと導電性を示すものの
二種類が存在し、半導体特性と有するものは、ｐ型であ
ると推定されている。後述の実施例１においては、半導
体特性を有する単一壁カーボンナノチューブがｐ型であ
ることが証明されている。
【００３０】前記カーボンナノチューブは、原料である
単一壁カーボンナノチューブから以下のようにして製造
することができる。まず、原料である単一壁カーボンナ
ノチューブをアーク放電法もしくは化学気相法で作製す
る。その後、得られた単一壁カーボンナノチューブをメ
タノール中で超音波処理する。このとき、メタノール中
に適当な界面活性剤を数％の濃度で混ぜることで、分散
特性が向上する。次に、超音波中でカーボンナノチュー
ブは断裂するとともに、環状に変形し、カーボンナノチ
ューブリングが形成される。遠心分離法により、このカ
ーボンナノチューブリングを単離する。得られたカーボ
ンナノチューブリングは、それ自体単独で存在するか、
２ないし１０本程度のバンドル（束）より構成されてい
る（後者をカーボンナノチューブリングの「集合体」と
称する）。また、個々の単一壁カーボンナノチューブは
通常、半導体特性を示すならｐ型と推定されており、半
導体特性と導電性とを決定する要因は、カーボンナノチ
ューブのカイラル構造（ねじれ構造）の変化によるとい
う解釈と、カーボンナノチューブの欠陥に起因している
という解釈があるが、詳細は現時点でも不明である。
単一壁カーボンナノチューブから以下のようにして製造
することができる。まず、原料である単一壁カーボンナ
ノチューブをアーク放電法もしくは化学気相法で作製す
る。その後、得られた単一壁カーボンナノチューブをメ
タノール中で超音波処理する。このとき、メタノール中
に適当な界面活性剤を数％の濃度で混ぜることで、分散
特性が向上する。次に、超音波中でカーボンナノチュー
ブは断裂するとともに、環状に変形し、カーボンナノチ
ューブリングが形成される。遠心分離法により、このカ
ーボンナノチューブリングを単離する。得られたカーボ
ンナノチューブリングは、それ自体単独で存在するか、
２ないし１０本程度のバンドル（束）より構成されてい
る（後者をカーボンナノチューブリングの「集合体」と
称する）。また、個々の単一壁カーボンナノチューブは
通常、半導体特性を示すならｐ型と推定されており、半
導体特性と導電性とを決定する要因は、カーボンナノチ
ューブのカイラル構造（ねじれ構造）の変化によるとい
う解釈と、カーボンナノチューブの欠陥に起因している
という解釈があるが、詳細は現時点でも不明である。
【００３１】なお、カーボンナノチューブの製造方法に
ついては、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＰｈｙｓｉｃａｌ Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ（ｖｏｌｕｍｅ１０３，Ｎｕｍｂ
ｅｒ３６，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ９，１９９９，ｐ．７
５５１−７５５６，Ｒ．Ｍａｒｔｅｌ，Ｈ．Ｒ．Ｈｅｒ
ａ ａｎｄ Ｐ．Ａｖｏｕｒｉｓの文献において、ｐ．
７５５２、左１３行から右７行まで）等に詳細に記載さ
れており、本発明において、かかる方法をそのまま適用
することができる。本発明ではさらに、カーボンナノチ
ューブリングの大きさを分別するために、Ｒ．Ｍａｒｔ
ｅｌとは異なり、分散液として硫酸・過酸化水素水溶液
を用いず、界面活性剤メタノール溶液を用い、超音波処
理の時間と遠心分離条件とを最適化させることが望まし
い。処理条件によって、２０ｎｍから５０ｎｍの範囲
で、大きさが均等なカーボンナノチューブリングを得る
ことができる。
ついては、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＰｈｙｓｉｃａｌ Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ（ｖｏｌｕｍｅ１０３，Ｎｕｍｂ
ｅｒ３６，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ９，１９９９，ｐ．７
５５１−７５５６，Ｒ．Ｍａｒｔｅｌ，Ｈ．Ｒ．Ｈｅｒ
ａ ａｎｄ Ｐ．Ａｖｏｕｒｉｓの文献において、ｐ．
７５５２、左１３行から右７行まで）等に詳細に記載さ
れており、本発明において、かかる方法をそのまま適用
することができる。本発明ではさらに、カーボンナノチ
ューブリングの大きさを分別するために、Ｒ．Ｍａｒｔ
ｅｌとは異なり、分散液として硫酸・過酸化水素水溶液
を用いず、界面活性剤メタノール溶液を用い、超音波処
理の時間と遠心分離条件とを最適化させることが望まし
い。処理条件によって、２０ｎｍから５０ｎｍの範囲
で、大きさが均等なカーボンナノチューブリングを得る
ことができる。
【００３２】以下、本発明を、好ましい実施形態を挙げ
て詳細に説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は、本発明のトランジスタの第
１の実施形態を示す模式斜視図である。本実施形態は、
半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを半導
体材料として用いた例である。図１に示すように本実施
形態のトランジスタは、ゲート電極（制御電極）として
のｎ型シリコン基板１１の一方の表面に、数十ｎｍの厚
さの酸化シリコン膜（絶縁性薄膜）１２が、他の表面
に、Ａｕ等の金属電極によるゲート電極端子１５が、そ
れぞれ形成されており、酸化シリコン膜１２の表面に
は、カーボンナノチューブリング１７が、リング面が当
接するように（すなわち、図１に示すように、リングが
寝た状態で；以下同様）載置されている。カーボンナノ
チューブリング１７には、その両端に多重壁カーボンナ
ノチューブ１６，１６’が接続され、ソース電極および
ドレイン電極として機能する。このとき、多重壁カーボ
ンナノチューブ１６，１６’を形成する操作は、走査型
プローブ顕微鏡をマニュピレーターとして用いることが
望ましい。多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’
の、カーボンナノチューブリング１７に接続された側と
反対側のそれぞれの端部は、ソース電極端子１３および
ドレイン電極端子１４と接続されている。
て詳細に説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は、本発明のトランジスタの第
１の実施形態を示す模式斜視図である。本実施形態は、
半導体特性を有するカーボンナノチューブリングを半導
体材料として用いた例である。図１に示すように本実施
形態のトランジスタは、ゲート電極（制御電極）として
のｎ型シリコン基板１１の一方の表面に、数十ｎｍの厚
さの酸化シリコン膜（絶縁性薄膜）１２が、他の表面
に、Ａｕ等の金属電極によるゲート電極端子１５が、そ
れぞれ形成されており、酸化シリコン膜１２の表面に
は、カーボンナノチューブリング１７が、リング面が当
接するように（すなわち、図１に示すように、リングが
寝た状態で；以下同様）載置されている。カーボンナノ
チューブリング１７には、その両端に多重壁カーボンナ
ノチューブ１６，１６’が接続され、ソース電極および
ドレイン電極として機能する。このとき、多重壁カーボ
ンナノチューブ１６，１６’を形成する操作は、走査型
プローブ顕微鏡をマニュピレーターとして用いることが
望ましい。多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’
の、カーボンナノチューブリング１７に接続された側と
反対側のそれぞれの端部は、ソース電極端子１３および
ドレイン電極端子１４と接続されている。
【００３３】本実施形態のトランジスタでは、ソース電
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極端子１５の電位を変化させ
て制御することが可能になる。すなわち、高速動作が可
能で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジス
タとなる。
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極端子１５の電位を変化させ
て制御することが可能になる。すなわち、高速動作が可
能で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジス
タとなる。
【００３４】カーボンナノチューブリング１７に接続さ
れる２つの電極の電極材料としては、通常の金属を用い
てもよいが、導電性を有するカーボンナノチューブ、特
に本実施形態のように多重壁カーボンナノチューブ１
６，１６’を用いることで、カーボンナノチューブリン
グ１７とのトンネル接合により、低接触抵抗の電極配線
を実現することができる。
れる２つの電極の電極材料としては、通常の金属を用い
てもよいが、導電性を有するカーボンナノチューブ、特
に本実施形態のように多重壁カーボンナノチューブ１
６，１６’を用いることで、カーボンナノチューブリン
グ１７とのトンネル接合により、低接触抵抗の電極配線
を実現することができる。
【００３５】このときのカーボンナノチューブリング１
７と多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’との接触
抵抗としては、０ｍΩ以上１ＭΩ以下であることが好ま
しく、高速動作に望ましい１Ω以上１００ｋΩ以下であ
ることがより好ましい。多重壁カーボンナノチューブ１
６，１６’の直径としては、１ｎｍ以上１μｍ以下であ
ることが好ましく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるこ
とがより好ましい。
７と多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’との接触
抵抗としては、０ｍΩ以上１ＭΩ以下であることが好ま
しく、高速動作に望ましい１Ω以上１００ｋΩ以下であ
ることがより好ましい。多重壁カーボンナノチューブ１
６，１６’の直径としては、１ｎｍ以上１μｍ以下であ
ることが好ましく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるこ
とがより好ましい。
【００３６】カーボンナノチューブリング１７として
は、単一壁のカーボンナノチューブリング、もしくはそ
の集合体であることが望ましく、そのリング外径として
は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、
１５ｎｍ以上１μｍ以下であることがより好ましく、２
０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがさらに好まし
い。
は、単一壁のカーボンナノチューブリング、もしくはそ
の集合体であることが望ましく、そのリング外径として
は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、
１５ｎｍ以上１μｍ以下であることがより好ましく、２
０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがさらに好まし
い。
【００３７】また、カーボンナノチューブリング１７と
しては、そのチューブ部位の太さ（カーボンナノチュー
ブ自体の直径）が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることが
好ましく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより
好ましい。
しては、そのチューブ部位の太さ（カーボンナノチュー
ブ自体の直径）が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることが
好ましく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより
好ましい。
【００３８】本実施形態において、ゲート電極（制御電
極）は、ｎ型シリコン基板１１を用いているが、導電性
あるいはｎ型の半導体特性を有する材料であれば、如何
なる材料をも用いることができる。すなわち、カーボン
ナノチューブリング１７の近傍かつ離間された位置にゲ
ート電極（制御電極）１５が配されるようにすれば、問
題ない。また、ｎ型の半導体特性を有する材料を用いる
場合、ｎ型シリコン基板１１の代わりに、ガリウム砒
素、インジウム燐、窒化ガリウム、ダイヤモンド等の基
板を用いることも可能である。
極）は、ｎ型シリコン基板１１を用いているが、導電性
あるいはｎ型の半導体特性を有する材料であれば、如何
なる材料をも用いることができる。すなわち、カーボン
ナノチューブリング１７の近傍かつ離間された位置にゲ
ート電極（制御電極）１５が配されるようにすれば、問
題ない。また、ｎ型の半導体特性を有する材料を用いる
場合、ｎ型シリコン基板１１の代わりに、ガリウム砒
素、インジウム燐、窒化ガリウム、ダイヤモンド等の基
板を用いることも可能である。
【００３９】カーボンナノチューブリング１７とゲート
電極（制御電極）との間に配される絶縁性薄膜として
は、本実施形態では酸化シリコン膜１２を用いている
が、勿論本発明においてはこれに限定されず、絶縁性を
有する膜であれば、如何なる材料をも採用することがで
きる。本実施形態のように、ｎ型シリコン基板１１を下
地基板として用いた場合には、その形成が容易である点
で、酸化シリコン膜とすることが望ましい。絶縁性薄膜
の厚みとしては、所望とするトランジスタの特性にもよ
るが、一般的には数十ｎｍであり、具体的には５〜２０
ｎｍとすることが望ましい。
電極（制御電極）との間に配される絶縁性薄膜として
は、本実施形態では酸化シリコン膜１２を用いている
が、勿論本発明においてはこれに限定されず、絶縁性を
有する膜であれば、如何なる材料をも採用することがで
きる。本実施形態のように、ｎ型シリコン基板１１を下
地基板として用いた場合には、その形成が容易である点
で、酸化シリコン膜とすることが望ましい。絶縁性薄膜
の厚みとしては、所望とするトランジスタの特性にもよ
るが、一般的には数十ｎｍであり、具体的には５〜２０
ｎｍとすることが望ましい。
【００４０】＜第２の実施形態＞図２は、本発明のトラ
ンジスタの第２の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、導電性または半導体特性を有するカーボン
ナノチューブリングを電極材として用いた例である。
ンジスタの第２の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、導電性または半導体特性を有するカーボン
ナノチューブリングを電極材として用いた例である。
【００４１】図２に示すように本実施形態のトランジス
タは、下地としてのｎ型半導体基板２１の一方の表面
に、ｎ+領域を示すｎ型不純物層２８が形成され、さら
にその上にｐ型半導体特性を有するカーボンナノチュー
ブリング２７が、リング面が当接するように載置され、
ゲート電極（制御電極）を構成する。カーボンナノチュ
ーブリング２７には、導電性を有する多重壁カーボンナ
ノチューブ２６の一端が接続され、他端は、Ａｕ等の金
属材料からなるゲート電極端子２５と接続されている。
また、ｎ型半導体基板２１表面の、カーボンナノチュー
ブリング２７の開口部から表出する部位に、多重壁カー
ボンナノチューブ２９の一端がオーム性接続され、ソー
ス電極（１の電極）２２を構成し、他端は、カーボンナ
ノチューブリング２７をまたいで、ソース電極端子２３
と接続されている（ソース電極端子２３とｎ型半導体基
板２１とは絶縁されている）。さらに、ｎ型半導体基板
２１の、カーボンナノチューブリング２７の近傍かつ離
間された位置にドレイン電極（他の電極）２４が、オー
ム性接続されている。
タは、下地としてのｎ型半導体基板２１の一方の表面
に、ｎ+領域を示すｎ型不純物層２８が形成され、さら
にその上にｐ型半導体特性を有するカーボンナノチュー
ブリング２７が、リング面が当接するように載置され、
ゲート電極（制御電極）を構成する。カーボンナノチュ
ーブリング２７には、導電性を有する多重壁カーボンナ
ノチューブ２６の一端が接続され、他端は、Ａｕ等の金
属材料からなるゲート電極端子２５と接続されている。
また、ｎ型半導体基板２１表面の、カーボンナノチュー
ブリング２７の開口部から表出する部位に、多重壁カー
ボンナノチューブ２９の一端がオーム性接続され、ソー
ス電極（１の電極）２２を構成し、他端は、カーボンナ
ノチューブリング２７をまたいで、ソース電極端子２３
と接続されている（ソース電極端子２３とｎ型半導体基
板２１とは絶縁されている）。さらに、ｎ型半導体基板
２１の、カーボンナノチューブリング２７の近傍かつ離
間された位置にドレイン電極（他の電極）２４が、オー
ム性接続されている。
【００４２】基板としては、カーボンナノチューブリン
グ２７としてｐ型半導体特性を有するものを用いている
ため、本実施形態ではｎ型半導体基板を用いるのが望ま
しい。基板として最も適しているのはシリコン基板であ
るが、その他のガリウム砒素、インジウム燐、窒化ガリ
ウム、ダイヤモンド等を使用することも可能である。シ
リコン基板を用いた場合、大気中で取り扱うには、シリ
コン基板表面を安定化させる必要がある。フッ化水素水
溶液でシリコン基板を処理すると、シリコン基板表面の
ダングリングボンド（相手をもたない結合）がＨ（水
素）と結合する。シリコン基板の自然酸化膜厚は約１ｎ
ｍ弱なので、例えばリング外径５０ｎｍ程度のカーボン
ナノチューブリングを用いるに際しては、こうした下地
基板の表面を安定化させることは効果的である。シリコ
ン基板表面をＨで安定化させることで、酸化物の影響を
低減させ、カーボンナノチューブリングと下地基板の安
定なショットキー接続を実現することが可能になる。
グ２７としてｐ型半導体特性を有するものを用いている
ため、本実施形態ではｎ型半導体基板を用いるのが望ま
しい。基板として最も適しているのはシリコン基板であ
るが、その他のガリウム砒素、インジウム燐、窒化ガリ
ウム、ダイヤモンド等を使用することも可能である。シ
リコン基板を用いた場合、大気中で取り扱うには、シリ
コン基板表面を安定化させる必要がある。フッ化水素水
溶液でシリコン基板を処理すると、シリコン基板表面の
ダングリングボンド（相手をもたない結合）がＨ（水
素）と結合する。シリコン基板の自然酸化膜厚は約１ｎ
ｍ弱なので、例えばリング外径５０ｎｍ程度のカーボン
ナノチューブリングを用いるに際しては、こうした下地
基板の表面を安定化させることは効果的である。シリコ
ン基板表面をＨで安定化させることで、酸化物の影響を
低減させ、カーボンナノチューブリングと下地基板の安
定なショットキー接続を実現することが可能になる。
【００４３】ｎ型半導体基板２１表面にＡｕ等の金属材
料からなるドレイン電極２４を形成するが、当該ドレイ
ン電極２４は、ｎ型半導体基板２１とオーム性接続させ
る必要がある。オーム性接続を可能にするには、ｎ型半
導体基板表面にｎ+領域を形成することが望ましい。ｎ+
領域を形成しｎ型不純物層２８を形成するには、通常、
イオン注入法で行うが、このときｎ型半導体基板２１表
面近傍に高濃度の不純物濃度を維持するために、注入イ
オン種としてはＡｓが望ましい。また、このイオン注入
量としては、カーボンナノチューブリング２７をゲート
電極として用いる本実施形態の場合においては、平均濃
度として、１０18ｃｍ-3以上のｎ型不純物濃度が望まれ
る。
料からなるドレイン電極２４を形成するが、当該ドレイ
ン電極２４は、ｎ型半導体基板２１とオーム性接続させ
る必要がある。オーム性接続を可能にするには、ｎ型半
導体基板表面にｎ+領域を形成することが望ましい。ｎ+
領域を形成しｎ型不純物層２８を形成するには、通常、
イオン注入法で行うが、このときｎ型半導体基板２１表
面近傍に高濃度の不純物濃度を維持するために、注入イ
オン種としてはＡｓが望ましい。また、このイオン注入
量としては、カーボンナノチューブリング２７をゲート
電極として用いる本実施形態の場合においては、平均濃
度として、１０18ｃｍ-3以上のｎ型不純物濃度が望まれ
る。
【００４４】不純物濃度を向上させるためには、メカノ
ケミカルポリッシング法（研磨剤グランゾックス）等の
公知の方法で、ｎ型不純物層２８が形成されたｎ型半導
体基板２１表面を研磨することが望ましい。このとき研
磨量としては、表面を１００ｎｍ〜２μｍ程度研磨する
ことが望ましく、２００〜５００ｎｍ程度研磨すること
がより望ましい。
ケミカルポリッシング法（研磨剤グランゾックス）等の
公知の方法で、ｎ型不純物層２８が形成されたｎ型半導
体基板２１表面を研磨することが望ましい。このとき研
磨量としては、表面を１００ｎｍ〜２μｍ程度研磨する
ことが望ましく、２００〜５００ｎｍ程度研磨すること
がより望ましい。
【００４５】ドレイン電極２４とｎ型半導体基板２１と
の接合抵抗としては、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下である
ことが望ましく、１Ω以上５０ｋΩ以下であることがよ
り望ましく、１００Ω以上１０Ω以下であることがさら
に望ましい。
の接合抵抗としては、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下である
ことが望ましく、１Ω以上５０ｋΩ以下であることがよ
り望ましく、１００Ω以上１０Ω以下であることがさら
に望ましい。
【００４６】ドレイン電極２４の近傍かつ離間された位
置に、電気的に独立したカーボンナノチューブリング２
７が固定され（載置され）、ゲート電極を構成するが、
カーボンナノチューブリング２７としては、本実施形態
のようにｐ型半導体特性を有するものとすることが望ま
しいが、導電性を有するものであってもよい。
置に、電気的に独立したカーボンナノチューブリング２
７が固定され（載置され）、ゲート電極を構成するが、
カーボンナノチューブリング２７としては、本実施形態
のようにｐ型半導体特性を有するものとすることが望ま
しいが、導電性を有するものであってもよい。
【００４７】カーボンナノチューブリング２７とドレイ
ン電極２４とは、近傍であって、かつ離間されることが
必須であるが、具体的な両者の間隙としては、１ｎｍ〜
５０μｍ程度であることが望ましく、５〜２００ｎｍ程
度であることがより望ましい。
ン電極２４とは、近傍であって、かつ離間されることが
必須であるが、具体的な両者の間隙としては、１ｎｍ〜
５０μｍ程度であることが望ましく、５〜２００ｎｍ程
度であることがより望ましい。
【００４８】ゲート電極である当該カーボンナノチュー
ブリング２７には、既述の如く多重壁カーボンナノチュ
ーブ２６の一端が接続され、他端はゲート電極端子２５
と接続されている。なお、本実施形態において、カーボ
ンナノチューブリング２７とゲート電極端子２５との間
の配線に導電性を有する多重壁カーボンナノチューブを
用いているが、金等の金属配線を用いてもよい。ただ
し、本実施形態のように多重壁カーボンナノチューブを
用いることで、カーボンナノチューブリング２７とのト
ンネル接合により、低接触抵抗の電極配線を実現するこ
とができる。
ブリング２７には、既述の如く多重壁カーボンナノチュ
ーブ２６の一端が接続され、他端はゲート電極端子２５
と接続されている。なお、本実施形態において、カーボ
ンナノチューブリング２７とゲート電極端子２５との間
の配線に導電性を有する多重壁カーボンナノチューブを
用いているが、金等の金属配線を用いてもよい。ただ
し、本実施形態のように多重壁カーボンナノチューブを
用いることで、カーボンナノチューブリング２７とのト
ンネル接合により、低接触抵抗の電極配線を実現するこ
とができる。
【００４９】既述の如く、多重壁カーボンナノチューブ
２９の一端が、ｎ型半導体基板２１表面の、カーボンナ
ノチューブリング２７の開口部から表出する部位にオー
ム性接続され、ソース電極２２を構成し、他端は、ソー
ス電極端子２３と接続されている。なお、本実施形態に
おいて、ソース電極２２とソース電極端子２３との配線
（接続配線）に導電性を有する多重壁カーボンナノチュ
ーブを用いているが、金等の金属配線を用いてもよい。
２９の一端が、ｎ型半導体基板２１表面の、カーボンナ
ノチューブリング２７の開口部から表出する部位にオー
ム性接続され、ソース電極２２を構成し、他端は、ソー
ス電極端子２３と接続されている。なお、本実施形態に
おいて、ソース電極２２とソース電極端子２３との配線
（接続配線）に導電性を有する多重壁カーボンナノチュ
ーブを用いているが、金等の金属配線を用いてもよい。
【００５０】また、ソース電極２２とｎ型半導体基板２
１との接合抵抗としては、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下で
あることが望ましく、１Ω以上５０ｋΩ以下であること
がより望ましく、１００Ω以上１０Ω以下であることが
さらに望ましい。
１との接合抵抗としては、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下で
あることが望ましく、１Ω以上５０ｋΩ以下であること
がより望ましく、１００Ω以上１０Ω以下であることが
さらに望ましい。
【００５１】本実施形態のトランジスタでは、ソース電
極端子２３とドレイン電極２４との間に流れる電流もし
くは電圧を、ゲート電極であるカーボンナノチューブリ
ング２７にかける電位を変化させることで、制御するこ
とが可能になる。すなわち、高速動作が可能で、室温で
動作するナノメーターサイズのトランジスタとなる。
極端子２３とドレイン電極２４との間に流れる電流もし
くは電圧を、ゲート電極であるカーボンナノチューブリ
ング２７にかける電位を変化させることで、制御するこ
とが可能になる。すなわち、高速動作が可能で、室温で
動作するナノメーターサイズのトランジスタとなる。
【００５２】本実施形態において用いるカーボンナノチ
ューブリング２７および多重壁カーボンナノチューブ２
６，２９の好ましい態様（大きさ、両者が接続される場
合の接触抵抗等）は、第１の実施形態で説明したカーボ
ンナノチューブリング１７および多重壁カーボンナノチ
ューブ１６，１６’と同様であるため、その詳細な説明
は省略する。
ューブリング２７および多重壁カーボンナノチューブ２
６，２９の好ましい態様（大きさ、両者が接続される場
合の接触抵抗等）は、第１の実施形態で説明したカーボ
ンナノチューブリング１７および多重壁カーボンナノチ
ューブ１６，１６’と同様であるため、その詳細な説明
は省略する。
【００５３】なお、本実施形態のトランジスタの態様
で、下地基板として、シリコンと酸化シリコンより構成
されるＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎ ｉ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることは、さらに望まし
い。このとき、ケミカルメカノポリッシング法とエッチ
ングを併用させることで、表面の半導体層の厚さを約５
０ｎｍにまで加工することが好ましい。さらに、酸化シ
リコン基板表面に化学気層法等で多結晶シリコン層を形
成させ、ｎ型不純物を導入した基板を用いることも可能
である。このとき、アニール法等により多結晶シリコン
層の結晶粒径をカーボンナノチューブリングのリング外
径より大きな１μｍ以上に再成長させることで、移動度
の低下を防ぐことが可能になる。
で、下地基板として、シリコンと酸化シリコンより構成
されるＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎ ｉ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることは、さらに望まし
い。このとき、ケミカルメカノポリッシング法とエッチ
ングを併用させることで、表面の半導体層の厚さを約５
０ｎｍにまで加工することが好ましい。さらに、酸化シ
リコン基板表面に化学気層法等で多結晶シリコン層を形
成させ、ｎ型不純物を導入した基板を用いることも可能
である。このとき、アニール法等により多結晶シリコン
層の結晶粒径をカーボンナノチューブリングのリング外
径より大きな１μｍ以上に再成長させることで、移動度
の低下を防ぐことが可能になる。
【００５４】＜第３の実施形態＞図３は、本発明のトラ
ンジスタの第３の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、半導体特性を有するカーボンナノチューブ
リングを半導体材料として用いた例である。
ンジスタの第３の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、半導体特性を有するカーボンナノチューブ
リングを半導体材料として用いた例である。
【００５５】図３に示すように本実施形態のトランジス
タは、ゲート電極（制御電極）１８が、酸化シリコン膜
（絶縁性薄膜）１２表面のカーボンナノチューブリング
１７の近傍かつ離間された位置に設けられている態様で
ある。その他、ｎ型シリコン基板１１、酸化シリコン膜
１２、ソース電極端子１３、ドレイン電極端子１４、多
重壁カーボンナノチューブ１６，１６’、カーボンナノ
チューブリング１７は、第１の実施形態と同様の構成で
あり、同様に配置される。
タは、ゲート電極（制御電極）１８が、酸化シリコン膜
（絶縁性薄膜）１２表面のカーボンナノチューブリング
１７の近傍かつ離間された位置に設けられている態様で
ある。その他、ｎ型シリコン基板１１、酸化シリコン膜
１２、ソース電極端子１３、ドレイン電極端子１４、多
重壁カーボンナノチューブ１６，１６’、カーボンナノ
チューブリング１７は、第１の実施形態と同様の構成で
あり、同様に配置される。
【００５６】すなわち、本実施形態のトランジスタは、
ゲート電極がｎ型シリコン基板１１の背面ではなく、酸
化シリコン膜（絶縁性薄膜）１２表面のカーボンナノチ
ューブリング１７の近傍かつ離間された位置に設けられ
ていることを除き、その好ましい態様を含め第１の実施
形態と同様であり、図３において、第１の実施形態と同
一の機能を有する部材には図１と同一の符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。
ゲート電極がｎ型シリコン基板１１の背面ではなく、酸
化シリコン膜（絶縁性薄膜）１２表面のカーボンナノチ
ューブリング１７の近傍かつ離間された位置に設けられ
ていることを除き、その好ましい態様を含め第１の実施
形態と同様であり、図３において、第１の実施形態と同
一の機能を有する部材には図１と同一の符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。
【００５７】カーボンナノチューブリング１７とゲート
電極１８とは、近傍であって、かつ離間されることが必
須であるが、具体的な両者の間隙としては、１ｎｍ〜５
０μｍ程度であることが望ましく、５〜２００ｎｍ程度
であることがより望ましく、１０ｎｍ前後であることが
特に望ましい。
電極１８とは、近傍であって、かつ離間されることが必
須であるが、具体的な両者の間隙としては、１ｎｍ〜５
０μｍ程度であることが望ましく、５〜２００ｎｍ程度
であることがより望ましく、１０ｎｍ前後であることが
特に望ましい。
【００５８】ゲート電極１８は、金属配線でも導電性を
有するカーボンナノチューブ（例えば多重壁カーボンナ
ノチューブ）でも構わない。ゲート電極１８には、接続
配線１９の一端が接続され、接続配線１９の他端は、金
等の金属材料からなるゲート電極端子３０に接続され
る。接続配線１９も、金属配線および導電性を有するカ
ーボンナノチューブのいずれでも構わないが、ゲート電
極１８と同一の材料を用いることが望ましい。
有するカーボンナノチューブ（例えば多重壁カーボンナ
ノチューブ）でも構わない。ゲート電極１８には、接続
配線１９の一端が接続され、接続配線１９の他端は、金
等の金属材料からなるゲート電極端子３０に接続され
る。接続配線１９も、金属配線および導電性を有するカ
ーボンナノチューブのいずれでも構わないが、ゲート電
極１８と同一の材料を用いることが望ましい。
【００５９】本実施形態のトランジスタでは、ソース電
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極１８の電位を変化させて制
御することが可能になる。すなわち、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
となる。
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極１８の電位を変化させて制
御することが可能になる。すなわち、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
となる。
【００６０】なお、本実施形態では、基板として第１の
実施形態と同様、ｎ型シリコン基板１１に絶縁性の酸化
シリコン膜１２を形成したものを用いたが、カーボンナ
ノチューブリング１７が載置される面が絶縁性を有する
ものであれば、如何なる材料を用いることもできる（後
述の第４の実施形態においても同様）。すなわち、基板
そのものが絶縁性を有するものであってもよいし、本実
施形態のように絶縁性、導電性を問わず任意の基体に、
絶縁性薄膜を設けたものであってもよく、本発明におい
て、これらの基板全てが「絶縁性基板」の概念に含まれ
る。
実施形態と同様、ｎ型シリコン基板１１に絶縁性の酸化
シリコン膜１２を形成したものを用いたが、カーボンナ
ノチューブリング１７が載置される面が絶縁性を有する
ものであれば、如何なる材料を用いることもできる（後
述の第４の実施形態においても同様）。すなわち、基板
そのものが絶縁性を有するものであってもよいし、本実
施形態のように絶縁性、導電性を問わず任意の基体に、
絶縁性薄膜を設けたものであってもよく、本発明におい
て、これらの基板全てが「絶縁性基板」の概念に含まれ
る。
【００６１】＜第４の実施形態＞図４は、本発明のトラ
ンジスタの第４の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、半導体特性を有するカーボンナノチューブ
リングを半導体材料として用いた例である。
ンジスタの第４の実施形態を示す模式斜視図である。本
実施形態は、半導体特性を有するカーボンナノチューブ
リングを半導体材料として用いた例である。
【００６２】図４に示すように本実施形態のトランジス
タは、ゲート電極（制御電極）３１が、酸化シリコン膜
（絶縁性薄膜）１２表面に載置されたカーボンナノチュ
ーブリング１７のさらに上部に設けられている態様であ
る。なお、ここでいう「上部」とは、地表面を基準とし
た上下関係を表すものではなく、酸化シリコン膜（絶縁
性薄膜）１２を基準にした場合におけるカーボンナノチ
ューブリング１７のさらに上部を意味するものとし、地
表面を基準とした上下関係が逆転等していても全く問題
ない。
タは、ゲート電極（制御電極）３１が、酸化シリコン膜
（絶縁性薄膜）１２表面に載置されたカーボンナノチュ
ーブリング１７のさらに上部に設けられている態様であ
る。なお、ここでいう「上部」とは、地表面を基準とし
た上下関係を表すものではなく、酸化シリコン膜（絶縁
性薄膜）１２を基準にした場合におけるカーボンナノチ
ューブリング１７のさらに上部を意味するものとし、地
表面を基準とした上下関係が逆転等していても全く問題
ない。
【００６３】その他、ｎ型シリコン基板１１、酸化シリ
コン膜１２、ソース電極端子１３、ドレイン電極端子１
４、多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’、カーボ
ンナノチューブリング１７は、第１の実施形態と同様の
構成であり、同様に配置される。
コン膜１２、ソース電極端子１３、ドレイン電極端子１
４、多重壁カーボンナノチューブ１６，１６’、カーボ
ンナノチューブリング１７は、第１の実施形態と同様の
構成であり、同様に配置される。
【００６４】カーボンナノチューブリング１７のさらに
上部に設けられるゲート電極３１としては、数ｎｍ幅の
貴金属極細線（ＡｕやＰｔ等）を適用することも可能で
あるが、導電性を有するカーボンナノチューブを用いる
のが好ましい。導電性を有するカーボンナノチューブと
しては、単一壁カーボンナノチューブおよび多重壁カー
ボンナノチューブの両者が適用可能である。
上部に設けられるゲート電極３１としては、数ｎｍ幅の
貴金属極細線（ＡｕやＰｔ等）を適用することも可能で
あるが、導電性を有するカーボンナノチューブを用いる
のが好ましい。導電性を有するカーボンナノチューブと
しては、単一壁カーボンナノチューブおよび多重壁カー
ボンナノチューブの両者が適用可能である。
【００６５】ゲート電極３１には、接続配線３２の一端
が接続され、接続配線３２の他端は、金等の金属材料か
らなるゲート電極端子３３に接続される。接続配線３２
も、金属配線および導電性を有するカーボンナノチュー
ブのいずれでも構わないが、ゲート電極３１と同一の材
料を用いることが望ましい。
が接続され、接続配線３２の他端は、金等の金属材料か
らなるゲート電極端子３３に接続される。接続配線３２
も、金属配線および導電性を有するカーボンナノチュー
ブのいずれでも構わないが、ゲート電極３１と同一の材
料を用いることが望ましい。
【００６６】本実施形態のトランジスタでは、ソース電
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極３１の電位を変化させて制
御することが可能になる。すなわち、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
となる。
極端子１３とドレイン電極端子１４との間に流れる電流
もしくは電圧を、ゲート電極３１の電位を変化させて制
御することが可能になる。すなわち、高速動作が可能
で、室温で動作するナノメーターサイズのトランジスタ
となる。
【００６７】ゲート電極３１として導電性を有するカー
ボンナノチューブを用いた場合、ゲート電極３１と、半
導体特性を有するカーボンナノチューブリング１７との
接続は、ショットキー接続になり、この場合、ショット
キー型電界効果トランジスターを形成することができ
る。
ボンナノチューブを用いた場合、ゲート電極３１と、半
導体特性を有するカーボンナノチューブリング１７との
接続は、ショットキー接続になり、この場合、ショット
キー型電界効果トランジスターを形成することができ
る。
【００６８】以上、本発明のトランジスタを４つの実施
形態を挙げて詳細に説明したが、本発明はこれらに限定
されるものではなく、既述の本発明の原理が応用され得
る構成であれば、如何なる構成をも採用することができ
る。
形態を挙げて詳細に説明したが、本発明はこれらに限定
されるものではなく、既述の本発明の原理が応用され得
る構成であれば、如何なる構成をも採用することができ
る。
【００６９】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらの例に制限されるものではない。 （実施例１）アーク放電法で作製した単一壁カーボンナ
ノチューブを超音波処理することで、カーボンナノチュ
ーブリングを作製した。具体的には、界面活性剤（和光
純薬製、塩化ベンザルコニウム）のメタノール溶液（界
面活性剤濃度５％）１００ｍｌに単一壁カーボンナノチ
ューブを５０ｍｇ分散させ、超音波処理（周波数２０ｋ
Ｈｚ、出力５０ｗ）を約１時間行った。その後、遠心分
離法で約３０分間、遠心分離処理した。液中に分散され
ているカーボンナノチューブリングをフィルターで回収
後、フィルター上でメタノールとアセトンにより洗浄し
た。得られたカーボンナノチューブリングのリング外径
は約２０ｎｍから５０ｎｍ、チューブ部位の太さは２ｎ
ｍから３０ｎｍであった。なお、本実施例では、リング
外径約５０ｎｍ、チューブ部位の太さ５ｎｍのｐ型半導
体特性を有するものを用いた。
れらの例に制限されるものではない。 （実施例１）アーク放電法で作製した単一壁カーボンナ
ノチューブを超音波処理することで、カーボンナノチュ
ーブリングを作製した。具体的には、界面活性剤（和光
純薬製、塩化ベンザルコニウム）のメタノール溶液（界
面活性剤濃度５％）１００ｍｌに単一壁カーボンナノチ
ューブを５０ｍｇ分散させ、超音波処理（周波数２０ｋ
Ｈｚ、出力５０ｗ）を約１時間行った。その後、遠心分
離法で約３０分間、遠心分離処理した。液中に分散され
ているカーボンナノチューブリングをフィルターで回収
後、フィルター上でメタノールとアセトンにより洗浄し
た。得られたカーボンナノチューブリングのリング外径
は約２０ｎｍから５０ｎｍ、チューブ部位の太さは２ｎ
ｍから３０ｎｍであった。なお、本実施例では、リング
外径約５０ｎｍ、チューブ部位の太さ５ｎｍのｐ型半導
体特性を有するものを用いた。
【００７０】得られたカーボンナノチューブリングを用
いて、以下のようにして図１に示すトランジスタを作製
した。下地基板としては、（１１１）面のｎ型シリコン
基板１１を用いた。まず、表面を洗剤洗浄後、純水でリ
ンスし、イソプロピルアルコール蒸気で処理し、乾燥さ
せた。その後、ｎ型シリコン基板１１の片面（裏面）に
Ａｕを蒸着し、ゲート電極端子１５を配置した。さら
に、プラズマＣＶＤ法で５０ｎｍの酸化シリコン膜１２
を成長させ、その上に、減圧ＣＶＤ法で多結晶シリコン
層を形成させた。次に、ｎ型シリコン基板１１の表面に
イオン注入法でＡｓをドープ（イオン注入加速エネルギ
ー４０ｋｅＶ、イオン注入量約２×１０15ｃｍ-2）し、
ラピッドアニーリング法（ピーク温度約１２００℃）で
結晶回復させた。次に、表面の酸化膜除去と表面を安定
させるために、ＨＦで処理し、ｎ型シリコン基板１１表
面のダングリングボンドをＨで末端処理した。一般に、
Ｓｉ（１１１）面をＨ末端処理すると、安定なＳｉ―Ｈ
2が形成されるので、大気中でも、シリコン基板表面が
酸化されにくくなる。
いて、以下のようにして図１に示すトランジスタを作製
した。下地基板としては、（１１１）面のｎ型シリコン
基板１１を用いた。まず、表面を洗剤洗浄後、純水でリ
ンスし、イソプロピルアルコール蒸気で処理し、乾燥さ
せた。その後、ｎ型シリコン基板１１の片面（裏面）に
Ａｕを蒸着し、ゲート電極端子１５を配置した。さら
に、プラズマＣＶＤ法で５０ｎｍの酸化シリコン膜１２
を成長させ、その上に、減圧ＣＶＤ法で多結晶シリコン
層を形成させた。次に、ｎ型シリコン基板１１の表面に
イオン注入法でＡｓをドープ（イオン注入加速エネルギ
ー４０ｋｅＶ、イオン注入量約２×１０15ｃｍ-2）し、
ラピッドアニーリング法（ピーク温度約１２００℃）で
結晶回復させた。次に、表面の酸化膜除去と表面を安定
させるために、ＨＦで処理し、ｎ型シリコン基板１１表
面のダングリングボンドをＨで末端処理した。一般に、
Ｓｉ（１１１）面をＨ末端処理すると、安定なＳｉ―Ｈ
2が形成されるので、大気中でも、シリコン基板表面が
酸化されにくくなる。
【００７１】この状態で、ｎ型シリコン基板１１表面の
酸化シリコン膜１２の上に、メタノールに分散された前
記カーボンナノチューブリングをスピンコート法で展開
し、カーボンナノチューブリング１７を載置した。次い
で、カーボンナノチューブリング１７の両端に、多重壁
カーボンナノチューブ１６，１６’（直径約１５ｎｍ）
を接続し、かつ多重壁カーボンナノチューブ１６，１
６’の他端がソース電極端子１３およびドレイン電極端
子１４と接続するように配線した。多重壁カーボンナノ
チューブ１６，１６’の配線には、２つのピエゾアクチ
ュエータをもつ走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用
い、プローブとして多重壁カーボンナノチューブを用い
た。
酸化シリコン膜１２の上に、メタノールに分散された前
記カーボンナノチューブリングをスピンコート法で展開
し、カーボンナノチューブリング１７を載置した。次い
で、カーボンナノチューブリング１７の両端に、多重壁
カーボンナノチューブ１６，１６’（直径約１５ｎｍ）
を接続し、かつ多重壁カーボンナノチューブ１６，１
６’の他端がソース電極端子１３およびドレイン電極端
子１４と接続するように配線した。多重壁カーボンナノ
チューブ１６，１６’の配線には、２つのピエゾアクチ
ュエータをもつ走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用
い、プローブとして多重壁カーボンナノチューブを用い
た。
【００７２】このようにして得られた実施例１のトラン
ジスタについて、ｎ型シリコン基板１１より構成される
ゲート電極の電位を変化させることで、カーボンナノチ
ューブリング１７のソース電極およびドレイン電極間の
電流電圧特性に変化が現れることを確認した。すなわ
ち、ゲート電極端子１５の電位（Ｖｇ）を０Ｖ〜５Ｖの
間１Ｖ刻みで変化させて、ソース電極端子１３とドレイ
ン電極端子１４との間の電流電圧特性を、ＫＥＩＴＨＬ
ＥＹ社製エレクトロメーター６５１４を用いることによ
り測定した。なお、測定は室温（２３℃）中で行った。
その結果を図５に示す。
ジスタについて、ｎ型シリコン基板１１より構成される
ゲート電極の電位を変化させることで、カーボンナノチ
ューブリング１７のソース電極およびドレイン電極間の
電流電圧特性に変化が現れることを確認した。すなわ
ち、ゲート電極端子１５の電位（Ｖｇ）を０Ｖ〜５Ｖの
間１Ｖ刻みで変化させて、ソース電極端子１３とドレイ
ン電極端子１４との間の電流電圧特性を、ＫＥＩＴＨＬ
ＥＹ社製エレクトロメーター６５１４を用いることによ
り測定した。なお、測定は室温（２３℃）中で行った。
その結果を図５に示す。
【００７３】（実施例２）実施例１において得られたカ
ーボンナノチューブリングを用いて、以下のようにして
図２に示すトランジスタを作製した。実施例１と同様の
（１１１）面のｎ型半導体基板２１を用意し、表面にイ
オン注入法でＡｓを注入し、ｎ+領域のｎ型不純物層２
８を形成した。Ａｓ濃度を表面で最も高くするために、
メカノケミカルポリッシング法（研磨剤グランゾック
ス）で、表面を３００ｎｍ程度研磨した。
ーボンナノチューブリングを用いて、以下のようにして
図２に示すトランジスタを作製した。実施例１と同様の
（１１１）面のｎ型半導体基板２１を用意し、表面にイ
オン注入法でＡｓを注入し、ｎ+領域のｎ型不純物層２
８を形成した。Ａｓ濃度を表面で最も高くするために、
メカノケミカルポリッシング法（研磨剤グランゾック
ス）で、表面を３００ｎｍ程度研磨した。
【００７４】次に、表面にスパッタリング法でＡｕを部
分的に蒸着し、オーム性接続されたドレイン電極２４電
極を形成した。さらに、実施例１と同様に、ｎ型半導体
基板２１表面をＨ末端処理処理することで安定化させ
た。
分的に蒸着し、オーム性接続されたドレイン電極２４電
極を形成した。さらに、実施例１と同様に、ｎ型半導体
基板２１表面をＨ末端処理処理することで安定化させ
た。
【００７５】この状態で、ｎ型シリコン基板１１表面の
ｎ型不純物層２８の上に、メタノールに分散された前記
カーボンナノチューブリングをスピンコート法で展開
し、カーボンナノチューブリング２７を載置した。この
ときのカーボンナノチューブリング２７は、リング外径
約５０ｎｍ、チューブ部位の太さ８ｎｍの導電性を有す
るものを用いた。
ｎ型不純物層２８の上に、メタノールに分散された前記
カーボンナノチューブリングをスピンコート法で展開
し、カーボンナノチューブリング２７を載置した。この
ときのカーボンナノチューブリング２７は、リング外径
約５０ｎｍ、チューブ部位の太さ８ｎｍの導電性を有す
るものを用いた。
【００７６】実施例１と同様に、２つのピエゾアクチュ
エータをもつ走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用い、
プローブとして多重壁カーボンナノチューブ（直径約１
５ｎｍ）を使用し、配線した。まず、カーボンナノチュ
ーブリング２７およびゲート電極端子２５に、ＳＰＭの
第一プローブで多重壁カーボンナノチューブ２６を接続
し、次に、第二プローブで多重壁カーボンナノチューブ
２９をカーボンナノチューブリング２７の開口部から表
出する部位のｎ型半導体基板２１の表面、および、ソー
ス電極端子２３に接続した。このようにして、実施例２
のトランジスタを作製した。
エータをもつ走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用い、
プローブとして多重壁カーボンナノチューブ（直径約１
５ｎｍ）を使用し、配線した。まず、カーボンナノチュ
ーブリング２７およびゲート電極端子２５に、ＳＰＭの
第一プローブで多重壁カーボンナノチューブ２６を接続
し、次に、第二プローブで多重壁カーボンナノチューブ
２９をカーボンナノチューブリング２７の開口部から表
出する部位のｎ型半導体基板２１の表面、および、ソー
ス電極端子２３に接続した。このようにして、実施例２
のトランジスタを作製した。
【００７７】このようにして得られた実施例２のトラン
ジスタについて、カーボンナノチューブリング２７より
構成されるゲート電極の電位を変化させることで、ソー
ス電極２２およびドレイン電極２４間の電流電圧特性に
変化が現れることを確認した。すなわち、ゲート電極端
子２５の電位（Ｖｇ）を０Ｖ〜５Ｖの間１Ｖ刻みで変化
させて、ソース電極端子２３とドレイン電極２４との間
の電流電圧特性を、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製エレクトロメ
ーター６５１４を用いることにより測定した。その結果
を図６に示す。
ジスタについて、カーボンナノチューブリング２７より
構成されるゲート電極の電位を変化させることで、ソー
ス電極２２およびドレイン電極２４間の電流電圧特性に
変化が現れることを確認した。すなわち、ゲート電極端
子２５の電位（Ｖｇ）を０Ｖ〜５Ｖの間１Ｖ刻みで変化
させて、ソース電極端子２３とドレイン電極２４との間
の電流電圧特性を、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製エレクトロメ
ーター６５１４を用いることにより測定した。その結果
を図６に示す。
【００７８】
【発明の効果】本発明のトランジスタによれば、カーボ
ンカーボンナノチューブを利用したナノメーターサイズ
の微小で高速動作可能な室温で動作するスイッチング素
子を実現でき、工業的有用性は極めて高い。
ンカーボンナノチューブを利用したナノメーターサイズ
の微小で高速動作可能な室温で動作するスイッチング素
子を実現でき、工業的有用性は極めて高い。
【図１】 本発明のトランジスタの第１の実施形態を示
す模式斜視図である。
す模式斜視図である。
【図２】 本発明のトランジスタの第２の実施形態を示
す模式斜視図である。
す模式斜視図である。
【図３】 本発明のトランジスタの第３の実施形態を示
す模式斜視図である。
す模式斜視図である。
【図４】 本発明のトランジスタの第４の実施形態を示
す模式斜視図である。
す模式斜視図である。
【図５】 本発明の実施例のトランジスタにおけるソー
ス電極およびドレイン電極間の電流電圧特性である。
ス電極およびドレイン電極間の電流電圧特性である。
【図６】 本発明の他の実施例のトランジスタにおける
ソース電極およびドレイン電極間の電流電圧特性であ
る。
ソース電極およびドレイン電極間の電流電圧特性であ
る。
１１ ｎ型シリコン基板 １２ 酸化シリコン膜 １３、２３ ソース電極端子 １４ ドレイン電極端子 １５、２５、３０、３３ ゲート電極端子 １６，１６’、２６、２９ 多重壁カーボンナノチュー
ブ １７、２７ カーボンナノチューブリング １８、３１ ゲート電極 １９ 接続配線 ２１ ｎ型半導体基板 ２２ ソース電極 ２４ ドレイン電極 ２８ ｎ型不純物層 ３２ 接続配線
ブ １７、２７ カーボンナノチューブリング １８、３１ ゲート電極 １９ 接続配線 ２１ ｎ型半導体基板 ２２ ソース電極 ２４ ドレイン電極 ２８ ｎ型不純物層 ３２ 接続配線
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｂ 21/338 ６２２ 29/812 29/80 Ｂ 21/337 Ｃ 29/808 (72)発明者 真鍋 力 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 AA01 AA04 AA05 AA10 BB01 BB36 CC01 CC03 CC05 FF13 GG09 GG12 5F040 DC01 EC04 EC16 EC19 EC26 EE01 EF01 EH02 5F102 FB10 GB01 GC01 GD01 GD04 GJ03 GJ05 GL02 GL10 GR01 GS03 GS07 GT01 HC01 HC11 5F110 AA01 CC10 DD05 DD13 EE01 EE22 EE36 GG01 GG22 GG23
Claims (16)
- 【請求項１】 半導体特性を有するカーボンナノチュー
ブリングを半導体材料として用いることを特徴とするト
ランジスタ。 - 【請求項２】 前記カーボンナノチューブリングに２つ
の電極を接続し、該カーボンナノチューブリングの近傍
かつ離間された位置に制御電極を設けてなることを特徴
とする請求項１に記載のトランジスタ。 - 【請求項３】 前記カーボンナノチューブリングに接続
される２つの電極の電極材料として、導電性を有するカ
ーボンナノチューブを用いること特徴とする請求項２に
記載のトランジスタ。 - 【請求項４】 前記導電性を有するカーボンナノチュー
ブの直径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴と
する請求項３に記載のトランジスタ。 - 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか１に記載のトラ
ンジスタであって、前記カーボンナノチューブリング
が、絶縁性薄膜表面に、リング面が当接するように載置
され、 前記制御電極が、前記絶縁性薄膜の前記カーボンナノチ
ューブリングが載置された面の背面側に設けられてな
る、ことを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項６】 請求項２〜４のいずれか１に記載のトラ
ンジスタであって、前記カーボンナノチューブリング
が、絶縁性基板表面に、リング面が当接するように載置
され、 前記制御電極が、前記絶縁性基板表面の前記カーボンナ
ノチューブリングの近傍かつ離間された位置に設けられ
てなる、ことを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項７】 請求項２〜４のいずれか１に記載のトラ
ンジスタであって、 前記カーボンナノチューブリングが、絶縁性基板表面
に、リング面が当接するように載置され、 制御電極が、前記絶縁性基板表面に載置された前記カー
ボンナノチューブリングのさらに上部に設けられてな
る、ことを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項８】 導電性または半導体特性を有するカーボ
ンナノチューブリングを電極材として用いることを特徴
とするトランジスタ。 - 【請求項９】 請求項８に記載のトランジスタであっ
て、 前記カーボンナノチューブリングが、半導体基板表面
に、リング面が当接するように載置され、制御電極を構
成し、 前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチューブリン
グの開口部から表出する部位に、１の電極を設け、 さらに、前記半導体基板表面の、前記カーボンナノチュ
ーブリングの近傍かつ離間された位置に他の電極を設け
てなる、ことを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項１０】 制御電極としてのカーボンナノチュー
ブリングに、接続配線を介して端子を設けてなる請求項
９に記載のトランジスタであって、前記接続配線とし
て、導電性のカーボンナノチューブを用いること特徴と
するトランジスタ。 - 【請求項１１】 前記導電性を有するカーボンナノチュ
ーブの直径が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴
とする請求項１０に記載のトランジスタ。 - 【請求項１２】 前記半導体基板表面に設けられる、前
記１の電極および／または他の電極と、前記半導体基板
表面と、の接合抵抗が、１ｍΩ以上１００ｋΩ以下であ
ることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載
のトランジスタ。 - 【請求項１３】 請求項９〜１２のいずれか１に記載の
トランジスタであって、半導体基板がシリコン基板であ
り、該シリコン基板の表面のダングリングボンドが水素
末端処理されていることを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項１４】 前記半導体特性もしくは導電性を有す
るカーボンナノチューブリングが、単一壁のカーボンナ
ノチューブリング、もしくはその集合体であることを特
徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載のトランジ
スタ。 - 【請求項１５】 前記半導体特性もしくは導電性を有す
るカーボンナノチューブリングのリング外径が、１０ｎ
ｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
１４のいずれか１に記載のトランジスタ。 - 【請求項１６】 前記半導体特性もしくは導電性を有す
るカーボンナノチューブリングのチューブ部位の太さ
が、１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求
項１〜１５のいずれか１に記載のトランジスタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263943A JP4140180B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | トランジスタ |
| US09/923,448 US6590231B2 (en) | 2000-08-31 | 2001-08-08 | Transistor that uses carbon nanotube ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263943A JP4140180B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076324A true JP2002076324A (ja) | 2002-03-15 |
| JP4140180B2 JP4140180B2 (ja) | 2008-08-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000263943A Expired - Fee Related JP4140180B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | トランジスタ |
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|---|---|
| US (1) | US6590231B2 (ja) |
| JP (1) | JP4140180B2 (ja) |
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