JP2024016202A - 結晶カーボン・ナノチューブ膜 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボン・ナノチューブの結晶膜、ならびにカーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための方法および装置を提供する。【解決手段】メンブレンを１つの極性に帯電させる。溶液中のカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の表面にかかる極性の電荷を獲得させる。この溶液をメンブレンで濾過する。かかる極性のメンブレンとかかる極性のＣＮＴとの間の電磁的斥力により、ＣＮＴは自発的に整列して、結晶構造体を形成する。【選択図】図１０

Description

本発明は一般に、カーボン・ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）の製造配列物（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）、ならびに前記製造のための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、カーボン・ナノチューブの結晶膜（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｆｉｌｍ）、ならびにカーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための方法および装置に関する。

例示的な実施形態の範囲内における定義は以下のとおりである。

（ａ）カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）：実質的に完全に炭素原子から形成された単層中空開端円筒管状構造体（ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｈｏｌｌｏｗ ｏｐｅｎ－ｅｎｄｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｔｕｂｅ－ｌｉｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を指す。

（ｂ）膜：その表面積と比較してその厚さを無視できるシート状形成物を指す。例えば、１平方インチ（６．４５平方センチメートル）の表面積と比較して、厚さは、３０～３００ナノメートル（ｎｍ）程度であることができる。

（ｃ）結晶ＣＮＴ（ＣＣＮＴ）、ＣＮＴの結晶構造体：ＣＮＴ膜の断面において個々のＣＮＴの中心が周期的配列（格子）を形成するように配列されたＣＮＴを指す。例えば、ＣＮＴを六方格子に配列することができ、この場合には、任意の３つの最隣接（ｎｅａｒｅｓｔ－ｎｅｉｇｈｂｏｒ）ＣＮＴの中心が正三角形を形成する。

（ｄ）結晶ＣＮＴ膜（ＣＣＦ）：ＣＮＴから形成された膜であって、結晶配列のＣＮＴの方がそうでないＣＮＴよりも多い膜。本明細書では図４に、検証方法ベースのＣＣＦの定義が示されており、これについては後に説明する。

カーボン・ナノチューブは、注目すべきいくつかの物理的特性を有し、電子工学、光学および材料工学において広範囲にわたる用途を有する。ＣＮＴは、全ての材料の中で最も高いアンペア容量（ａｍｐａｃｉｔｙ）を有する電気伝導体のうちの１つである。ＣＮＴは、鋼の引張り強さの約１００倍の引張り強さを有する、最も強い材料のうちの１つでもある。

ＣＮＴはさらに、光学において多くの用途を有し、カーボン・ナノチューブ励起子のエネルギーが赤外電気通信範囲にある場合には特にそうである。ＣＮＴはさらに、スーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）、太陽光発電（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）および電池（ｂａｔｔｅｒｙ）を含むエネルギー科学において多くの有望な用途を有する。

カーボン・ナノチューブのある種の用途は、カーボン・ナノチューブを単離すること、およびカーボン・ナノチューブを個体（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ）として電子デバイスまたは光デバイスに組み込むことに依存する。しかしながら、他の用途は、厚膜または薄膜の中に多数のカーボン・ナノチューブを含む。通常、ナノチューブのこれらの膜は不規則である（ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ）。すなわちＣＮＴが特定の配列で配列されていない。以前には、カーボン・ナノチューブの不規則膜に加えて、カーボン・ナノチューブの結晶ロープ（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｒｏｐｅ）も製造されていた。しかしながら、ロープ・サイズは小さく（直径＜５０ｎｍ）、ロープ自体の配置は不規則であった。

さらに、構造的に、ロープは膜とは実質的に異なる。膜の表面積はロープの断面積と相似であり、膜の厚さはロープの長さと相似であり、膜構造体の場合と同様に、ロープ構造体に関しては、その太さはもはや表面積に対して無視できない。

カーボン・ナノチューブを規則的に配列してモノリシック結晶にすることは、多くの用途にとって望ましいことを、例示的な実施形態は認識している。ＣＣＦは、本明細書で企図される規則的に配列されたＣＮＴのモノリシック結晶の例である。例えば、電子工学に関しては、六角形に規則的に配列されたＣＣＦは、ナノチューブの可能な最も高い密度を有し、したがって最も高いアンペア容量を有する。別の例として、光学用途に関しては、ナノチューブのこの高い密度は、その結果としてより強い光学活性につながることになる。より強い光学活性は、カーボン・ナノチューブのルミネセンスに依存する用途に関してはより明るい放出につながり、カーボン・ナノチューブの強いカイ－３（ｃｈｉ－３）光学非線形性の光学用途に関してはより強い非線形性につながる。機械用途に関しては、ナノチューブ結晶膜は、不規則ナノチューブの膜よりも強いことが予想されるであろう。

例示的な実施形態は、規則的に配列されたＣＮＴのモノリシック結晶の構造体、例えば本明細書に記載されたＣＣＦ、およびそれらを製造する方法を説明する。例示的な実施形態は、結晶カーボン・ナノチューブの一様に高密度の膜を形成する方法を提供する。例示的な実施形態によって製作されるＣＣＦは、記載されたプロセスを使用してウェーハ・サイズの膜に容易にスケーリング可能である。このようなウェーハ・サイズの膜は、適当な基板材料のウェーハを使用した半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造において特に有用である。

さらに、例示的な実施形態の方法は、多結晶膜、すなわち多数の結晶ドメイン（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｏｍａｉｎ）を含む膜を製作する。実験は、この方法が、それぞれのドメインが約２５ｎｍ×２５ｎｍである多結晶ドメインを製作することができることを示しており、１００本以上のＣＮＴからなるドメインが観察される。別の言い方をすれば、実験で観察された格子は、約２５ｎｍ×２５ｎｍのドメイン・サイズを有する、六方格子を形成する三角形の繰返し構造を有することが分かった。格子定数は約１．６ｎｍである。実験的に製作されたＣＣＦの全径は１インチ（２．５４ｃｍ）であり、厚さは、３０ｎｍから最大３００ｎｍまで調整可能であった。例示的な実施形態の企図の範囲内では、ドメインが、２つ以上の結晶構造体が１本または数本のナノチューブを共有する複数の結晶構造体の集合であることに留意されたい。

例示的な実施形態は、方法、装置および製品を提供する。一実施形態は、メンブレンを１つの極性に帯電させる方法を含む。この実施形態は、溶液中のカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の表面にこの極性の電荷を獲得させる。この実施形態は、メンブレンで溶液を濾過し、この極性のメンブレンとこの極性のＣＮＴとの間の電磁的斥力によりＣＮＴは自発的に整列して、結晶構造体を形成する。したがって、この実施形態は、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製作する。

別の実施形態はさらに、濾過の部分として、溶液がメンブレンで濾過されるのを補助し、この補助は、メンブレンの一方の側に圧力を加えることを含む。したがって、この実施形態は、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製作するための補助方法を提供する。

別の実施形態では、この圧力が、メンブレンの濾液側の陰圧である。したがって、この実施形態は、カーボン・ナノチューブの結晶膜の製作を、特定のタイプの圧力を使用して補助する。

別の実施形態では、この圧力が、メンブレンの溶液側の陽圧である。したがって、この実施形態は、カーボン・ナノチューブの結晶膜の製作を、特定のタイプの圧力を使用して補助する。

別の実施形態はさらに、メンブレンをプラズマにさらし、このプラズマはメンブレンに負電荷を与え、溶液中のＣＮＴも負に帯電している。したがって、この実施形態は、メンブレン上でナノチューブを整列させることによって結晶膜を製作する。

別の実施形態では、溶液を形成するために、ＣＮＴを含む粉末が、液体媒質および界面活性剤と混合され、界面活性剤の分子はこの極性の電荷を有し、界面活性剤の分子はＣＮＴに付着し、それによってＣＮＴにこの電荷の極性を与える。したがって、この実施形態は、メンブレン上でナノチューブを整列させるのを助ける電気的特性をナノチューブに獲得させることによって、結晶膜を製作する。

別の実施形態では、ＣＮＴが単層カーボン・ナノチューブである。したがって、この実施形態は、特定のタイプのカーボン・ナノチューブの結晶膜を製作する。

別の実施形態では、メンブレンが、溶液の液体媒質に対しては多孔性だが、ＣＮＴに対しては不浸透性である。したがって、この実施形態は、特定のタイプのメンブレンを使用して結晶膜を製作する。

別の実施形態では、結晶構造体がＣＮＴの多結晶構造体の部分であり、ＣＮＴの多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成する。したがって、この実施形態は、カーボン・ナノチューブの多結晶膜を製作する。

別の実施形態では、結晶構造体が、それらの円筒軸（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｘｉｓ）が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含む。したがって、この実施形態は、ナノチューブが特定の結晶構造体を編成した、カーボン・ナノチューブの多結晶膜を製作する。

一実施形態は、転置面（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）上に、結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を含むメンブレンを配置し、ＣＣＦと転置面の間に分離媒質が介在する。この実施形態は、分離媒質を除去する。この実施形態は、メンブレンを除去する。この実施形態は、ＣＣＦをアニールし、このアニールは、ＣＣＦから界面活性剤分子を除去し、ＣＣＦを転置面に結合する。したがって、この実施形態は、半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造で使用するためにＣＣＦの準備をする。

別の実施形態はさらに、アニールの前にＣＣＦに変性剤を与え、この変性剤は、ＣＣＦの中の界面活性剤分子の電荷を変化させる。したがって、この実施形態は、製造に使用するためにＣＣＦを精製する。

別の実施形態はさらに、アニールの部分として、チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）内で、チャンバ内の真空のレベルを維持したまま、ＣＣＦを含む転置面を１つの温度まで加熱する。したがって、この実施形態は、製造に使用するためにＣＣＦをウェーハに結合する。

別の実施形態はさらに、メンブレンに圧力を加えて、ＣＣＦと転置面の間の分離媒質を均一に分布させる。したがって、この実施形態は、製造に使用するためにＣＣＦをウェーハに結合する特定の手法を提供する。

別の実施形態はさらに、乾燥剤を与え、分離媒質は水を含み、この乾燥剤は、この水を乾燥させることによって分離媒質を除去する。この実施形態は、この乾燥剤を使用してメンブレンを乾燥させる。したがって、この実施形態は、メンブレンを除去するための準備をする。

別の実施形態はさらに、溶剤を与え、この溶剤は、メンブレンを除去することの部分としてメンブレンを溶解する。したがって、この実施形態は、メンブレンを除去し、製造のためにＣＣＦだけを残す。

本発明の特徴と考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本発明自体、ならびに本発明の好ましい使用形態、本発明のさらなる目的および利点は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことによって最もよく理解される。

例示的な実施形態に基づく、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための単純化された例示的な装置のブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための別の単純化された例示的な装置のブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦの例示的な形成物を示す図である。 例示的な実施形態に基づく、所与の膜内に結晶構造体が多くあることを確認するための検証方法を示す図である。 例示的な実施形態に従って形成されたＣＣＦの断面の顕微鏡像を示す図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの１つのステップのブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図である。 例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦを製造するための例示的なプロセスの流れ図である。 例示的な実施形態に基づく、半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造においてＣＣＦを使用するための例示的なプロセスの流れ図である。

本発明を説明するために使用される例示的な実施形態は一般に、上述の必要性、およびカーボン・ナノチューブの結晶膜の製造に関するその他の課題に取り組み、それらを解決する。例示的な実施形態は、カーボン・ナノチューブの結晶膜ならびにカーボン・ナノチューブの結晶膜を製造する方法および装置を提供する。

一実施形態は、本明細書に記載されたＣＣＦを含む。別の実施形態は、本明細書に記載されたＣＣＦを製造する方法を含む。別の実施形態は、本明細書に記載されたＣＣＦを製造する装置を説明する。別の実施形態は、半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造プロセスにおいてＣＣＦを使用する方法を説明する。

一実施形態の方法は、本明細書に記載されたＣＣＦ製造装置を動作させるように構成されたソフトウェア・アプリケーションとして実現することができる。一実施形態を実現するソフトウェア・アプリケーションは、既存のウェーハ生産システムの変更として、既存のウェーハ生産システムとともに動作する別個のアプリケーション、独立型のアプリケーションまたはこれらのある組合せとして構成することができる。

説明を明瞭にするために、また説明の限定を暗示することなしに、例示的な実施形態は、実験室サイズの単純化された装置を使用して説明される。この開示によって、当業者は、例示的な実施形態の範囲を逸脱することなく、この実験室サイズの装置に関して説明された方法および当該装置を、商用製造能力までスケーリングすることができる。

説明を明瞭にするために、また説明の限定を暗示することなしに、例示的な実施形態は、実験室に適した単純化されたプロセス・ステップを使用して説明される。この開示によって、当業者は、説明されたプロセス・ステップを、商用製造用途向けに最適化し、調整し、適合させることができ、そのような適合は、例示的な実施形態の範囲内で企図される。

説明を明瞭にするために、また説明の限定を暗示することなしに、例示的な実施形態は、さまざまなプロセス・ステップにおいて例示的な材料を使用して説明される。この開示によって、当業者は、一実施形態のプロセス・ステップで説明された目的と同様の目的で、説明された材料を変更し、または機能的に等価の材料で代替することができる。そのような代替は、例示的な実施形態の範囲内で企図される。

さらに、図および例示的な実施形態では、例示的な構造体、要素およびデバイスの単純化された図が使用される。提案されたＣＣＦの実際の製造または使用では、例示的な実施形態の範囲を逸脱しない、本明細書に示されていないもしくは本明細書で説明されていない追加の構造体、または本明細書に示されたもしくは本明細書で説明された構造体とは異なる構造体が存在してもよい。

例示的な構造体、層および形成物の２次元図中の異なる陰影が付けられた部分は、本明細書に記載された例示的な製造における異なる構造体、層および形成物を表していることが意図されている。適用可能な場合、それらの異なる構造体、層および形成物は、本明細書に記載された材料と同じ種別に属していることが当業者に知られている適当な材料を使用して製造することができる。

本明細書に示された特定の形状、場所、位置または形状の寸法は、そのような特性が１つの実施形態の特徴として明示的に記載されていない場合、例示的な実施形態を限定することは意図されていない。それらの形状、場所、位置、寸法またはそれらのある組合せは、図面および説明を明瞭にするためだけに選択されたものであり、それらは、例示的な実施形態に基づく目的を達成するために、実際のフォトリソグラフィで使用される可能性がある実際の形状、場所、位置または寸法から誇張され、軽視され、または他の形で変更されていることがある。

一実施形態が、ある用途で実施されたとき、半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造プロセスは、本明細書に記載されたある特定のステップを実行する。製造プロセスのそれらのステップはいくつかの図に示されている。特定の製造プロセスにおいて全てのステップが必要であるとは限らない。いくつかの製造プロセスは、例示的な実施形態の範囲を逸脱することなく、それらのステップを異なる順序で実施することができ、ある種のステップを結合することができ、ある種のステップを除外もしくは交換することができ、またはステップのこれらの操作およびその他の操作のある組合せを実行することができる。

本明細書に記載された実施形態のＣＣＦは、材料科学における重大な進歩を構成する。ＣＣＦを形成し、そのＣＣＦを、本明細書に記載されたウェーハ・ベースの製造プロセスですぐに使用できるようにする手法は現在、存在しない。したがって、材料科学の重大な進歩は、新しい材料、すなわちＣＣＦを形成することによって達成される。半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造技術の重大な進歩は、ウェーハなどの転置面にＣＣＦを転置する、記載されたプロセスによって達成される。

例示的な実施形態は、単なる例として、あるタイプの装置、タイミング、圧力値、速度、寸法、温度、角度、百分率、物質、構造体、形成物、層、向き、方向、ステップ、動作、平面、材料、数、システム、環境、構成要素および用途に関して説明される。これらのアーチファクトおよび他の同様のアーチファクトの任意の特定の顕現物（ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎ）が、本発明を限定することは意図されていない。例示的な実施形態の範囲内で、これらのアーチファクトおよび他の同様のアーチファクトの任意の適当な顕現物を選択することができる。

この開示の中の例は、説明を明瞭にするためだけに使用され、例示的な実施形態を限定しない。この開示から、追加の構造体、動作、作用、タスク、活性および操作が想像可能であり、それらは、例示的な実施形態の範囲内で企図される。

本明細書に挙げられた利点は単なる例であり、それらの利点が例示的な実施形態を限定することは意図されていない。特定の例示的な実施形態によって、追加の利点または異なる利点が実現される可能性がある。さらに、特定の例示的な実施形態は、上に挙げられた利点の一部もしく全部を有することがあり、またはそれらの利点を全く持たないこともある。

図１を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための単純化された例示的な装置のブロック図を示す。装置１００は、ＣＮＴ粉末と適当な媒質との溶液１０４がその中に保持された容器１０２を含む。

溶液１０４は、最終的に粉末と媒質とに分離しやすいコロイド溶液とすることができることに留意されたい。一実施形態では、ＣＮＴ粉末が、平均直径約１．４１ｎｍの主として半導電性の単層ナノチューブの粉末である。一実施形態では、溶液１０４を形成するために粉末が混合される媒質が、水と、限定はされないがドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの適当な界面活性剤との溶液である。溶液１０４から、大きいナノチューブ束（ｂｕｎｄｌｅ）および無定形炭素を除去することが望ましい。このような除去のため、溶液１０４を遠心処理して、溶液１０４から、これらの大きい／重い粒子状物質およびその他の大きい／重い粒子状物質を分離することができる。

媒質中の界面活性剤は、電気的に極性の分子、すなわち全体としては電気的に中性だが１つの側に正電荷を有し別の側に負電荷を有する分子を導入することを、例示的な実施形態は認識している。界面活性剤分子は、粉末中のＣＮＴと結合し、または他の適当な形で粉末中のＣＮＴと結びつく。その結果、ＣＮＴの表面は電気を帯びる。界面活性剤がドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである例示的なケースでは、負電荷が、溶液１０４中のＣＮＴの表面と結びつく。一般に、ＣＮＴに付着し、ＣＮＴに電荷を与えることができる溶液１０４の任意の成分は、溶液１０４中での使用に適合させることができる。

フィルタ１０６は、溶液１０４の液体に対しては多孔性だがＣＮＴに対してはそうではないメンブレンである。言い換えると、フィルタ１０６は、ＣＮＴのサイズに匹敵するサイズの粒子の通過を阻止するように設計される。非限定的な１つの例では、フィルタ１０６が、孔径０．０５マイクロメートル（μｍ）のＷｈａｔｍａｎ Ｎｕｃｌｅｐｏｒｅトラックエッチド（ｔｒａｃｋ－ｅｔｃｈｅｄ）ポリカーボネート親水性メンブレンなどのように、０．０５μｍの孔径を有する。

一実施形態は、メンブレン１０６に電荷を与える。１つの非限定的な例示的ケースでは、メンブレン１０６が、メンブレン１０６に負電荷を与えるエア・プラズマ（ａｉｒ ｐｌａｓｍａ）にさらされる、メンブレン１０６に与える電荷は、界面活性剤がＣＮＴに与える電荷と同じ電気極性の電荷であるべきであることに留意することが重要である。溶液１０４中のＣＮＴが負に帯電している場合には、メンブレン１０６も負に帯電しているべきである。溶液１０４中のＣＮＴが正に帯電している場合には、メンブレン１０６も正に帯電しているべきである。

ＣＮＴとメンブレン１０６の電荷が同じ極性であることは、ＣＮＴとメンブレン１０６との間に電磁的斥力を生み出す。この斥力は、溶液１０４がメンブレン１０６で濾過されるときに、ＣＮＴが、上述の格子としておよびより大きい多結晶構造体として自発的に整列するような態様で、ＣＮＴが、互いに対しておよびメンブレン１０６に対して移動することを可能にする。

メンブレン１０６は、支持体１０８などの任意の適当な機構によって所定の位置に保持することができる。支持体１０８または他の適当な構造体は、装置１００の溶液側から濾液側への流れの中にフィルタ１０６を保持する。容器１０２は、装置１００の溶液側を形成する。容器１１２に結合した漏斗－栓アセンブリ１１０などの濾液捕捉機構が、装置１００の濾液側を形成する。

メンブレン１０６による溶液１０４の濾過は、本明細書に記載されたとおりに移動および整列する機会をＣＮＴに与えるペースで実施されるべきである。非限定的な１つのケースでは、重力だけに支援された濾過速度がしきい濾過速度となるように濾過速度が設定され、所望の濾過速度は、このしきい速度よりも大幅にではなくわずかに大きい速度、例えばしきい速度の１０パーセントの許容帯域内の速度である。例示的な１つのケースでは、濾過速度が、毎時０．８ミリリットルに設定された。

一実施形態では、所望の濾過速度が、装置１００の濾液側の容器１１２に陰圧を加える、すなわち部分真空にすることによって達成される。例えば、容器１１２に真空ポンプ１１４を結合して、所望の速度でメンブレン１０６を通して濾液１１６を引くことができる。

濾過速度は、大気圧、密度高度、溶液１０４の温度、周囲温度および加える陰圧または陽圧のファクタである。濾液側の真空として陰圧を加えるときには、濾過速度を調整するために、濾過速度に影響を及ぼす他の変量を十分に考慮して、この真空を調整することができる。

図２を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、カーボン・ナノチューブの結晶膜を製造するための別の単純化された例示的な装置のブロック図を示す。装置２００において、容器１０２、溶液１０４、メンブレン１０６、支持体１０８およびアセンブリ１１０は全て、図１の装置１００の方式で配置され、動作する。

一実施形態では、所望の濾過速度が、装置２００の溶液側に陽圧を加えることによって達成される。例えば、容器１０２は、溶液１０４を押圧して所望の濾過速度でメンブレン１０６を通過させるように計算された量の陽圧で加圧される。容器１０２に圧力ポンプ２１４を結合して、陽圧を加えることができる。

濾過速度は、大気圧、密度高度、溶液１０４の温度、周囲温度および加える陰圧または陽圧のファクタである。溶液側の真空として陽圧を加えるときには、濾過速度を調整するために、濾過速度に影響を及ぼす他の変量を十分に考慮して、この圧力を調整することができる。

ただ単に説明を明瞭にするために、また説明の限定を暗示することなしに、後続の説明および図は、負に帯電したＣＮＴ、負に帯電したメンブレンおよび図１の真空引き濾過プロセスを仮定する。

一実施形態では、濾過中に真空圧を変化させる。例えば、最初に、第１段階として、第１の期間、例えば５～６時間の間、真空圧を、低しきい値、例えば２～３トルよりも低い圧力に設定することができる。このような低真空によって、濾過は緩速で、例えば２００秒に１滴の速度で起こる。この期間にわたる緩速濾過の結果、ＣＮＴの薄い結晶膜が得られる。この第１段階の期間が経過した後、この最初に形成された薄い結晶膜のために、メンブレンは黒ずんで見える。次いで、第２段階で、真空圧を、第２の期間の間、第２のしきい値、例えば８トルに増大させる。この第２の期間の間、溶液は、９０秒に１滴の速度でメンブレンを通過する。最終的な量の溶液がメンブレンを通過するときに長期にわたる表面張力が膜を破壊することを防ぐために、溶液がなくなる直前に、第３の期間の間、真空圧を、高しきい値、例えば約１０００トルに増大させる。最後に、メンブレンをそのままにして、高しきい圧力下で乾燥させる。

ただ単に説明を明瞭にするために、また例示的な実施形態に対する限定を暗示することなしに、説明中の他の特徴から注意がそらされることを防ぐため、真空は不変であると仮定する。この開示から、当業者は、記載された他の段階と組み合わせて陽圧または陰圧を調整することができ、そのような組合せは、例示的な実施形態の範囲に含まれることが企図される。

図３を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦの例示的な形成物を示す。図３００は、メンブレン３０２およびその上に形成されたＣＮＴの多結晶膜３０４の上面図である。図３０１は、メンブレン３０２および膜３０４の断面図である。

メンブレン３０２は、図１のメンブレン１０６の例である。メンブレン３０２は、溶液のＣＮＴに関連した極性と同じ極性に帯電している。膜３０４は、濾過プロセスによってメンブレン３０２の溶液側に堆積している。単純化された代表図３００に示されているように、膜３０４内のＣＮＴは全体的に方向３０６の方向に整列している（膜３０４内の平行線によって表されている）。

図３０１は、ＣＮＴが、１つまたは複数のドメイン３０８として配列され、それぞれのドメイン３０８は複数のＣＮＴを含むことを示している。さらに、ドメイン３０８の中のＣＮＴは、本明細書に記載されたとおりに三角形の格子３１０に編成されている。ドメイン３０８は、別のドメイン３０８に連結されていることもまたはそうでないこともある。すなわち２つのドメインが共通のＣＮＴを共有することもまたは共有しないこともある。異なるドメイン３０８は、格子３１０の形成物中に異なる数のＣＮＴを含むことがある。ドメイン内のＣＮＴは、規則的に配列されている、すなわち格子３１０に従って配列されているが、１つのドメイン３０８内のＣＮＴが、別のドメイン３０８内のＣＮＴに対して規則的に配列されている必要はない。すなわち互いに対して格子３１０として編成されている必要はない。

図４を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、所与の膜内に結晶構造体が多くあることを確認するための検証方法を示す。ＣＮＴの膜は、本明細書に記載されたとおりに結晶構造体または格子として編成されたＣＮＴを有することがあり、または互いに対してランダムに配置されたＣＮＴを有することがある。膜は、ランダムに配向したＣＮＴよりも多くの結晶ドメインを含むことがあり、または結晶ドメインよりもランダムに配向したＣＮＴを多く含むことがある。ランダムに配向したＣＮＴよりも多くの結晶ドメインを有する膜はＣＣＦとみなされ、この図に関して説明する検証プロセスは、膜がＣＣＦであるかどうかを判定する。

実験では、Ｘ線回折画像法用に所与の膜を準備する。この実験では、整列したＣＮＴアレイの結晶化度を特性評価するために、微小角入射（ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）Ｘ線回折（Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）法が使用される。微小角入射モードは、薄膜の測定に特に有効である。この実験では、ＣＮＴの格子からの＞１ｎｍの格子定数に関係した低角回折（構成ＣＮＴの炭素格子からのはるかに高角度の回折とは対照的である）を観察する。

結晶配列のカーボン・ナノチューブに対して期待されるように結晶構造体が一方向に整列している場合、その膜はＣＣＦであると仮定する。この実験では、膜の平面に対する垂線からの角度θで膜にＸ線ビームを入射させる。所与の膜がＣＣＦである場合には、グラフ４０２のように、Ｘ線ビームに対する膜の少なくとも１つの向きにおいて、反射Ｘ線信号の約２θ＝５．８°のところに強いピークが観察される。

所与の膜がＣＣＦでない場合には、ランダムに配向したＣＮＴのために、反射のグラフは、グラフ４０４のように有意のピークを示さない。さらに、グラフ４０４の有意のピークの欠如は、Ｘ線ビームに対する膜のどの向きでも実質的に変わらない。

２θ値は、整列したナノチューブ・アレイの格子面間隔に対応する。膜がＣＣＦであるときには、膜のサンプル・エリアの実質的に全体にわたって強いピーク信号が観察され、このことは、膜エリアのかなりの部分にわたるナノチューブの結晶性整列および均一な結晶化度を示唆する。

グラフのピークは、グラフの１つの範囲内におけるグラフの傾きの負から正、正から再び負への変化である。１つまたは複数の傾きの変化が急激であるほどピークは顕著であり、または強い。その逆もまた真である。

グラフ４０４は、所与の膜内のナノチューブの結晶配列の存在を検出するために別のグラフのピークを測定するためのベースライン・グラフであると考えることができる。膜の実質的に全ての領域について、グラフ４０２の単一の２θ値のところだけにピークが存在することをもって、膜はＣＣＦとみなされる。対照的に、膜がＣＣＦでないときには、多数の２θ値に対してより小さいピークが現れることがあり、それらのピークは、グラフ４０２のピークと比較してそれほど顕著ではない。膜が専らカーボン・ナノチューブの非結晶構造体を含むとき、または膜の大部分がカーボン・ナノチューブの非結晶構造体を含むとき、その膜はＣＣＦではない。

図５を参照すると、この図は、例示的な実施形態に従って形成されたＣＣＦの断面の顕微鏡像を示す。像５０２は、ＣＣＦの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。像５０２では、六方晶構造体として配列されたナノチューブの丸い断面および単一のドメインが見える。像５０２の結晶構造体内の隣り合うナノチューブ間の六方間隔（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｓｐａｃｉｎｇ）は、１．６１±０．０４ｎｍ程度である。

像５０４は、ＣＣＦの１つのエリアのＴＥＭディフラクトグラム（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ）である。像５０４の回折ピークの周期的な六角形の配列は、物体の六方格子から回折された電子に特徴的なものである。回折ピークの間隔は、像５０２で直接に測定された格子定数１．６１ｎｍと矛盾しない。

図６を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの１つのステップのブロック図を示す。ＣＣＦ６０２は、図３のＣＣＦ３０４の例であり、ＣＮＴはまだ、帯電した界面活性剤分子に付着している。

転置面６０４は、適当なウェーハ基板材料の表面である。例えば、基板６０４は、限定はされないが、シリコンおよびサファイヤとすることができ、これらはともに、製造用のウェーハの形態で一般的に入手可能である。基板の材料によっては、ウェーハのある前処理が有用であることがある。例えば、電極のパターンを形成することができ、または緩衝されたフッ化水素酸によって自然酸化物を除去することができる。

転置面６０４は、図３のメンブレン３０２などのメンブレンからＣＣＦ３０４を積層、堆積または転置すべき表面である。膜６０２を転置するために、転置面６０４上に、水などの液体媒質６０６を配置する。ウェーハの上に水の薄い膜を形成するのには、たった１滴の水で十分であることがあることに留意されたい。次いで、液体で覆われた転置面上に、図３のメンブレン３０２の例であるメンブレン６０８を、ＣＣＦ６０２が液体６０６と接触するように配置する。

構成６００には示されていないが、ＣＣＦ６０２の下の液体６０６を排除するため、または均一に分布させるために、適当な機構がメンブレン６０８に圧力を加えてもよい。例えば、メンブレン６０８の上にガラス・スライドまたはガラス・シートを配置し、押圧して、この分布または排除を引き起こすことができる。

図７を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図を示す。構成６００に乾燥剤７０２を与える。乾燥剤７０２は、熱または他のある適当な乾燥剤とすることができる。例えば、１つの実験では、構成６００を乾燥させる乾燥剤７０２として窒素ガスが使用された。

この乾燥ステップは、構成６００から液体６０６を除去し、さらにメンブレン６０８を乾燥させる。この乾燥ステップの結果が構成７００である。

図８を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図を示す。構成７００に溶剤８０２を与える。溶剤８０２は、ＣＣＦ６０２に悪影響を与えることなくメンブレン６０８を溶解することができる適当な材料とすることができる。例えば、１つの実験では、メンブレン６０８を溶解する溶剤８０２としてクロロホルムが使用された。

この溶解ステップは、構成７００からメンブレン６０８を除去する。この溶解ステップの結果が構成８００である。

図９を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦをウェーハに転置するための例示的なプロセスの別のステップのブロック図を示す。ＣＣＦ６０２層から界面活性剤を除去する。任意選択で、構成８００に適当な変性剤９０２を与えて、界面活性剤を変性させ、もしくは以前のステップのポリマー残留物を除去し、またはその両方を実行する。硝酸は、変性剤９０２の非限定的な１つの例である。

次いで、構成８００にアニール操作９０４を加えることによって、ＣＣＦ６０２から界面活性剤を除去する。アニール９０４を実行する非限定的な１つの手法は、１０^－７トルの真空炉内で、（任意選択の変性後の）構成８００を、ある期間の間、例えば２時間の間、５００℃に加熱するものである。その結果得られるＣＣＦ９０６は界面活性剤分子を実質的に含まず、ウェーハの転置面６０４に結合されている。このとき、その結果得られた構成９００のＣＣＦ層を有するウェーハは、デバイス特定のさらなる製造に供する準備ができている。

図１０を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、ＣＣＦを製造するための例示的なプロセスの流れ図を示す。プロセス１０００は、図１の装置１００または図２の装置２００を使用して実施することができる。

適当な液体および界面活性剤中の粉末状ＣＮＴを使用して溶液を形成する（ブロック１００２）。適当なサイズのメンブレンを、溶液中でＣＮＴ－界面活性剤結合物が帯電しているのと同じ極性の電荷で帯電させる（ブロック１００４）。帯電した膜および圧力を使用して溶液を濾過するために装置を配置する（ブロック１００６）。適当な濾過速度で溶液が帯電したメンブレンを通過するのを補助する（ブロック１００８）。任意選択で、濾過期間中にこの圧力補助を、本明細書に記載されたとおりに１段階または数段階、調整することができる（ブロック１０１０）。プロセス１０００は、ＣＮＴおよび界面活性剤分子の膜をメンブレン上に堆積させ、その後、終了となる。

図１１を参照すると、この図は、例示的な実施形態に基づく、半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造においてＣＣＦを使用するための例示的なプロセスの流れ図を示す。プロセス１１００は、図６～図９に関して説明したウェーハを使用して実施することができる。

ＣＣＦを受け取る転置面としてウェーハの表面の準備をする（ブロック１１０２）。水などの液体を加えて、ＣＣＦと転置面の間に中間膜を形成する（ブロック１１０４）。図３のメンブレン膜結合物を、転置面上に、ＣＣＦが液膜と接触するように配置する（ブロック１１０６）。

任意選択で、メンブレンに圧力を加えて、液膜を排除しまたはＣＣＦの下の液膜を均一に分布させる（ブロック１１０８）。適当な乾燥剤を使用してメンブレンを乾燥させ、さらにＣＣＦと転置面の間の残留液体を乾燥させる（ブロック１１１０）。適当な溶剤を使用してメンブレンを溶解する（ブロック１１１２）。ＣＣＦの中の界面活性剤を変性させる（ブロック１１１４）。残留ＣＣＦは実質的に結晶カーボン・ナノチューブだけを含む。

残留ＣＣＦはアニールされ、転置面に残る（ブロック１１１６）。その後、プロセスは終了となる。

ある種の構造体を用いてある種のステップおよびプロセスが説明されるが、例示的な実施形態の範囲内で、それらのステップもしくはプロセスまたはその両方を、本明細書に記載された結果を達成するように適合させることができることが理解される。多数の層または構造体の中である種の材料が使用されるが、例示的な実施形態の範囲内で、本明細書に記載された任意の層で、記載された材料の代わりに、代替材料または異なってはいるが機能的には等価の材料を使用することができることが理解される。ある種のステップにおいてある種の方法が使用されているが、例示的な実施形態の範囲内で、記載された方法において、機能的に同等の結果を達成するために、ステップを省略、追加または変更することができることが理解される。ある種の動作が「ステップ」として記載されているが、いくつかの動作を１つに結合して、本明細書に記載されたプロセスの単一のステップを形成することができる。提案されたデバイスの例示的な垂直向きに対して、ある向きが「最上部」および「最下部」と呼ばれているが、向きの変更に応じて、最上部および最下部が、左／右もしくは右／左、または最下部および最上部、または前／後ろもしくは後ろ／前になるような形で、デバイスの向きを横に変更することができることが理解される。

このように、例示的な実施形態では、ＣＣＦ、ＣＣＦの製造方法、および半導電膜もしくは金属膜またはその両方の製造においてＣＣＦを使用する方法が提供される。１つのタイプの材料に関して１つの実施形態またはその部分が説明されている場合、製造方法、システムもしくは装置、ソフトウェア実施態様またはそれらの部分は、その材料の異なる顕現物とともに使用するように適合可能または構成可能である。

本発明は、統合化の可能な任意の技術的詳細レベルにおいて、材料、装置、方法もしくはコンピュータ・プログラム製品、またはこれらの組合せであることができる。コンピュータ・プログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。限定はされないが本明細書で使用されるコンピュータ可読記憶デバイスを含むコンピュータ可読記憶媒体は、それ自体が、無線波もしくは自由に伝搬する他の電磁波、導波路もしくは他の伝送媒体内を伝搬する電磁波（例えば光ファイバ・ケーブル内を通る光パルス）、または電線によって伝送される電気信号などの一過性の信号であるとは解釈されない。

本明細書に記載されたコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体から対応するそれぞれの計算／処理デバイスにダウンロードすることができ、あるいは、ネットワーク、例えばインターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワークもしくは無線ネットワークまたはこれらの組合せを介して、外部コンピュータもしくは外部記憶デバイスにダウンロードすることができる。

本発明の一つの実施態様は、以下の通りである。
項[A１]
メンブレンを１つの極性に帯電させることと、
溶液中のカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の表面に前記極性の電荷を獲得させることと、
前記メンブレンで前記溶液を濾過することと
を含み、前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮＴが自発的に整列して、結晶構造体を形成する、
方法。
項[A２]
前記濾過することの部分として、前記溶液が前記メンブレンで濾過されるのを補助すること
をさらに含み、前記補助することが、前記メンブレンの一方の側に圧力を加えることを含む、
項[A１]に記載の方法。
項[A３]
前記圧力が、前記メンブレンの濾液側の陰圧である、項[A２]に記載の方法。
項[A４]
前記圧力が、前記メンブレンの溶液側の陽圧である、項[A２]に記載の方法。
項[A５]
前記メンブレンをプラズマにさらすこと
をさらに含み、前記プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液中の前記ＣＮＴも負に帯電している、
項[A１]に記載の方法。
項[A６]
前記溶液を形成するために、前記ＣＮＴを含む粉末が、液体媒質および界面活性剤と混合され、前記界面活性剤の分子が前記極性の電荷を有し、前記界面活性剤の分子がＣＮＴに付着し、それによって前記ＣＮＴに電荷の前記極性を与える、項[A１]に記載の方法。
項[A７]
前記ＣＮＴが単層カーボン・ナノチューブである、項[A１]に記載の方法。
項[A８]
前記メンブレンが、前記溶液の液体媒質に対しては多孔性だが、前記ＣＮＴは通さない、項[A１]に記載の方法。
項[A９]
前記結晶構造体がＣＮＴの多結晶構造体の部分であり、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成する、項[A１]に記載の方法。
項[A１０]
前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含む、項[A１]に記載の方法。
項[A１１]
転置面上に、結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を含むメンブレンを配置することであって、前記ＣＣＦと前記転置面との間に分離媒質が介在し、
前記分離媒質を除去することと、
前記メンブレンを除去することと、
前記ＣＣＦをアニールすることであって、前記アニールすることが、前記ＣＣＦから界面活性剤分子を除去し、前記ＣＣＦを前記転置面に結合すること
を含む、方法。
項[A１２]
前記アニールすることの前に前記ＣＣＦに変性剤を与えること
をさらに含み、前記変性剤が、前記ＣＣＦの中の前記界面活性剤分子の電荷を変化させる、
項[A１１]に記載の方法。
項[A１３]
前記アニールすることの部分として、チャンバ内で、前記チャンバ内の真空のレベルを維持したまま、前記ＣＣＦを含む前記転置面を１つの温度まで加熱すること
をさらに含む、項[A１１]に記載の方法。
項[A１４]
前記メンブレンに圧力を加えて、前記ＣＣＦと前記転置面の間の前記分離媒質を均一に分布させること
をさらに含む、項[A１１]に記載の方法。
項[A１５]
乾燥剤を与えることであって、
前記分離媒質が水を含み、前記乾燥剤が、前記水を乾燥させることによって前記分離媒質を除去し、
前記乾燥剤を使用して前記メンブレンを乾燥させること
をさらに含む、項[A１１]に記載の方法。
項[A１６]
溶剤を与えること
をさらに含み、前記溶剤が、前記メンブレンを除去することの部分として前記メンブレンを溶解する、
項[A１１]に記載の方法。
項[A１７]
結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を製造する装置であって、
１つの極性の電荷を有するメンブレンと、
カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）を含む溶液であり、前記溶液中の前記ＣＮＴが前記極性の電荷を獲得した、前記溶液と、
前記メンブレンで前記溶液を濾過するための濾過機構と
を備え、
前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮＴが自発的に整列して結晶構造体となる、
装置。
項[A１８]
前記メンブレンで前記溶液を濾過することを補助する補助機構
をさらに備え、前記補助機構が、前記メンブレンの一方の側に圧力を加える、
項[A１７]に記載の装置。
項[A１９]
前記補助機構が、前記メンブレンの濾液側に陰圧を加える、項[A１８]に記載の装置。
項[A２０]
前記補助機構が、前記メンブレンの溶液側に陽圧を加える、項[A１８]に記載の装置。
項[A２１]
酸素プラズマ
をさらに含み、前記酸素プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液の中の前記ＣＮＴも界面活性剤によって負に帯電している、
項[A１７]に記載の装置。
項[A２２]
転置面上に、結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を含むメンブレンを配置する配置構成要素
を備え、前記ＣＣＦと前記転置面の間に分離媒質が介在し、さらに、
前記分離媒質を除去する第１の除去剤アプリケータと、
前記メンブレンを除去する第２の除去剤アプリケータと、
前記ＣＣＦをアニールするためのチャンバと
を備え、前記アニールが、前記ＣＣＦから界面活性剤分子を除去し、前記ＣＣＦを前記転置面に結合する、
装置。
項[A２３]
変性剤アプリケータ
をさらに備え、前記変性剤が、前記ＣＣＦの中の前記界面活性剤分子の電荷を変化させる、
項[A２２]に記載の装置。
項[A２４]
製品であって、
カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の膜
を備え、前記ＣＮＴが、前記膜の中の結晶構造体の中に配列されており、前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含み、前記結晶構造体がドメインの部分であり、複数のドメインがＣＮＴの多結晶構造体を形成しており、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成している、
製品。
項[A２５]
基板材料のウェーハ
をさらに備え、前記ＣＣＦが、前記ウェーハの転置面に結合されている、
項[A２４]に記載の製品。

本発明の別の実施態様は、以下の通りである。
項［Ｂ１］
メンブレンを１つの極性に帯電させることと、
溶液中のカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の表面に前記極性の電荷を獲得させることと、
前記メンブレンで前記溶液を濾過することと
を含み、
前記濾過することは、前記溶液が前記メンブレンで濾過されるのを補助することをさらに含み、
前記補助することが、前記メンブレンの一方の側に圧力を加えることを含み、
前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮＴが自発的に整列して、結晶構造体を形成する方法において
前記溶液に圧力を加えることが、
第１段階として、第１の期間の間、真空圧を、第１のしきい値に設定すること、
次いで、第２段階で、第２の期間の間、真空圧を、前記第１の値よりも大きい第２のしきい値に増大させること、及び
次いで、第３段階で、第３の期間の間、真空圧を、前記第２の値よりも大きい第３のしきい値に増大させることを含む、前記方法。
項［Ｂ２］
前記第１のしきい値が２～３トルよりも低い圧力である、項［Ｂ１］記載の方法。
項［Ｂ３］
前記第１のしきい値により前記濾過が２００秒に１滴の速度で起こり、及び、前記第２のしきい値により、前記第２の期間の間、溶液は９０秒に１滴の速度でメンブレンを通過する、項［Ｂ１］記載の方法。
項［Ｂ４］
前記圧力が、前記メンブレンの濾液側の陰圧である、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ５］
前記圧力が、前記メンブレンの溶液側の陽圧である、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ６］
前記メンブレンをプラズマにさらすことをさらに含み、
前記プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液中の前記ＣＮＴも負に帯電している、
項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ７］
前記溶液を形成するために、前記ＣＮＴを含む粉末が、液体媒質および界面活性剤と混合され、前記界面活性剤の分子が前記極性の電荷を有し、前記界面活性剤の分子がＣＮＴに付着し、それによって前記ＣＮＴに電荷の前記極性を与える、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ８］
前記ＣＮＴが単層カーボン・ナノチューブである、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ９］
前記メンブレンが、前記溶液の液体媒質に対しては多孔性だが、前記ＣＮＴは通さない、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ１０］
前記結晶構造体がＣＮＴの多結晶構造体の部分であり、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成する、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ１１］
前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含む、項［Ｂ１］に記載の方法。
項［Ｂ１２］
結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を製造する装置であって、
１つの極性の電荷を有するメンブレンと、
前記極性の電荷を獲得したカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）を含む溶液を備えるため の容器と、
前記メンブレンで前記溶液を濾過するための濾過機構と
を備え、
前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮ Ｔが自発的に整列して結晶構造体となり、
前記メンブレンで前記溶液を濾過することを補助する補助機構をさらに備え、前記補助機構が、前記メンブレンの一方の側に圧力を加える
前記装置において、
前記溶液に圧力を加えることが、
第１段階として、第１の期間の間、真空圧を、低しきい値に設定すること、
次いで、第２段階で、第２の期間の間、真空圧を、前記第１の値よりも大きい第２のしきい値に増大させること、及び
次いで、第３段階で、第３の期間の間、真空圧を、前記第２の値よりも大きい高しきい値に増大させることを含む、前記装置。
項［Ｂ１３］
前記第１のしきい値が２～３トルよりも低い圧力である、項［Ｂ１２］記載の装置。
項［Ｂ１４］
前記第１のしきい値により前記濾過が２００秒に１滴の速度で起こり、及び、前記第２のしきい値により、前記第２の期間の間、溶液は９０秒に１滴の速度でメンブレンを通過する、項［Ｂ１２］記載の装置。
項［Ｂ１５］
前記補助機構が、前記メンブレンの濾液側に陰圧を加える、項［Ｂ１２］に記載の装置。
項［Ｂ１６］
前記補助機構が、前記メンブレンの溶液側に陽圧を加える、項［Ｂ１２］に記載の装置。
項［Ｂ１７］
酸素プラズマを発生するプラズマ発生器をさらに含み、
前記酸素プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液の中の前記ＣＮＴも界面 活性剤によって負に帯電している、
項［Ｂ１２］に記載の装置。
項［Ｂ１８］
カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の膜を含む構造体であって、
前記ＣＮＴが、前記膜の中の結晶構造体の中に配列されており、前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含み、前記結晶構造体がドメインの部分であり、複数のドメインがＣＮＴの多結晶構造体を形成しており、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成している、
構造体。

Claims (25)

1. メンブレンを１つの極性に帯電させることと、
   溶液中のカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の表面に前記極性の電荷を獲得させることと、
   前記メンブレンで前記溶液を濾過することと
   を含み、前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮＴが自発的に整列して、結晶構造体を形成する、
   方法。
2. 前記濾過することの部分として、前記溶液が前記メンブレンで濾過されるのを補助すること
   をさらに含み、前記補助することが、前記メンブレンの一方の側に圧力を加えることを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記圧力が、前記メンブレンの濾液側の陰圧である、請求項２に記載の方法。
4. 前記圧力が、前記メンブレンの溶液側の陽圧である、請求項２に記載の方法。
5. 前記メンブレンをプラズマにさらすこと
   をさらに含み、前記プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液中の前記ＣＮＴも負に帯電している、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記溶液を形成するために、前記ＣＮＴを含む粉末が、液体媒質および界面活性剤と混合され、前記界面活性剤の分子が前記極性の電荷を有し、前記界面活性剤の分子がＣＮＴに付着し、それによって前記ＣＮＴに電荷の前記極性を与える、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＣＮＴが単層カーボン・ナノチューブである、請求項１に記載の方法。
8. 前記メンブレンが、前記溶液の液体媒質に対しては多孔性だが、前記ＣＮＴは通さない、請求項１に記載の方法。
9. 前記結晶構造体がＣＮＴの多結晶構造体の部分であり、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成する、請求項１に記載の方法。
10. 前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含む、請求項１に記載の方法。
11. 転置面上に、結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を含むメンブレンを配置することであって、前記ＣＣＦと前記転置面との間に分離媒質が介在し、
    前記分離媒質を除去することと、
    前記メンブレンを除去することと、
    前記ＣＣＦをアニールすることであって、前記アニールすることが、前記ＣＣＦから界面活性剤分子を除去し、前記ＣＣＦを前記転置面に結合すること
    を含む、方法。
12. 前記アニールすることの前に前記ＣＣＦに変性剤を与えること
    をさらに含み、前記変性剤が、前記ＣＣＦの中の前記界面活性剤分子の電荷を変化させる、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記アニールすることの部分として、チャンバ内で、前記チャンバ内の真空のレベルを維持したまま、前記ＣＣＦを含む前記転置面を１つの温度まで加熱すること
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記メンブレンに圧力を加えて、前記ＣＣＦと前記転置面の間の前記分離媒質を均一に分布させること
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 乾燥剤を与えることであって、
    前記分離媒質が水を含み、前記乾燥剤が、前記水を乾燥させることによって前記分離媒質を除去し、
    前記乾燥剤を使用して前記メンブレンを乾燥させること
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. 溶剤を与えること
    をさらに含み、前記溶剤が、前記メンブレンを除去することの部分として前記メンブレンを溶解する、
    請求項１１に記載の方法。
17. 結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を製造する装置であって、
    １つの極性の電荷を有するメンブレンと、
    カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）を含む溶液であり、前記溶液中の前記ＣＮＴが前記極性の電荷を獲得した、前記溶液と、
    前記メンブレンで前記溶液を濾過するための濾過機構と
    を備え、
    前記極性の前記メンブレンと前記極性の前記ＣＮＴとの間の電磁的斥力により前記ＣＮＴが自発的に整列して結晶構造体となる、
    装置。
18. 前記メンブレンで前記溶液を濾過することを補助する補助機構
    をさらに備え、前記補助機構が、前記メンブレンの一方の側に圧力を加える、
    請求項１７に記載の装置。
19. 前記補助機構が、前記メンブレンの濾液側に陰圧を加える、請求項１８に記載の装置。
20. 前記補助機構が、前記メンブレンの溶液側に陽圧を加える、請求項１８に記載の装置。
21. 酸素プラズマ
    をさらに含み、前記酸素プラズマが前記メンブレンに負電荷を与え、前記溶液の中の前記ＣＮＴも界面活性剤によって負に帯電している、
    請求項１７に記載の装置。
22. 転置面上に、結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を含むメンブレンを配置する配置構成要素
    を備え、前記ＣＣＦと前記転置面の間に分離媒質が介在し、さらに、
    前記分離媒質を除去する第１の除去剤アプリケータと、
    前記メンブレンを除去する第２の除去剤アプリケータと、
    前記ＣＣＦをアニールするためのチャンバと
    を備え、前記アニールが、前記ＣＣＦから界面活性剤分子を除去し、前記ＣＣＦを前記転置面に結合する、
    装置。
23. 変性剤アプリケータ
    をさらに備え、前記変性剤が、前記ＣＣＦの中の前記界面活性剤分子の電荷を変化させる、
    請求項２２に記載の装置。
24. 製品であって、
    カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）の膜
    を備え、前記ＣＮＴが、前記膜の中の結晶構造体の中に配列されており、前記結晶構造体が、それらの円筒軸が正三角形に配列された少なくとも３つのＣＮＴを含み、前記結晶構造体がドメインの部分であり、複数のドメインがＣＮＴの多結晶構造体を形成しており、ＣＮＴの前記多結晶構造体が結晶カーボン・ナノチューブ膜（ＣＣＦ）を形成している、
    製品。
25. 基板材料のウェーハ
    をさらに備え、前記ＣＣＦが、前記ウェーハの転置面に結合されている、
    請求項２４に記載の製品。

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