JP3933664B2 - Optical sensor, optical sensor manufacturing method and driving method, and optical intensity detection method - Google Patents
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Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法に関する。
【0002】
(背景技術)
近年、光センサに対し、小型化および高感度化の要請がとみに高まっており、光信号を効率よく電気信号に変換し、検出することのできるセンサの実現が強く望まれている。
【0003】
本発明者は、こうした要請に鑑み、光照射によって分極する分子(以下適宜感光性分子と呼ぶ)を光検出物質として利用するセンサの開発を進めてきた。こうした感光性分子を光センサの光検知部として用いることができれば、光情報を高感度、高精度で検出できることが期待される。
【0004】
こうした観点から、本発明者は、すでにバクテリオロドプシンを用いた画像認識素子について公表している(特許文献1参照)。好塩菌の紫膜(Purple membrane)を脂質とともに構成するタンパク質であるバクテリオロドプシンは、光受容タンパク質であり、光照射に対し微分型の応答を示す(図1)。
【0005】
特許文献1に記載の画像認識素子は、このバクテリオロドプシンの応答を、移動物体の輪郭などを抽出する画像センサに利用したものであり、バクテリオロドプシンの配向膜が光によって電気分極した際に画素電極に誘導される誘導電流を検出するものである。この画像認識素子によれば、誘導電流を検出するため、誘導電圧を検出する画像認識素子に比べノイズが少ない。よって、電極を微小化した際にも信号を検出することができる。また、バクテリオロドプシンの配向膜を用いることにより、光検出部を超薄膜化することができる。
【特許文献1】
特開2000−267223号公報
【非特許文献1】
Methods in Enzymology,31,A, pp.667−678 (1974)
【0006】
(発明の開示)
ところが、バクテリオロドプシン等の感光性分子の電気分極に起因する信号は小さく、誘導電流を検出する場合においても、必ずしも十分な誘導電流値が得られない。従って、この信号を光センサとして用いる際に、十分な電流値を得るための増幅が必要な場合がある。従来、この増幅系は大がかりな装置を必要とするため、光センサを大型装置に組み込む必要があった。
【0007】
上記事情に鑑み、本発明は、小型で高感度の光センサ、光センサの製造方法および駆動方法、ならびに光強度検出方法を提供することを目的とする。
【0008】
本発明によれば、基板と、該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備えることを特徴とする光センサが提供される。
【0009】
本発明の光センサは、光が照射されると、受光により分極が発生する層で分極が起こり、誘起電荷が生じる。ここで、カーボンナノチューブは、電界の強弱によってコンダクタンスが変化する性質を有しているため、上記誘起電荷がトリガーとなってカーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、ソース・ドレイン電極間に流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、受光した光の強度等を検出することができる。
【0010】
受光により分極が発生する層での分極による信号は小さくても、この信号がトリガーとなって生じるソース・ドレイン電極間の電流値の変化は大きな値となる。したがって、受光の有無を検知するために十分大きな電気的信号を得ることができる。
【0011】
また、本発明の光センサは、ソース電極およびドレイン電極を接続する配線部材に導電性の高いカーボンナノチューブを用いているため、電極を微小化しても充分な電流値を得ることができる。この結果、光センサのサイズを小型化することができる。これにより、単位面積あたりのソース電極およびドレイン電極数、すなわち画素数を大きくすることができる。
【0012】
本発明によれば、基板の表面にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光センサの製造方法が提供される。
【0013】
本発明の光センサの製造方法によれば、ソース電極およびドレイン電極がカーボンナノチューブによって接続され、カーボンナノチューブの上部に受光により分極が発生する層が形成される。したがって、高精度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる。
【0014】
本発明によれば、前記の光センサの駆動方法であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の電流を流し、電流値の変化を検知することを特徴とする光センサの駆動方法が提供される。
【0015】
本発明の光センサの駆動方法は、ソース電極とドレイン電極との間に所定の電流が流れている状態とし、受光により発生した分極の程度に応じてカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させ、これにともなう電流値の変化を検知するものである。この電流値の変化の大きさにより、受光した光の強度が検出される。電流値の変化は感光性分子の分極を直接検知する場合に比べて大きいため、感度・精度の高い測定が可能となる。
【0016】
本発明によれば、受光により分極する層および該層に近接して設けられたカーボンナノチューブを含むセンサを用いて光強度の検出を行う方法であって、前記カーボンナノチューブに電圧を印加し、前記層の受光によって引き起こされる前記カーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出することを特徴とする光強度検出方法が提供される。
【0017】
本発明の光検出方法においては、光照射により受光により分極する層が分極し、誘起電荷を生じる。この誘起電荷がトリガーとなって、カーボンナノチューブのコンダクタンスが変化し、カーボンナノチューブを流れる電流値が変化する。この電流値の変化を検出することによって、光強度を検出することができる。本発明の方法によれば、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる。
【0018】
本発明の光検出方法において、前記受光により分極する層がバクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。こうすることにより、受光により分極する層での分極を安定で確実に生じさせることができる。したがって、精度、感度の高い光検出方法とすることができる。
【0019】
本発明の光センサにおいて、前記カーボンナノチューブの表面に絶縁層を有してもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層との間を確実に絶縁することができる。よって、光センサの動作安定性を向上させることができる。
【0020】
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、高分子層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面が良好に被覆され、絶縁性を安定的に確保することができる。高分子層は、たとえば有機高分子層とすることができる。
【0021】
本発明の光センサにおいて、前記絶縁層は、前記カーボンナノチューブの側面に高分子が巻回してなる層であってもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブの表面を均一に被覆することができる。また、被覆層を強固で安定な層とすることができる。このため、光センサの動作安定性を向上させ、信頼性を向上させることができる。また、高分子が巻回してなる層とすることにより、被覆層の膜厚を減少させることができる。このため、より一層確実にカーボンナノチューブのコンダクタンスを変化させることができる。
【0022】
なお、本発明において、「高分子」とは、カーボンナノチューブに巻回するために充分な骨格鎖長を有する分子のことをいう。また、高分子がカーボンナノチューブの側面に「巻回」するとは、高分子の分子鎖がカーボンナノチューブ側面を周回して巻き付き、カーボンナノチューブの表面を被覆することをいう。
【0023】
本発明に係る光センサの製造方法において、カーボンナノチューブの配向膜を作製する前記工程は、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含んでもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと受光により分極する層とを確実に絶縁することができる。
【0024】
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子として高分子を用い、前記カーボンナノチューブの表面に高分子層を形成してもよい。こうすれば、絶縁層の被覆性を向上させることができる。よって、カーボンナノチューブの表面をさらに安定的に絶縁することができる。
【0025】
本発明の光センサの製造方法において、前記被覆分子としてタンパク質を分散させた分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させてほどき、ほどけた前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させてもよい。
【0026】
本発明に係る製造方法によれば、簡便な方法によりカーボンナノチューブの表面に高分子を巻回させることができる。このため、カーボンナノチューブの表面を簡便な方法で被覆することができる。よって、カーボンナノチューブ表面の絶縁性をさらに確実とすることができる。
【0027】
本発明において、前記高分子はポリペプチドとすることができる。ポリペプチドを用いることにより、その骨格鎖をカーボンナノチューブに安定的に被覆することができる。また、本発明において、前記ポリペプチドは変性タンパク質とすることができる。
【0028】
また本発明の光センサの製造方法において、前記高分子としてタンパク質を用い、前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることができる。
【0029】
変性タンパク質は、未変性タンパク質と異なり、一般に疎水部が露出しがちになる。このため、カーボンナノチューブ側面への巻回がより一層容易、確実になる。また、タンパク質の分散液を液体表面に展開することにより、分散液と液体との界面張力によってタンパク質を効率よく変性させ、疎水部を露出させることができる。なお本発明においてタンパク質の「変性」とは、当該タンパク質分子の立体構造の崩壊と機能の失活、または当該タンパク質分子を構成する一次構造すなわちアミノ酸配列の切断以外のコンフォメーション変化のことをいい、コンフォメーション変化の程度に特に制限はない。
【0030】
本発明において、前記ポリペプチドは膜タンパク質とすることができる。膜タンパク質は多くの場合疎水性の高い領域を有しているため、これを用いることにより、カーボンナノチューブ側面に効率よく吸着し、安定的に巻回させることができる。
【0031】
以上説明したように本発明の光センサは、基板と、基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、を備える。このため、受光により分極が発生する層での分極による小さな信号がトリガーとなって、ソース・ドレイン電極間の電流値の変化という大きな電気的信号が得られ、この電流値の変化を検知することによって高い精度・感度で光の検出が可能な光センサおよびその駆動方法が実現される。
【0032】
また、本発明によれば、高精度・感度で小型、かつ画素数の多い光センサを安定的に製造することができる光センサの製造方法が提供される。
【0033】
さらに、本発明によれば、カーボンナノチューブに電圧を印加し、受光により分極が発生する層の受光によって引き起こされるカーボンナノチューブ中の電流値の変化を検出し、この電流値の変化から光強度を検出するため、比較的小さな分極信号から、比較的大きな電流値変化が得られ、光強度を高い精度・感度で測定することができる光強度検出方法が実現される。
【0034】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係る光センサの好ましい実施形態について説明する。図2は、本発明に係る光センサの構成の一例を示す図である。図2において、基板3と、基板3の上に設けられたソース電極5aおよびドレイン電極5bと、これらの間を接続するカーボンナノチューブ7と、カーボンナノチューブ7上に形成された絶縁層11と、絶縁層11上に形成された受光により分極が発生する層13とを含む。
【0035】
受光により分極が発生する層13には、受光によって分極する分子(以下適宜感光性分子と呼ぶ)が存在し、受光によって感光性分子が分極し、誘起電荷が生じる。この誘起電荷によりカーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化するため、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間を流れる電流値が変化する。
【0036】
図3は、カーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化する様子を模式的に示した図である。図3において、感光性分子の光電分極によって生じる電荷は、カーボンナノチューブ7のπ電子場を変化させるため、カーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化すると推定される。このカーボンナノチューブのコンダクタンス変化により、カーボンナノチューブ7を流れる電流値が変化する。図2の光センサでは、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの接続に、カーボンナノチューブ7を用い、カーボンナノチューブ7の上部に受光により分極が発生する層13を有するので、カーボンナノチューブ7を介してソース電極5aおよびドレイン電極5bの間を流れる電流値が変化する。
【0037】
この電流値の変化を検知することにより、感光性分子の光電分極による小さな信号を、ナノアンペア(10-9A)程度の電流値変化として検出することができる。したがって、光信号を電気信号に変換する高感度な光センサとすることができる。
【0038】
本発明の光センサにおいて、ソース電極およびドレイン電極が、前記基板表面に二次元的に配列された構成とすることができる。たとえば、ソース電極およびドレイン電極を、図5に示すように配列することができる。
【0039】
また、図16は、ソース電極およびドレイン電極の配置の他の例を示す図である。図16の配置は、第1の電極101と、第1の電極101と離間して第1の電極101の周辺を囲むように設けられた第2の電極102と、を備えている。第1の電極101および第2の電極102のうち、いずれか一方をソース電極とし、他方をドレイン電極とする。このような電極配置とすれば、ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブで接続することが、比較的容易になり、生産性が良好となる。
本発明の光センサにおいて、図2の光センサのように、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に、絶縁層を備えることとしてもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブと、受光により分極が発生する層との間に電流がリークすることを防止できる。
【0040】
たとえば、絶縁層がタンパク質を主として含むことができる。こうすることにより、絶縁層を薄膜化することができるため、受光により分極が発生する層で生じた分極が、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化を効果的に導くことができる。
また、絶縁層は、変性タンパク質を主として含んでもよい。たとえば、絶縁層が変性バクテリオロドプシンを含む構成とすることができる。
【0041】
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子を主として含む構成とすることができる。たとえば、本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層が、受光により分極する分子の配向膜を含む構成とすることができる。こうすることにより、光信号を効率的に集約することができるため光センサの精度、感度を向上させることができる。また、光信号を微小な面積ごとに検出することが可能となり、光センサを小型化することができる。
【0042】
本発明の光センサにおいて、受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層とすることもできる。バクテリオロドプシンは感光性分子であり、かつタンパク質の中では構造安定性が高く、光信号に対して精度よく分極を生じる。したがって、光センサの精度、感度をより一層向上させることができる。また、光センサの耐久性を向上させることができる。配向したバクテリオロドプシンを含む層の具体例としては、配向した紫膜を例示することができる。
【0043】
図3は、紫膜を用いた光センサの概略構成図である。受光により分極が発生する層13は紫膜からなり、感光性分子であるバクテリオロドプシン41および脂質二重膜により構成されている。なお、本明細書においては、このように感光性分子と他の成分とが含まれる場合も含め、タンパク質単分子膜51、受光により分極が発生する層13を適宜図2のように模式的に表すこととする。
【0044】
また、前記受光により分極が発生する層は、配向したバクテリオロドプシンを含む層が複数積層された層とすることができる。こうすることにより、光センサの感度を向上させることができる。
【0045】
感光性分子として、たとえば、光電変換機能を有する合成高分子や、生体由来物質を用いることができる。生体由来物質として、たとえば、クロロフィルaなどのポルフィリン環を有する分子などを用いることもできる。
本発明の光センサにおいて、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)および多層カーボンナノチューブ(MWCNT)のいずれを用いてもよい。このうち金属的性質のSWCNTは、周囲の電子環境によりコンダクタンスが変化しやすい性質を有するため、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続する配線部材として好適に用いることができる。
【0046】
以下、本発明に係る光センサおよびその製造方法を実施形態により詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態に係る光センサを、図2、図3に示す。基板3上に、カーボンナノチューブ7により接続されたソース電極5aおよびドレイン電極5bが設けられており、カーボンナノチューブ7により接続されたソース電極5aおよびドレイン電極5bの表面に絶縁層11が形成されている。カーボンナノチューブ7はSWCNTである。絶縁層11上に、受光により分極が発生する層13として、タンパク質単分子膜51が設けられている。受光により分極が発生する層13の上部には、これを保護するための保護層15が設けられており、この保護層15上部に、透明導電層17および透明基板19がこの順で設けられている。図2においては、透明導電層17が接地されているが、オフセット電圧を透明導電層17に印加してもよい。この場合、たとえば基板3を接地することができる。
【0047】
本実施形態に係る光センサは以下のように動作する。すなわち、
(I)ソース電極5aとドレイン電極5bとの間に電流を流す。
(II)受光により分極が発生する層13に含まれる感光性分子が、受光により分極する。
(III)上記分極をトリガー信号として、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間を接続するカーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化する。このコンダクタンス変化により、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間に流れる電流値が変化する。
(IV)ソース電極5aとドレイン電極5bとの間に流れる電流値の変化を測定することにより、光強度を検出する。
【0048】
あるいは、第2の実施形態で後述するように、上記(I)のステップに代え、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間に電圧を印加しつつ電流は流さないものとし、(II)のステップでのトリガー信号をスイッチとしてソース電極5aとドレイン電極5bとの間に電流が流れるようにすることもできる。すなわち、光を受光していない状態では電流が流れないものとし、受光したときに電流がオンとなる動作とすることもできる。この電流値を測定することにより、光強度が検出される。
【0049】
以上のように本実施形態の光センサにおいては、感光性分子の光誘起電荷は、そのまま検出信号として取り出されるのではなく、ソース・ドレイン間電流を変化させるトリガー信号として利用される。すなわち、感光性分子の光誘起電荷は、ソース・ドレイン間に配置されたカーボンナノチューブのコンダクタンス変化のトリガー信号として用いられ、このトリガー信号により変化するソース電極5aおよびドレイン電極5b間の電流値が検出されるように構成されている。
【0050】
本実施形態の光センサに用いるカーボンナノチューブ7を、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)とした場合、周囲の電子状態に応じてコンダクタンスが顕著に変化する。したがって、本実施形態の光センサにおいて、SWCNTによってソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続することにより、感光性分子の光電分極による信号を、ナノアンペア(10−9A)程度の電流変化として検出することが可能となる。これにより、感光性分子の光電分極を直接検出する場合に比べて、光センサの感度を向上させることができる。
【0051】
なお、本実施形態の光センサにおいて、光センサに照射される光強度の増加に応じて、バクテリオロドプシンの分極の速度(遅延時間の逆数)が単調増加することが実験的に確かめられている。また、照射される光強度が大きいほど、バクテリオロドプシンの分極によりカーボンナノチューブを介して流れるドレイン電流が増加する。
【0052】
また、カーボンナノチューブ7として多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を用いることもできる。たとえば、半導体のMWCNTを用いる場合、受光により感光性分子が分極した際にソース電極5aおよびドレイン電極5bが通電すると推定される。また、基板およびソース電極5aおよびドレイン電極5bを半導体により構成することができる。
【0053】
次に、図2に示す光センサの作製方法を説明する。本実施形態の光センサは、以下の工程により作製される。
(i)基板3にソース電極5aおよびドレイン電極5bを形成する工程、
(ii)カーボンナノチューブ7によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続する工程、
(iii)カーボンナノチューブ7上に絶縁層11を形成する工程、
(iv)絶縁層11上に、受光により分極が発生する層13を形成する工程、
(v)基板3と透明基板19との接合により積層体を形成する工程。
以下、これらの各工程について図4に示す断面図を用いて説明する。
【0054】
(i)基板3にソース電極5aおよびドレイン電極5bを形成する工程
図4(a)に示すように、基板3の一方の表面に、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとなる電極対を形成する。ソース電極5aおよびドレイン電極5bを基板3の表面に二次元的に配置する場合、たとえば図5に示す構成とすることができる。基板3として、たとえば、シリコン、SiC、MgO、石英等の絶縁体材料あるいは半導体材料を用いることができる。
【0055】
基板3の表面に、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングまたはウエットエッチング等によってマスクを作製する。ソース電極5aおよびドレイン電極5bは、マスクの設けられた基板3上に、金属の薄板を接着する方法、基板3上に金属を蒸着する方法や、スパッタ法等により形成される。ソース電極5aおよびドレイン電極5bを構成する金属として、たとえばTi、Crなどの炭化物を形成しうる金属、Au、Pt、Cuなどの低抵抗金属や、これらの合金、たとえばAu−Cr合金、などを用いることができる。特に、炭化物を形成しうる金属を用いることにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとカーボンナノチューブ7との接触抵抗を低下させることができるため、好ましい。また、Auは貴金属であり、比電気抵抗も低いため、好ましい。
【0056】
また、ソース電極5aおよびドレイン電極5bにAu、Ptなどの貴金属や炭素との親和性が低い金属を用いる場合、カーボンナノチューブ7との接触抵抗を低下させるために、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの表面に、TiやCrなどの炭化物を形成しうる金属を含む接着層が設けられていることが好ましい。このような電極として、たとえば、Au上にTi層が形成された電極を用いることができる。こうすることにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとカーボンナノチューブ7との接触抵抗を低下させることが可能である。接着層を形成する方法は、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの表面に、炭化物を形成しうる金属を蒸着する方法があげられる。
【0057】
ソース電極5aおよびドレイン電極5bの厚さは、たとえば0.5nm以上100nm以下とすることができる。ソース電極5aおよびドレイン電極5bのソース電極とドレイン電極との間隔は、カーボンナノチューブ7の長さに応じて適宜設計される。たとえば、50nm以上10μm以下とする。
【0058】
なお、基板3の表面に設けられた各ソース電極5aおよびドレイン電極5bは、第5の実施形態にて後述するように、基板3の裏面側などから配線を介して電流検出手段に接続することができる。こうすることにより、各ソース電極5aおよびドレイン電極5bの間を流れるそれぞれの電流値を検出することができる。
(ii)カーボンナノチューブ7によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続する工程
【0059】
図4(a)において、基板の表面に形成されたソース電極5aおよびドレイン電極5bは、図4(b)に示すように、カーボンナノチューブ7によって電気的に接続される。カーボンナノチューブ7は、たとえば長さ50nm以上10μm以下のものを用いることができる。また、SWCNTまたはMWCNTを用いることができる。
【0060】
ソース電極5aとドレイン電極5bとの間をカーボンナノチューブ7によって接続する方法として、たとえば、カーボンナノチューブ配向膜を基板3の表面に付着させる方法、AFM(原子間力顕微鏡)の探針などを用いてカーボンナノチューブ7を移動させる方法、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの側面から基板3に水平方向に成長させる方法、が挙げられる。本実施形態および第2の実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を基板3の表面に付着させる方法について説明する。他の方法については、第3の実施形態、第4の実施形態において後述する。
【0061】
ソース電極5aおよびドレイン電極5bをカーボンナノチューブ7によって接続する工程は、カーボンナノチューブ7の配向膜を作製する工程と、カーボンナノチューブ7の配向膜をソース電極5aおよびドレイン電極5bの設けられた基板表面に付着させる工程と、を含む。また、その後、ソース電極5a、ドレイン電極5b、およびソース電極5aとドレイン電極5bとの間の領域以外に付着したカーボンナノチューブ7を選択的に除去する工程を実施する。
【0062】
カーボンナノチューブ7の配向膜は、以下のようにして作製することができる。まず、カーボンナノチューブ7およびタンパク質を分散媒に分散させる。分散媒として、有機溶媒の水溶液等を用いることができ、たとえば33v/v%DMF(ジメチルフォルムアミド)水溶液を用いることができる。タンパク質は、カーボンナノチューブ7を配向させた状態に保つ支持体となる。このような支持体として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシンを用いる。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム(Halobacterium salinarum)などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、たとえば、Methods in Enzymology,31,A,pp.667−678(1974)に記載の方法を用いることができる。支持体の分散液に、過剰量のカーボンナノチューブ7を加え、超音波分散機などを用いて分散させる。分散液中に残存するカーボンナノチューブ7の凝集物を除去する。
【0063】
上記により得られたカーボンナノチューブ7および支持体の分散液を、図6に示すように、水槽に張った下層液の液面上に、シリンジなどを用いて静かに展開する。こうすることにより、カーボンナノチューブ7の単分子膜が得られる。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ61を用いており、下層液としてHClでpH3.5に調製した純水を用いている。
【0064】
次に、カーボンナノチューブ7の単分子膜を静置し、タンパク質を下層液の界面張力によって界面変性させる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で5時間以上静置することが好ましい。こうすることにより、変性したタンパク質の凝集物が、カーボンナノチューブ7の支持体となり、カーボンナノチューブ7が配向された状態を維持できるようになる。カーボンナノチューブ7が略平行に配列された単分子膜は、しきり板としてラングミュアトラフの可動式バリア63を用いて圧縮して得られる。たとえば支持体として紫膜を用いる場合、表面圧力が15mN/mになるまで圧縮速度20cm2/minで圧縮することが好ましい。カーボンナノチューブ7の配向は、AFMなどを用いて確認される。図6は、カーボンナノチューブ7の配向膜のAFM写真であり、白抜きの円内が各カーボンナノチューブ7を示している。
【0065】
また、図17は、紫膜を支持体として作製したカーボンナノチューブの配向膜のAFM像を示す図である。一方、図18は支持体を用いずに作製した配向カーボンナノチューブの単分子膜のAFM像を示す図である。図17および図18において、AFM観察には、生体分子可視化・計測装置BMVM−X1(Digital Instruments社製NanoScopeIIIaを改造)を用いた。シリコン単結晶(NCH)をプローブとして用い、測定モードはタッピングAFMとした。また、測定範囲は、4μm×4μm(Z10nm)とした。
【0066】
図17および図18より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかる。そして、図17に示すように支持を用いることにより、カーボンナノチューブの配向性が向上し、カーボンナノチューブは略平行に配列していることが確認された。図18のように、カーボンナノチューブのみを用いた場合、ある程度は配向するものの、成膜時に配向性が低下した。これに対し、図17の場合、カーボンナノチューブの配向状態が変性バクテリオロドプシンを主として含む支持体によって保持されるため、成膜後も高い配向性を維持することができた。なお、図6、図17、図18において、カーボンナノチューブとして、CNI社製単層カーボンナノチューブ(Open end type、直径約1nm、精製純度約93%)を用いた。
【0067】
こうして得られたカーボンナノチューブ7の配向膜を、(i)の工程で得られた電極表面に、水平付着法により付着させる。水平付着法とは、基板表面が水面上の配向膜に水平になるよう、基板を液面に接触させ、引き上げることによって、水面上の配向膜を基板の表面に付着させる方法である。
【0068】
以上により、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの設けられた基板3の表面に、カーボンナノチューブ7の配向膜が作製される。
以降の工程を、図7の上面図および図8の断面図を用いて説明する。なお、図7(a)〜図7(f)の各工程は、図8(a)〜図8(f)の各工程に対応している。
【0069】
まず、図7(a)および図8(a)に示すように、基板3の表面にソース電極5aおよびドレイン電極5bを形成する。次いで、図7(b)および図8(b)に示すように、ソース電極5aおよびドレイン電極5b上にカーボンナノチューブ7の配向膜を吸着させる。次いで、図7(c)および図8(c)のように、カーボンナノチューブ配向膜の表面に、プラズマCVD法などを用いて、絶縁膜21を形成する。絶縁膜21として、たとえばSiO2などを用いることができる。また、絶縁膜21の膜厚は、たとえば1nm以上1μm以下とすることができる。
【0070】
次に、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ7のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ7を除去するため、図7(d)および図8(d)に示すように、にレジスト膜25を形成する。次に、図7(e)および図8(e)のように、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、レジスト膜25の施されていない部分の絶縁膜21およびカーボンナノチューブ7を除去する。そして、絶縁膜21を溶解せずレジスト膜25を溶解する溶液を用いてレジスト膜25を除去する。
【0071】
以上により、図7(f)および図8(f)のように、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間にカーボンナノチューブ7を設け、不要な部分のカーボンナノチューブ7は除去された基板3が得られる。
【0072】
本実施形態では、上述のように、カーボンナノチューブ7上部に絶縁膜21が設けられているため、これを除去せずに(iii)の工程に進むことができ、絶縁体以外のマスクを施した場合に比べ、製法を簡略化することができる。
【0073】
なお、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図7(b)および図8(b)以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で1000℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとカーボンナノチューブ7との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
【0074】
また、絶縁膜21を除去した後、基板3の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極5aおよびドレイン電極5bそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、(i)と同様にして行うことができる。こうすることにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続するカーボンナノチューブ7が、上下の金属層で挟まれた構成となるため、電気的接触をより良好なものとすることができる。
【0075】
以上のように、本実施形態においては、カーボンナノチューブ7の配向した単分子膜を用いることにより、簡便に効率よくソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続することができる。そして、図5に示すように、一組のソース電極5aおよびドレイン電極5bを画素9として、各画素9の間を流れる電流の検出が可能である。したがって、画素9を微小化することができる。たとえば、1億画素/cm2とすることが可能となる。
【0076】
(iii)カーボンナノチューブ7上に絶縁層11を形成する工程
図4(c)に示すように、(ii)の工程でソース電極5aおよびドレイン電極5b上に形成されたカーボンナノチューブ7の表面に絶縁層11を形成する。
絶縁層11を形成する方法として、たとえば、ポリイミド等のポリマーをカーボンナノチューブ7の設けられた基板3の表面にスピンコートする方法がある。
また、たとえば、ポリイミドなどのポリマーを単分子膜の累積膜として形成する方法がある。
【0077】
あるいは、変性タンパク質からなる膜を形成し、これを水平付着法などにより表面にソース電極5a、ドレイン電極5b、およびカーボンナノチューブ7が設けられた基板3の表面に付着させ、絶縁層11として用いることもできる。変性タンパク質からなる膜として、たとえばバクテリオロドプシンの変性膜がある。また、バクテリオロドプシンを含む紫膜を用いることもできる。紫膜は、(ii)の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム(Halobacterium salinarum)などの好塩菌から分離することができる。
【0078】
以下、紫膜を用いた場合を例に、図10を参照して説明する。バクテリオロドプシン341を含む紫膜を、分散媒342に分散させ、タンパク質展開液350を調製する。下層液360を張った水槽の液面上に、シリンジ362などを用いて静かに展開する。本実施形態では、水槽としてラングミュアトラフ361を用いている。また、タンパク質としてバクテリオロドプシン341を用いる場合、分散媒342としてたとえば33v/v%ジメチルフォルムアミド(DMF)水溶液を用いることができる。このとき下層液360として、たとえばHClでpH3.5に調製した純水を用いることができる。
【0079】
下層液360の上部に得られたタンパク質の単分子膜を所定の時間静置することにより、界面張力によりタンパク質を界面変性させ、変性タンパク質単分子膜352が得られる。バクテリオロドプシン341の場合、室温にて5時間以上静置するのがよい。
【0080】
次に、しきり板としてラングミュアトラフ361の可動式バリア363を用い、下層液360の液面上に形成された単分子膜を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン341の場合は、たとえば表面圧力が15mN/mになるまで圧縮する。
なお、表面圧力とは1次元圧力であり、単位長さ当たりの力で表される。単分子膜は下層液の液面上にシート状に形成されており、側面から圧縮されると、膜の側面方向から1次元の力が作用する。このとき、その力を力が加わった単分子膜の側面方向の1次元長さで割った値が表面圧力である。
【0081】
圧縮後、水平付着法により、(ii)の工程で得られた基板3の表面に、変性タンパク質単分子膜352を付着させる。また、水平付着法を繰り返すことにより、変性タンパク質単分子膜352を累積することができる。累積層数を変化させることにより、絶縁層11の厚さを変化させることができる。たとえば、変性タンパク質単分子膜352の一層の厚さは約1.5nmであるため、絶縁層11の厚さを1.5nm単位の所定の厚さとすることができる。
【0082】
(iv)絶縁層11上に、受光により分極が発生する層13を形成する工程
図4(d)に示すように、(iii)の工程で得られた絶縁層11の表面に、受光により分極が発生する層13を形成する。受光により分極が発生する層13は、受光により分極が発生する分子の単分子膜または積層膜とすることができる。
【0083】
受光により分極が発生する層13は、たとえばバクテリオロドプシンの配向膜とすることができる。バクテリオロドプシンの配向膜は、受光により安定的に分極を起こすため、好適に用いられる。なかでも、紫膜は、比較的耐久性に優れるバクテリオロドプシンを含んでおり、好ましく用いられる。紫膜は、(ii)の工程と同様に、ハロバクテリウム・サリナルム(Halobacterium salinarum)などの好塩菌から分離することができる。
【0084】
受光により分極が発生する層13を形成する工程は、受光により分極する分子を含む分散液を、液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、受光により分極する分子の配向膜と、カーボンナノチューブ7とを、直接または絶縁層11を介して付着させる工程と、受光により分極する分子の配向膜を透明基板19の表面に付着させる工程と、を含む。このうち、受光により分極する分子の配向膜を透明基板19の表面に付着させる工程については、(v)の工程で後述する。
【0085】
以下、紫膜のLangumuir−Blodgett(LB)膜を作製し、受光により分極が発生する層13を形成する場合を例に、図9の工程断面図を参照して説明する。
まず、タンパク質成分としてバクテリオロドプシン41を含む紫膜を、分散媒42に分散させ、タンパク質展開液50を調製する。得られたタンパク質展開液50を、下層液60を張った水槽の液面上に、シリンジ62などを用いて静かに展開する。本実施形態では水槽としてラングミュアトラフ61を用いている。また、バクテリオロドプシン41を用いる場合、分散媒42としてたとえば33v/v%ジメチルフォルムアミド(DMF)水溶液を用いることができる。このとき、下層液60として、たとえばpH3.5の塩酸水溶液等の酸性溶液を用いることができる。こうすることにより、下層液60の上部にタンパク質単分子膜51が得られる。このとき、タンパク質単分子膜51を形成している分子の配向は、下層液60の界面張力の効果により、ほぼ同一となる。ここで、分散媒42を揮発させるために静置する。感光性分子にタンパク質などを用いた場合には、界面変性が生じないよう静置時間を設定する。たとえば、バクテリオロドプシン41を用いる場合、静置時間を10分程度とする。
【0086】
次に、しきり板としてラングミュアトラフ61の可動式バリア63を用い、下層液60の液面上に形成されたタンパク質単分子膜51を、所定の表面圧力となるまで圧縮する。バクテリオロドプシン41の場合、たとえば表面圧力が15mN/mになるまで圧縮速度20cm2/minで圧縮する。
【0087】
その後、水平付着法により、絶縁層11の表面に、単分子膜を付着させる。たとえば、バクテリオロドプシンを用いた場合、一層の単分子膜の厚さは約5nmとなる。
【0088】
また、水平付着法を繰り返すことにより、絶縁層11の表面に単分子膜を積層することができる。積層する際には、1層積層するごとに、純水によるリンスおよびN2ガス雰囲気下での乾燥を施す。積層数を変化させると、受光により分極が発生する層13の厚さを変化させることができるため、光センサの感度を調整することができる。
【0089】
なお、下層液にpH3.5の塩酸水溶液を用いた場合、紫膜のLB膜のΠ−Aプロットは図14のようになる。図14において、Ciはタンパク質単分子膜51中のバクテリオロドプシンの初期濃度に関する指標であり、
Ci=(下層液上のバクテリオロドプシン分子数)×11.5nm2/(圧縮前の気液界面の面積)
なる式で示される。上式において、11.5nm2とは、X線回折により得られたバクテリオロドプシン一分子あたりの面積である。
【0090】
(v)基板3と透明基板19との接合により積層体を形成する工程
上述した工程により得られた基板3と透明基板19とを、図4(g)に示すようにそれぞれの基板表面を外側にして当接した状態で固定することにより基板間が接合し、図2の光センサが得られる。
なお、図4(e)および図4(f)に示すように、透明基板19の一方の表面には透明導電層17および保護層15がこの順で設けられている。透明基板19として、樹脂やガラスなどの透明材料を用いることができる。また、透明導電層17として、たとえばインジウム錫酸化物(ITO)などの光透過性導電層を用いることができる。保護層15としては、たとえばガラス、樹脂、または絶縁層11と同じ変性タンパク質膜など、透明の絶縁材料を用いることができる。
【0091】
以上のようにして得られた光センサは、タンパク質分子の受光による分極により、カーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化し、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間を流れる電流値が変化する。この変化を検知することによって、受光の有無および強度を検出することができる。本実施形態の光センサにおいては、タンパク質分子の受光による分極による信号に比べ、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間を流れる電流値が変化は大きく、従来の光センサで必要とされた大型の増幅装置への接続が不要となる。また本実施形態の光センサは、受光により分極が発生する層13は感光性分子の薄膜であるため、薄型かつ高感度である。そして、カーボンナノチューブ7によって接続された一対のソース電極5aおよびドレイン電極5bを画素9とするため、単位面積あたりの画素数が高い(図5)。さらに、本実施形態の光センサは、光信号を電気信号に変換する素子であり、光照射によってソース電極およびドレイン電極間の電流値を変化させることができる。
【0092】
なお、本実施形態に記載の光センサでは、図5に示すように基板表面にソース電極およびドレイン電極を二次元的に形成したが、一列に配置するように形成することもできる。このような一次元の光センサは、たとえば、非接触寸法計測、位置計測、ファクシミリのパターン読み取り、などに用いることができる。
【0093】
(第2の実施形態)
第1の実施形態における、(ii)カーボンナノチューブ7によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
まず、図15(a)、図15(b)に示すように、第1の実施形態と同様にして、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの設けられた基板3上に、カーボンナノチューブ7の配向膜を吸着させる。
【0094】
次に、図15(c)に示すように、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの上部を開口部とするレジスト膜25を形成する。レジスト膜25の形成は、たとえばフォトレジスト法などにより行うことができる。
【0095】
次いで、図15(d)に示すように、レジスト膜25の設けられた基板全体に、金属層27を形成する。金属層27は、ソース電極5aおよびドレイン電極5bに用いる金属または合金などから適宜選択される。金属層27とソース電極5aおよびドレイン電極5bは同じ金属を用いても、異なる金属を用いてもよい。また、金属層の形成は、金属蒸着法やスパッタリング法など、(i)基板3へのソース電極5aおよびドレイン電極5bの作製、と同様にして行うことができる。
【0096】
そして、図15(e)に示すように、レジスト膜25を、剥離液により除去する。こうすることにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの上部以外、すなわちレジスト膜25の表面に設けられた金属層27が、除去される。
【0097】
以上の工程により、カーボンナノチューブ7の上部および底部に、ソース電極5aまたはドレイン電極5b、および金属層27、がそれぞれ設けられる。こうすることによりカーボンナノチューブ7とそれぞれの電極を構成する金属との接触をより一層良好なものとすることができる。したがって、カーボンナノチューブ7とソース電極5aおよびドレイン電極5bとの接触抵抗を低下させ、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの間を流れる電流値を増大させることができる。
【0098】
(第3の実施形態)
第1の実施形態における、(ii)カーボンナノチューブ7によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブ7によって接続するさらに別の方法として、カーボンナノチューブ7の分散液をソース電極5aおよびドレイン電極5bの設けられた基板3の上に流し、AFMの探針などを用いてカーボンナノチューブ7を所定の位置まで移動させる方法を用いることもできる。
こうすることにより、カーボンナノチューブ7をソース電極とドレイン電極との間に、より一層精密に配置することができる。
【0099】
(第4の実施形態)
第1の実施形態における、(ii)カーボンナノチューブ7によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続する工程、を以下の方法で行うこともできる。
すなわち、ソース電極とドレイン電極とをカーボンナノチューブによって接続するさらに別の方法として、電極側面に付着させ、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平方向に成長させ、電極間を接続する方法がある。
【0100】
触媒金属は、カーボンナノチューブの成長の触媒となるものであれば特に制限されないが、たとえば、Fe、Co、またはNiのうちの少なくとも1種を含むものが好ましく用いられる。Fe−Ni合金、またはNi−Co合金などの合金を用いてもよい。触媒金属をソース電極5aおよびドレイン電極5bの一部に選択的に付着させるためには、蒸着、リソグラフィー、スパッタリングや、触媒金属の溶液を用いたパターニングなどを行うことができる。このとき、蒸着温度や基板材料、触媒金属の堆積方法等を適切に調整することが有効である。また、たとえばリフトオフ法により触媒金属をパターニングすることもできる。
【0101】
また、触媒金属を成長起点としてカーボンナノチューブを基板に水平な方向に成長させる方法として、化学気相成長方法(CVD法)によるによる成膜が好ましく用いられる。CVD法としては、プラズマCVD法や熱CVD法等が利用可能である。比較的低温でカーボンナノチューブを成長させることのできるプラズマCVD法が好ましく用いられる。
CVD法により成長を行う際の原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、またはシクロヘキサンなどの飽和炭化水素;エチレン、アセチレン、プロピレン、ベンゼン、またはトルエンなどの不飽和炭化水素;アセトン、メタノール、エタノール、一酸化炭素、または二酸化炭素などの酸素を含む原料;ベンゾニトリルなどの窒素を含む原料が例示され、これらを単独または二種以上を組み合わせて用いることができる。
【0102】
原料ガスとともに反応装置内に流すキャリアガスは、たとえば水素またはヘリウムを用いることができるが、その使用は必須ではない。
【0103】
また、カーボンナノチューブが基板の水平方向に成長した構造を安定的に得るためには、原料ガスの供給方向や成長温度を適切に制御する方法や、磁場あるいは電場を印加した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法を適宜に採用することが有効である。
【0104】
以上の方法により、ソース電極およびドレイン電極間をカーボンナノチューブにより接続することができる。その後、適宜、電極表面に金属板を接着したり、金属を蒸着したりする方法により、カーボンナノチューブ上部にも電極を形成することができる。こうすることにより、カーボンナノチューブとソース電極およびドレイン電極とがより良好に接着されるため、接触抵抗を低下させることができる。
【0105】
(第5の実施形態)
第1または第2の本実施形態においては、カーボンナノチューブの配向膜を形成し、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの間をカーボンナノチューブで接続した。ここで、第1の実施形態で説明したように、図17および図18より、紫膜を支持体として用いた場合、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が付着していることがわかった。本発明者がさらに検討を行ったところ、後述する実施例で詳細に説明するように、配向膜を形成する過程において、カーボンナノチューブの表面に支持体成分が巻回されて、均一な厚さの被覆が形成されることが明らかになった。
【0106】
本実施形態では、こうした被覆カーボンナノチューブを用いて構成した光センサの例を示す。図21は、本実施形態の光センサの構成を示す図である。図21の光センサの基本構成は、第1の実施形態のセンサ(図2)と同様である。図21の光センサにおいて、第1の実施形態に記載のナノカーボン製造装置125と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0107】
図21の光センサは、第1の実施形態に記載の光センサのカーボンナノチューブ7に代えて、表面が修飾分子129で被覆されたカーボンナノチューブ105からなるカーボンナノチューブ構造体131を有しており、カーボンナノチューブ7と受光により分極が発生する層13との間に絶縁層11を有しない点が図2の光センサと異なる。
【0108】
なお、図21の光センサでは、カーボンナノチューブ105の表面に修飾分子129が巻回して絶縁層を形成している様子を模式的に示しているが、実際には、絶縁層は、カーボンナノチューブ105の表面を均一に被覆している。また、絶縁層はカーボンナノチューブ105の表面を均一に被覆していればよく、カーボンナノチューブ105に巻回している態様には限定されない。
【0109】
修飾分子129がカーボンナノチューブ105の表面に巻回した構成とすることにより、カーボンナノチューブ105の表面に、巻回層からなる均一な厚みの薄い被覆層を形成することができる。均一な厚みの被覆層が形成されるため、光センサの動作安定性を向上させることができる。よって、光センサの信頼性を向上させることができる。また、薄い被覆層が形成されるため、受光により分極が発生する層13の分極を、カーボンナノチューブのコンダクタンス変化に正確に変換することができる。
【0110】
次に、図21の光センサの製造方法について説明する。図22は、図21の光センサの製造工程を示す断面図である。
【0111】
図22に示すように、まず、基板3にソース電極5aおよびドレイン電極5bを形成する(図22(a))。次に、カーボンナノチューブ構造体131によりソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続し(図22(b))、その上に受光により分極が発生する層13を形成する(図22(c))。そして、基板3と透明基板19とを接合することにより積層体を形成する(図22(e))。ここで、透明基板19の一方の表面には透明導電層17および保護層15がこの順で設けられている(図22(d))。こうして、図21の光センサが得られる。
【0112】
以上の各工程のうち、基板3へのソース電極5aおよびドレイン電極5bの形成(図22(a))には、第1の実施形態に記載の方法を利用することができる。
【0113】
また、カーボンナノチューブ構造体131によるソース電極5aおよびドレイン電極5bの接続(図22(b))は、カーボンナノチューブ構造体131の配向膜を作製し、得られた配向膜を基板3表面に付着させ、不要な部分のカーボンナノチューブ構造体131を除去した後、ソース電極5aおよびドレイン電極5b上の修飾分子129を除去することにより行う。この方法については後述する。
【0114】
また、カーボンナノチューブ構造体131上への受光により分極が発生する層13の形成(図22(c))および基板3と透明基板19との接合による積層体の形成(図22(e))には、第1の実施形態に記載の方法を用いることができる。
【0115】
以下、カーボンナノチューブ構造体131によるソース電極5aおよびドレイン電極5bの接続(図22(b))の各工程について詳細に説明する。
【0116】
まず、カーボンナノチューブ構造体131の配向膜の作製は、第1の実施形態に記載の方法(図6)を用いて行う。カーボンナノチューブ構造体131において、カーボンナノチューブ105を被覆する絶縁層の膜厚は、たとえば0.1nm以上100nm以下とすることができ、10nm以下とすることが好ましい。こうすることにより、絶縁層の厚さを薄くすることができる。このため、受光により分極が発生する層13が分極して生じる誘導電荷によるカーボンナノチューブ105のコンダクタンス変化を大きくすることができる。よって、さらに感度の高い光センサとすることができる。
【0117】
配向膜の基板3表面への付着は、水平付着法などの方法により行う。
不要な部分のカーボンナノチューブ構造体131の除去は、図23および図24に示す工程により行う。なお、図23(a)〜図23(e)は各工程の上面図であり、それぞれに対応する断面図が図24(a)〜図24(e)である。
【0118】
図23(b)および図24(b)は、ソース電極5aおよびドレイン電極5bが形成された基板3(図23(a)、図24(a))上にカーボンナノチューブ構造体131の配向膜を吸着させた状態を示す図である。
ソース電極5aおよびドレイン電極5bの上部、および電極間に吸着したカーボンナノチューブ構造体131のみを残し、不要な部分に吸着したカーボンナノチューブ構造体131を除去するため、パターニングされたレジスト膜25を形成する(図23(c)、図24(c))。
【0119】
次に、ドライエッチングやウエットエッチングなどの方法により、上部にレジスト膜25を有しない領域のカーボンナノチューブ構造体131を除去する(図23(d)、図24(d))。そして、修飾分子129やカーボンナノチューブ105を溶解せず、レジスト膜25を溶解する溶液を用いてレジスト膜25を除去する(図23(e)、図24(e))。
こうして不要な部分のカーボンナノチューブ構造体131は除去される。
【0120】
次に、ソース電極5aおよびドレイン電極5b上の修飾分子129の除去は、以下のようにして行う。図25は、電極上の修飾分子129を除去する工程を示す断面図である。
不要なカーボンナノチューブ構造体131を除去した基板3(図25(a))の全面に、プラズマCVD法などを用いて、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの上部が開口したレジスト膜31を形成する(図25(b))。こうすると、カーボンナノチューブ構造体131の両末端が露出する。
【0121】
そして、露出したカーボンナノチューブ構造体131側面の修飾分子129の少なくとも一部を、アッシングなどの方法により除去する(図25(c))。これにより、カーボンナノチューブ105が電極上でのみ被覆を有しない状態となる。アッシングには、酸素プラズマを用いることができる。また、窒素または窒素含有ガスのプラズマを用いることもできる。
【0122】
その後、カーボンナノチューブ105を溶解せずレジスト膜31を溶解する溶液を用いてレジスト膜31を除去する(図25(d))。
こうして、電極上の修飾分子129が除去される。電極上の修飾分子129を除去することにより、カーボンナノチューブ105と電極との電気的接続を向上させることができる。
【0123】
なお、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの表面に、炭化物を形成しうる金属が含まれる場合、図23(b)および図24(b)以降の工程で、適宜アニーリング、たとえば真空下で1000℃以上に加熱する方法、を行うことにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとカーボンナノチューブ105との界面に炭化物が形成され、電気的接触を高めることができる。
【0124】
また、第1の実施形態と同様に、基板3の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極5aおよびドレイン電極5bそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成することもできる。こうすることにより、ソース電極5aおよびドレイン電極5bを接続するカーボンナノチューブ105が、上下の金属層で挟まれた構成となる。よって、電気的接触をより一層良好なものとすることができる。
【0125】
さらに、基板3の表面に電極上部のみを開口部とするマスクを施し、ソース電極5aおよびドレイン電極5bそれぞれの上部に薄い絶縁膜を形成してもよい。こうすれば、ソース電極5a、ドレイン電極5bおよびこれらの電極上に露出したカーボンナノチューブ105と受光により分極が発生する層13とが直接接触しないようにすることができる。また、上述のように、ソース電極5aおよびドレイン電極5bそれぞれの上部に、さらに電極となる金属層を形成した場合にも、金属層と受光により分極が発生する層13とが直接接触しないようにすることができる。よって、光センサの精度をより一層向上させることができる。
【0126】
以上のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ105の側面外周に修飾分子129が巻回されているため、修飾分子129がカーボンナノチューブ構造体131の表面に均一な絶縁膜が形成されている。このため、カーボンナノチューブ105の上部に絶縁膜を形成することなく、カーボンナノチューブ構造体131上に直接受光により分極が発生する層13を付着させることができる。このため、より簡易な構成の光センサを安定的に供給することができる。
【0127】
また、カーボンナノチューブ105表面の絶縁層、すなわち修飾分子129の層がカーボンナノチューブ105の表面において、たとえば0.1nm以上100nm以下程度の薄膜として均一に形成されている。このため、受光により分極が発生する層13とカーボンナノチューブ105との間を確実に絶縁しつつ、受光により分極が発生する層13における分極をカーボンナノチューブ105のコンダクタンス変化に正確に変換することができる。また、カーボンナノチューブ105の周囲が修飾分子129によって均一な厚みで被覆されているため、光センサの動作安定性が向上する。また、このような修飾分子129の被覆は、周囲の水分がカーボンナノチューブ105の導電性に影響を与えることを抑制する。よって、光センサの精度および感度をより一層向上させることができる。
【0128】
(第6の実施形態)
本実施形態に係る光センサは、基板表面に、ソース電極およびドレイン電極からなる複数の電極対が二次元的に配列した構成を有する。個々のセンサ単位の構造は第1の実施形態と同様である。本実施形態の光センサは、画像認識素子や、テレビカメラの画像センサなどに好適に応用することができる。以下、本実施形態に係る光センサを画像認識素子として用いた例について説明する。
【0129】
本実施形態に係る画像認識素子100を図11に示す。第1の実施形態と同様にして、図11の画像認識素子100を作製する。図11において、基板3にはたとえば単結晶シリコンを用いる。受光により分極が発生する層13に、紫膜を用いる。こうすることにより、バクテリオロドプシン41と脂質とを含むタンパク質単分子膜51が得られるため、これを積層して受光により分極が発生する層13とする。また、絶縁層11には、紫膜を用いる。
【0130】
バクテリオロドプシン41に光を照射すると、電気分極が生じ、この電気分極特性は、図12に示すようになる。つまり、時刻t1において光が照射されると電気分極が起こり、時間の経過とともにこの分極は徐々に減衰する。そして、時刻t2において光の照射を中止すると、光照射時と逆極性の電気分極が起こり、時間の経過とともに分極は徐々に減衰する。
【0131】
本実施形態の画像認識素子100では、それぞれの画素9のソース電極5aおよびドレイン電極5bを流れる電流値を、電流検出手段23により検出する。したがって、解像度が高く、高感度である。
【0132】
また、本実施形態の画像認識素子100を用いて移動物体の輪郭を検出する場合、従来の画像認識素子に比べ、より精密に輪郭を認識することが可能となる。
従来の画像中の移動物体の輪郭抽出は、CCD等の入力デバイスによって取得された画像の連続したフレーム画像間のデータ差分をとることによって得られる差分画像を用いる。この方法を、以下データ差分法とよぶ。データ差分法は、2つの連続したフレーム画像の違いが、一般的に画像中の移動物体の輪郭に相当する部分に起因していることを利用している。
【0133】
したがって、データ差分法で抽出された移動物体の輪郭データは移動物体の背景画像データに依存する。すなわち、移動物体の光強度が一定であるとしても、移動物体周辺の背景の光強度が変化すれば、差分値である輪郭データが一定とならなくなる。このため、背景画像の光強度が変化する条件では、精度よく輪郭を検出することが困難であった。
【0134】
これに対し、本実施形態に係る画像認識素子100では、以下に述べるように、データ差分をとることなく、移動物体の輪郭を抽出することができる。
図13は、移動物体を含む動画像を図11の画像認識素子100に照射した場合に、画像認識素子によって得られる出力画像を示している。
【0135】
図13(a)において、111は時刻t=T1における入力画像を、112はt=T1における入力画像に対する出力画像を、113はt=T1における入力画像に対する出力画像の直線AB上の出力電流値を、それぞれ示している。なお、入力画像とは光情報をさし、t=T1において、移動物体の光が画像認識素子100に最初に照射されたとする。
【0136】
また、図13(b)において、121はt=T2における入力画像を、122はt=T2における入力画像に対する出力画像を、123はt=T2における入力画像に対する出力画像の直線AB上の出力電流値を、それぞれ示している。
t=T1においては、画像認識素子100の受光により分極が発生する層13の電気分極特性(図12)によって、移動物体の光が照射された部分に対応する画素9に移動物体の光強度に応じた所定値(図13(a)においては+8)の誘導電流が発生する。
【0137】
次に、t=T2では、移動物体の光が新たに照射された部分に対応する画素9には、所定値(図13(b)においては+8)の誘導電流が発生する。一方、移動物体の光が時刻t=T1から引き続いて照射されている部分に対応する画素9への誘導電流は、画像認識素子100の受光により分極が発生する層13の電気分極特性によって、所定値へと低下する(図13(b)においては+8から+5)。そして、t=T1では移動物体の光が照射されていたが、t=T2では移動物体の光が照射されなくなった部分に対応する画素9への誘導電流は、受光により分極が発生する層13の電気分極特性によって、移動物体の光強度に応じた逆極性の所定値(図13(b)においては−5)へと変化する。
【0138】
したがって、移動物体の光が新たに照射された部分、すなわち移動物体の移動方向に向かって前方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値(図13(a)、図13(b)においては+8)となる。また、移動物体の光が照射されなくなった部分、すなわち、移動物体の移動方向に向かって後方側の輪郭に対応する誘導電流値は、移動物体の光強度に応じた所定の一定値(図13(b)においては−5)となる。このように、画像認識素子100を用いて移動物体を検出した場合には、背景の輝度が一定であるならば、その輪郭の誘導電流値は一定となる。さらに、移動物体の光が照射され続けた部分、及び照射されなくなった部分に対応する誘導電流値は、時間の経過とともに0となる。
【0139】
以上のように、本実施形態の画像認識素子100によって抽出された移動物体の輪郭内画像は実画像である。このため、入力される動画像の背景が、模様等の形成された複雑な画像であっても、動画像中の移動物体の輪郭のみを抽出することができ、背景画像に依存しない。また、移動物体の輪郭を追求することにより、物体の移動方向も抽出することができる。
【0140】
また、本実施形態の画像認識素子100は、画素9が微小であるため、単位面積あたりの画素数を1億個程度まで増加させることができる。したがって、移動物体の輪郭をより精密に抽出することができる。
【0141】
さらに、本実施形態の画像認識素子100を構成する画素9は、バクテリオロドプシン41の分極によってカーボンナノチューブ7のコンダクタンスが変化し、ソース電極5aおよびドレイン電極5bの間を流れる電流値が変化するため、電流値の変化が比較的大きく、移動物体の輪郭を感度よく検出することができる。
【0142】
(第7の実施形態)
本実施形態は、第5の実施形態に記載の光センサを用いた画像認識素子に関する。図26は、画像認識素子29を示す図である。画像認識素子29において、第1の実施形態に記載の画像認識素子100と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0143】
画像認識素子29は、ソース電極5aとドレイン電極5bとがカーボンナノチューブ構造体131によって接続されている。カーボンナノチューブ構造体131において、カーボンナノチューブ105の周囲に修飾分子129が一様に被覆している。カーボンナノチューブ構造体131の周囲に修飾分子129の薄い絶縁層が形成されている。このため、受光により分極が発生する層13とカーボンナノチューブ105との間に絶縁層11を設けることなく、タンパク質単分子膜51において精度よく安定的に分極を生じさせることができる。受光により分極が発生する層13には、たとえば紫膜を用いることができる。
【0144】
なお、画像認識素子29の作製には、第5および第6の実施形態に記載の方法を利用することができる。
【0145】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【0146】
(実施例)
本実施例では、カーボンナノチューブの表面に変性バクテリオロドプシンの絶縁層が被覆されたカーボンナノチューブ構造体を作成した例を示す。図19は、このようなカーボンナノチューブ構造体117の製造方法を示す図である。
【0147】
まず、バクテリオロドプシン102を含む紫膜を分散媒に分散させた(図19(a))。バクテリオロドプシン102として、たとえば、紫膜または紫膜に含まれるバクテリオロドプシン102を用いることができるが、本実施例では紫膜を用いた。紫膜は、ハロバクテリウム・サリナルム(Halobacterium salinarum)などの好塩菌から分離することができる。紫膜の分離には、Methods in Enzymology,31,A,pp.667−678(1974)に記載の方法を用いた。また、分散媒103として、33v/v%DMF(ジメチルフォルムアミド)水溶液を用いた。なお、分散媒103としては、33v/v%DMF(ジメチルフォルムアミド)水溶液に限らず、有機溶媒の水溶液等を用いることができる。
【0148】
バクテリオロドプシン102の分散液に過剰量のカーボンナノチューブ105を加え、超音波分散器を用いて1時間以上分散化処理を行った(図19(b))。分散後、残存するカーボンナノチューブ105の凝集物を除去した。カーボンナノチューブとして、MTR Ltd.社製多層カーボンナノチューブ(Closed end type、直径数10〜200nm、精製純度約95%)を用いた。
【0149】
こうして得られた分散液107(図19(c))を、シリンジ109を用いて、水槽に張った下層液111の液面上に静かに展開した(図19(d))。こうすることにより、カーボンナノチューブ105の単分子膜が得られた。なお、本実施例では、水槽としてラングミュアトラフ113を用い、下層液111としてHClでpH3.5に調製した純水を用いた。
【0150】
次に、カーボンナノチューブ105の単分子膜を静置し、バクテリオロドプシン102を下層液111の界面張力によって界面変性させた。紫膜を用いる場合、紫膜中のバクテリオロドプシンが界面変性するまで、室温で5時間以上静置することが好ましいため、本実施例でも5時間静置した(図19(e))。こうすることにより、変性バクテリオロドプシン115が、カーボンナノチューブ105の側面に巻回するようになる(図19(f))。
【0151】
上記水面上に形成されたカーボンナノチューブ構造体117を、その支持単分子膜ごとTEM観察用グリッドに転写し、乾燥後にTEM(透過型電子顕微鏡)でそのまま観察した。図20は、カーボンナノチューブ構造体117のTEM像を示す図である。
【0152】
図20より、カーボンナノチューブ105の表面に変性バクテリオロドプシン115の層が均一に形成されていた。また、その層厚は、3nm程度であった。
このように、本実施例では、バクテリオロドプシン102とカーボンナノチューブ105とを分散させ、液面上に展開するという簡便な方法により、カーボンナノチューブ構造体117を作製することができた。
【0153】
得られたカーボンナノチューブ構造体117を基板上に付着させることにより、光センサを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 バクテリオロドプシンへの光照射とその電気的応答を示す図である。
【図2】 実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
【図3】 実施の形態に係る光センサの一例を示す概略図である。
【図4】 実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図5】 実施の形態に係る光センサの構造の一部を模式的に示す斜視図である。
【図6】 カーボンナノチューブの配向膜の作製方法を示す図である。
【図7】 カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
【図8】 カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図9】 タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
【図10】 変性タンパク質単分子膜の作製方法および積層方法を示す断面図である。
【図11】 実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。
【図12】 バクテリオロドプシンへの光照射による電気分極特性を示す図である。
【図13】 実施の形態に係る画像認識素子の出力画像を模式的に示す図である。
【図14】 紫膜のLB膜のΠ−Aプロットを示す図である。
【図15】 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を用いた接続方法について模式的に示す断面図である。
【図16】 実施の形態に係る電極の構成の一例を示す図である。
【図17】 紫膜を支持体としたカーボンナノチューブの配向膜のAFM像を示す図である。
【図18】 支持体を用いずに作製した配向カーボンナノチューブの単分子膜のAFM像を示す図である。
【図19】 実施例に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法を示す図である。
【図20】 実施例に係るカーボンナノチューブ構造体のTEM像を示す図である。
【図21】 実施の形態に係る光センサの一例を示す断面図である。
【図22】 実施の形態に係る光センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図23】 カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す上面図である。
【図24】 カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図25】 カーボンナノチューブを用いたソース電極およびドレイン電極の接続方法について模式的に示す断面図である。
【図26】 実施の形態に係る画像認識素子の一例を示す断面図である。[0001]
(Technical field)
The present invention relates to an optical sensor, an optical sensor manufacturing method and driving method, and an optical intensity detection method.
[0002]
(Background technology)
In recent years, demands for miniaturization and high sensitivity have been increasing for optical sensors, and realization of a sensor capable of efficiently converting an optical signal into an electric signal and detecting it is strongly desired.
[0003]
In view of such a demand, the present inventor has advanced the development of a sensor that uses a molecule that is polarized by light irradiation (hereinafter referred to as a photosensitive molecule as appropriate) as a photodetection substance. If such photosensitive molecules can be used as a light detection part of an optical sensor, it is expected that optical information can be detected with high sensitivity and high accuracy.
[0004]
From this point of view, the present inventor has already announced an image recognition element using bacteriorhodopsin (see Patent Document 1). Bacteriorhodopsin, a protein that constitutes purple membranes of halophilic bacteria with lipids, is a photoreceptor protein and shows a differential response to light irradiation (FIG. 1).
[0005]
The image recognition element described in
[Patent Document 1]
JP 2000-267223 A
[Non-Patent Document 1]
Methods in Enzymology, 31, A, pp. 667-678 (1974)
[0006]
(Disclosure of the Invention)
However, the signal resulting from the electric polarization of a photosensitive molecule such as bacteriorhodopsin is small, and even when an induced current is detected, a sufficient induced current value cannot always be obtained. Therefore, when this signal is used as an optical sensor, amplification may be required to obtain a sufficient current value. Conventionally, since this amplification system requires a large-scale device, it has been necessary to incorporate an optical sensor into a large-sized device.
[0007]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a small and highly sensitive photosensor, a photosensor manufacturing method and drive method, and a light intensity detection method.
[0008]
According to the present invention, a substrate, a source electrode and a drain electrode formed on the substrate, a carbon nanotube electrically connecting the source electrode and the drain electrode, and a light receiving portion provided on the carbon nanotube And a layer that generates polarization.
[0009]
In the optical sensor of the present invention, when light is irradiated, polarization occurs in a layer where polarization is generated by light reception, and an induced charge is generated. Here, since carbon nanotubes have the property that conductance changes depending on the strength of the electric field, the above-mentioned induced charge triggers the conductance of carbon nanotubes to change, and the value of the current flowing between the source and drain electrodes changes. To do. By detecting this change in current value, the intensity of the received light can be detected.
[0010]
Even if the signal due to polarization in the layer where polarization occurs due to light reception is small, the change in the current value between the source and drain electrodes caused by this signal becomes a large value. Therefore, a sufficiently large electrical signal can be obtained to detect the presence or absence of light reception.
[0011]
In addition, since the photosensor of the present invention uses carbon nanotubes having high conductivity for the wiring member connecting the source electrode and the drain electrode, a sufficient current value can be obtained even if the electrode is miniaturized. As a result, the size of the photosensor can be reduced. Thereby, the number of source electrodes and drain electrodes per unit area, that is, the number of pixels can be increased.
[0012]
According to the present invention, a step of forming a source electrode and a drain electrode on the surface of a substrate, a step of connecting the source electrode and the drain electrode with carbon nanotubes, and a layer in which polarization is generated by light reception on the carbon nanotubes And a step of forming the optical sensor.
[0013]
According to the method for manufacturing an optical sensor of the present invention, the source electrode and the drain electrode are connected by the carbon nanotube, and a layer in which polarization is generated by light reception is formed on the carbon nanotube. Therefore, it is possible to stably manufacture a photosensor with high accuracy, small size, and a large number of pixels.
[0014]
According to the present invention, there is provided a method for driving an optical sensor, wherein a predetermined current is passed between the source electrode and the drain electrode to detect a change in current value. A method is provided.
[0015]
According to the photosensor driving method of the present invention, a predetermined current is flowing between the source electrode and the drain electrode, and the conductance of the carbon nanotube is changed according to the degree of polarization generated by light reception. A change in current value is detected. The intensity of the received light is detected based on the magnitude of the change in the current value. Since the change in the current value is larger than that in the case of directly detecting the polarization of the photosensitive molecule, measurement with high sensitivity and accuracy is possible.
[0016]
According to the present invention, there is provided a method for detecting light intensity using a layer that is polarized by light reception and a sensor including a carbon nanotube provided in proximity to the layer, wherein a voltage is applied to the carbon nanotube, There is provided a light intensity detection method characterized by detecting a change in current value in the carbon nanotube caused by light reception of a layer and detecting a light intensity from the change in current value.
[0017]
In the photodetection method of the present invention, a layer that is polarized by light reception by light irradiation is polarized, and an induced charge is generated. This induced charge triggers the conductance of the carbon nanotube to change, and the value of the current flowing through the carbon nanotube changes. By detecting this change in current value, the light intensity can be detected. According to the method of the present invention, a relatively large current value change can be obtained from a relatively small polarization signal, and the light intensity can be measured with high accuracy and sensitivity.
[0018]
In the photodetection method of the present invention, the layer that is polarized by light reception may include bacteriorhodopsin. By doing so, polarization in the layer polarized by light reception can be generated stably and reliably. Therefore, a light detection method with high accuracy and sensitivity can be obtained.
[0019]
In the optical sensor of the present invention, an insulating layer may be provided on the surface of the carbon nanotube. By doing so, it is possible to reliably insulate between the carbon nanotube and the layer polarized by light reception. Therefore, the operational stability of the optical sensor can be improved.
[0020]
In the optical sensor of the present invention, the insulating layer may be a polymer layer. By doing so, the surface of the carbon nanotube can be satisfactorily covered, and the insulation can be stably secured. The polymer layer can be, for example, an organic polymer layer.
[0021]
In the optical sensor of the present invention, the insulating layer may be a layer in which a polymer is wound around a side surface of the carbon nanotube. By doing so, the surface of the carbon nanotube can be uniformly coated. Further, the coating layer can be a strong and stable layer. For this reason, the operational stability of the optical sensor can be improved and the reliability can be improved. Moreover, the film thickness of a coating layer can be reduced by setting it as the layer formed by winding a polymer. For this reason, the conductance of the carbon nanotube can be changed more reliably.
[0022]
In the present invention, the “polymer” refers to a molecule having a sufficient skeleton chain length to be wound around a carbon nanotube. The term “winding” of the polymer on the side surface of the carbon nanotube means that the molecular chain of the polymer wraps around the side surface of the carbon nanotube and covers the surface of the carbon nanotube.
[0023]
In the method for manufacturing an optical sensor according to the present invention, the step of producing an alignment film of carbon nanotubes may include a step of forming an insulating layer containing the coating molecules on the surface of the carbon nanotubes. By doing so, it is possible to reliably insulate the carbon nanotube from the layer polarized by light reception.
[0024]
In the optical sensor manufacturing method of the present invention, a polymer layer may be formed on the surface of the carbon nanotube using a polymer as the covering molecule. In this way, the coverage of the insulating layer can be improved. Therefore, the surface of the carbon nanotube can be more stably insulated.
[0025]
In the method for producing an optical sensor of the present invention, a protein is dispersed as the coating molecule. Minutes The protein is denatured by spreading the dispersion on the liquid surface. Unwrapping , Unraveled The protein may be wound around the side surface of the carbon nanotube.
[0026]
According to the production method of the present invention, the polymer can be wound around the surface of the carbon nanotube by a simple method. For this reason, the surface of a carbon nanotube can be coat | covered by a simple method. Therefore, the insulation property of the carbon nanotube surface can be further ensured.
[0027]
In the present invention, the polymer can be a polypeptide. By using the polypeptide, the skeleton chain can be stably coated on the carbon nanotube. In the present invention, the polypeptide can be a denatured protein.
[0028]
In the method for producing an optical sensor according to the present invention, protein is used as the polymer, the dispersion is spread on a liquid surface, the protein is denatured, and the denatured protein is wound around the side surface of the carbon nanotube. be able to.
[0029]
Unlike a native protein, a denatured protein generally tends to expose a hydrophobic portion. For this reason, winding around the side surface of the carbon nanotube becomes easier and more reliable. Further, by spreading the protein dispersion on the liquid surface, the protein can be efficiently denatured by the interfacial tension between the dispersion and the liquid, and the hydrophobic part can be exposed. In the present invention, “denaturation” of a protein refers to conformational change other than the disruption of the three-dimensional structure of the protein molecule and the deactivation of the function, or the primary structure constituting the protein molecule, that is, the cleavage of the amino acid sequence. There is no particular limitation on the degree of conformational change.
[0030]
In the present invention, the polypeptide can be a membrane protein. Membrane proteins often have a highly hydrophobic region, and by using this, the membrane protein can be efficiently adsorbed on the side surface of the carbon nanotube and can be stably wound.
[0031]
As described above, the optical sensor of the present invention is provided on a substrate, a source electrode and a drain electrode formed on the substrate, a carbon nanotube electrically connecting the source electrode and the drain electrode, and an upper portion of the carbon nanotube. A layer in which polarization is generated by light reception. For this reason, a small electrical signal caused by polarization in the layer where polarization occurs due to light reception triggers a large electrical signal that is a change in the current value between the source and drain electrodes, and this change in current value is detected. Thus, an optical sensor capable of detecting light with high accuracy and sensitivity and a driving method thereof are realized.
[0032]
In addition, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical sensor capable of stably manufacturing an optical sensor with high accuracy, sensitivity, small size, and a large number of pixels.
[0033]
Further, according to the present invention, a voltage is applied to the carbon nanotube, a change in the current value in the carbon nanotube caused by light reception of the layer that is polarized by light reception is detected, and a light intensity is detected from the change in the current value. Therefore, a relatively large current value change can be obtained from a relatively small polarization signal, and a light intensity detection method capable of measuring the light intensity with high accuracy and sensitivity is realized.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the optical sensor according to the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the optical sensor according to the present invention. In FIG. 2, the
[0035]
In the
[0036]
FIG. 3 is a diagram schematically showing how the conductance of the
[0037]
By detecting this change in the current value, a small signal due to the photoelectric polarization of the photosensitive molecule is converted into nanoampere (10 -9 A) It can be detected as a change in current value. Therefore, it can be set as the highly sensitive optical sensor which converts an optical signal into an electric signal.
[0038]
In the optical sensor of the present invention, the source electrode and the drain electrode may be two-dimensionally arranged on the substrate surface. For example, the source and drain electrodes can be arranged as shown in FIG.
[0039]
FIG. 16 is a diagram showing another example of the arrangement of the source electrode and the drain electrode. The arrangement in FIG. 16 includes a
In the optical sensor of the present invention, an insulating layer may be provided between the carbon nanotube and the layer in which polarization is generated by light reception, as in the optical sensor of FIG. By doing so, it is possible to prevent current from leaking between the carbon nanotube and the layer in which polarization occurs due to light reception.
[0040]
For example, the insulating layer can contain mainly proteins. By doing so, since the insulating layer can be thinned, the polarization generated in the layer that generates polarization by receiving light can effectively lead to a change in conductance of the carbon nanotube.
The insulating layer may mainly contain denatured protein. For example, the insulating layer can include a modified bacteriorhodopsin.
[0041]
In the optical sensor of the present invention, the layer in which polarization is generated by light reception may mainly include molecules that are polarized by light reception. For example, in the optical sensor of the present invention, the layer that is polarized by light reception may include a molecular alignment film that is polarized by light reception. In this way, since the optical signals can be efficiently aggregated, the accuracy and sensitivity of the optical sensor can be improved. In addition, the optical signal can be detected for each minute area, and the optical sensor can be miniaturized.
[0042]
In the optical sensor of the present invention, the layer where polarization is generated by light reception may be a layer containing oriented bacteriorhodopsin. Bacteriorhodopsin is a photosensitive molecule and has high structural stability among proteins, and causes polarization with high accuracy for optical signals. Therefore, the accuracy and sensitivity of the photosensor can be further improved. In addition, the durability of the optical sensor can be improved. As a specific example of the layer containing the oriented bacteriorhodopsin, an oriented purple membrane can be exemplified.
[0043]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical sensor using a purple membrane. The
[0044]
In addition, the layer in which polarization is generated by light reception can be a layer in which a plurality of layers containing oriented bacteriorhodopsin are stacked. By doing so, the sensitivity of the optical sensor can be improved.
[0045]
As the photosensitive molecule, for example, a synthetic polymer having a photoelectric conversion function or a biological substance can be used. As the biological substance, for example, a molecule having a porphyrin ring such as chlorophyll a can be used.
In the optical sensor of the present invention, the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube (SWCNT) or a multi-walled carbon nanotube (MWCNT). Among these, SWCNT having a metallic property has a property in which conductance easily changes depending on the surrounding electronic environment, and therefore can be suitably used as a wiring member for electrically connecting the source electrode and the drain electrode.
[0046]
Hereinafter, an optical sensor and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail by embodiments.
(First embodiment)
An optical sensor according to this embodiment is shown in FIGS. On the
[0047]
The optical sensor according to the present embodiment operates as follows. That is,
(I) A current is passed between the
(II) Photosensitive molecules contained in the
(III) The conductance of the
(IV) The light intensity is detected by measuring the change in the current value flowing between the
[0048]
Alternatively, as described later in the second embodiment, instead of the step (I), a current is not applied while a voltage is applied between the
[0049]
As described above, in the photosensor according to the present embodiment, the photoinduced charge of the photosensitive molecule is not extracted as a detection signal as it is, but is used as a trigger signal for changing the source-drain current. That is, the photo-induced charge of the photosensitive molecule is used as a trigger signal for the change in conductance of the carbon nanotube disposed between the source and the drain, and the current value between the
[0050]
When the
[0051]
In the photosensor of this embodiment, it has been experimentally confirmed that the rate of polarization of bacteriorhodopsin (the reciprocal of the delay time) monotonously increases as the light intensity applied to the photosensor increases. Also, the greater the intensity of light that is irradiated, the greater the drain current that flows through the carbon nanotubes due to the polarization of bacteriorhodopsin.
[0052]
In addition, multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) can be used as the
[0053]
Next, a method for manufacturing the optical sensor illustrated in FIG. 2 will be described. The optical sensor of this embodiment is manufactured by the following processes.
(I) forming a
(Ii) connecting the
(Iii) forming an insulating
(Iv) forming a
(V) A step of forming a laminate by bonding the
Hereinafter, each of these steps will be described with reference to a cross-sectional view shown in FIG.
[0054]
(I) Step of forming
As shown in FIG. 4A, an electrode pair to be the
[0055]
A mask is formed on the surface of the
[0056]
Further, when a noble metal such as Au or Pt or a metal having a low affinity with carbon is used for the
[0057]
The thicknesses of the
[0058]
Note that each
(Ii) connecting the
[0059]
In FIG. 4A, the
[0060]
As a method of connecting the
[0061]
The step of connecting the
[0062]
The alignment film of the
[0063]
As shown in FIG. 6, the dispersion liquid of the
[0064]
Next, the monomolecular film of the
[0065]
FIG. 17 is a diagram showing an AFM image of a carbon nanotube alignment film produced using a purple film as a support. On the other hand, FIG. 18 does not use a support. Made Of aligned carbon nanotubes Monomolecular film It is a figure which shows the AFM image. 17 and 18, a biomolecule visualization / measurement device BMVM-X1 (remodeled NanoScope IIIa manufactured by Digital Instruments) was used for AFM observation. Silicon single crystal (NCH) was used as a probe, and the measurement mode was tapping AFM. The measurement range was 4 μm × 4 μm (Z10 nm).
[0066]
From FIG. 17 and FIG. 18, it can be seen that when the purple membrane is used as the support, the support component is attached to the surface of the carbon nanotube. And as shown in FIG. 17, it was confirmed that the orientation of the carbon nanotubes was improved by using the support, and the carbon nanotubes were arranged substantially in parallel. As shown in FIG. 18, when only carbon nanotubes were used, the orientation was lowered during film formation, although it was oriented to some extent. On the other hand, in the case of FIG. 17, since the orientation state of the carbon nanotube is held by the support mainly containing the modified bacteriorhodopsin, it was possible to maintain high orientation even after film formation. 6, 17, and 18, CNI single-walled carbon nanotubes (Open end type, diameter: about 1 nm, purification purity: about 93%) were used as carbon nanotubes.
[0067]
The
[0068]
Thus, an alignment film of
The subsequent steps will be described with reference to the top view of FIG. 7 and the cross-sectional view of FIG. In addition, each process of Fig.7 (a)-FIG.7 (f) respond | corresponds to each process of Fig.8 (a)-FIG.8 (f).
[0069]
First, as shown in FIGS. 7A and 8A, the
[0070]
Next, in order to remove the
[0071]
Thus, as shown in FIGS. 7 (f) and 8 (f), the
[0072]
In this embodiment, since the insulating
[0073]
In addition, when the metal which can form a carbide | carbonized_material is contained in the surface of the
[0074]
Alternatively, after the insulating
[0075]
As described above, in the present embodiment, the
[0076]
(Iii) Step of forming the insulating
As shown in FIG. 4C, the insulating
As a method for forming the insulating
Also, for example, there is a method of forming a polymer such as polyimide as a monomolecular film.
[0077]
Alternatively, a film made of denatured protein is formed, and this is attached to the surface of the
[0078]
Hereinafter, an example in which a purple membrane is used will be described with reference to FIG. A purple
[0079]
By leaving the protein monomolecular film obtained above the
[0080]
Next, the
The surface pressure is a one-dimensional pressure and is represented by a force per unit length. The monomolecular film is formed in a sheet shape on the liquid surface of the lower layer liquid, and when compressed from the side surface, a one-dimensional force acts from the side surface direction of the film. At this time, the value obtained by dividing the force by the one-dimensional length in the side surface direction of the monomolecular film to which the force is applied is the surface pressure.
[0081]
After compression, the denatured
[0082]
(Iv) A step of forming a
As shown in FIG. 4D, a
[0083]
The
[0084]
The step of forming the
[0085]
Hereinafter, a case where a purple film of Langmuir-Blodgett (LB) film is manufactured and the
First, a purple
[0086]
Next, using the
[0087]
Thereafter, a monomolecular film is deposited on the surface of the insulating
[0088]
Moreover, a monomolecular film can be laminated on the surface of the insulating
[0089]
When an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of 3.5 is used as the lower layer solution, the Π-A plot of the purple membrane LB membrane is as shown in FIG. In FIG. 14, C i Is an indicator of the initial concentration of bacteriorhodopsin in
C i = (Number of bacteriorhodopsin molecules on the lower layer) x 11.5 nm 2 / ( Area of gas-liquid interface before compression)
It is shown by the following formula. In the above formula, 11.5 nm 2 Is the area per molecule of bacteriorhodopsin obtained by X-ray diffraction.
[0090]
(V) Step of forming a laminated body by bonding the
As shown in FIG. 4G, the
As shown in FIGS. 4E and 4F, the transparent
[0091]
In the optical sensor obtained as described above, the conductance of the
[0092]
In the optical sensor described in this embodiment, the source electrode and the drain electrode are two-dimensionally formed on the surface of the substrate as shown in FIG. 5, but can be formed so as to be arranged in a line. Such a one-dimensional optical sensor can be used for non-contact dimension measurement, position measurement, facsimile pattern reading, and the like.
[0093]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, (ii) the step of connecting the
First, as shown in FIGS. 15A and 15B, the alignment film of the
[0094]
Next, as shown in FIG. 15C, a resist
[0095]
Next, as shown in FIG. 15D, a
[0096]
Then, as shown in FIG. 15E, the resist
[0097]
Through the above steps, the
[0098]
(Third embodiment)
In the first embodiment, (ii) the step of connecting the
That is, as yet another method of connecting the source electrode and the drain electrode by the
By doing so, the
[0099]
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, (ii) the step of connecting the
That is, as another method for connecting the source electrode and the drain electrode with carbon nanotubes, there is a method in which the electrodes are attached to the side surfaces, the carbon nanotubes are grown in the horizontal direction on the substrate using the catalytic metal as a growth starting point, and the electrodes are connected. is there.
[0100]
The catalyst metal is not particularly limited as long as it becomes a catalyst for the growth of carbon nanotubes. For example, a metal containing at least one of Fe, Co, or Ni is preferably used. An alloy such as a Fe—Ni alloy or a Ni—Co alloy may be used. In order to selectively attach the catalytic metal to a part of the
[0101]
Further, as a method for growing carbon nanotubes in a horizontal direction on a substrate using a catalyst metal as a growth starting point, film formation by a chemical vapor deposition method (CVD method) is preferably used. As the CVD method, a plasma CVD method, a thermal CVD method, or the like can be used. A plasma CVD method capable of growing carbon nanotubes at a relatively low temperature is preferably used.
The raw material gas used for the growth by the CVD method is a saturated hydrocarbon such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, or cyclohexane; an unsaturated hydrocarbon such as ethylene, acetylene, propylene, benzene, or toluene; Raw materials containing oxygen such as acetone, methanol, ethanol, carbon monoxide or carbon dioxide; raw materials containing nitrogen such as benzonitrile are exemplified, and these can be used alone or in combination of two or more.
[0102]
For example, hydrogen or helium can be used as the carrier gas flowing into the reaction apparatus together with the raw material gas, but its use is not essential.
[0103]
In addition, in order to stably obtain a structure in which carbon nanotubes are grown in the horizontal direction of the substrate, carbon nanotubes are grown with a method of appropriately controlling the supply direction of the source gas and the growth temperature, and with a magnetic field or electric field applied. It is effective to adopt the method of making it appropriate.
[0104]
By the above method, the source electrode and the drain electrode can be connected by the carbon nanotube. Thereafter, an electrode can also be formed on the carbon nanotubes by appropriately attaching a metal plate to the electrode surface or depositing a metal. By doing so, the carbon nanotubes and the source electrode and the drain electrode are more favorably bonded, so that the contact resistance can be reduced.
[0105]
(Fifth embodiment)
In the first or second embodiment, an alignment film of carbon nanotubes is formed, and the
[0106]
In the present embodiment, an example of an optical sensor configured using such a coated carbon nanotube is shown. FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the photosensor of this embodiment. The basic configuration of the optical sensor of FIG. 21 is the same as that of the sensor of the first embodiment (FIG. 2). In the optical sensor of FIG. 21, the same components as those of the nanocarbon manufacturing apparatus 125 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0107]
The photosensor of FIG. 21 has a
[0108]
In the optical sensor of FIG. 21, the appearance of the insulating layer formed by winding the modifying
[0109]
By adopting a configuration in which the modifying
[0110]
Next, a method for manufacturing the optical sensor of FIG. 21 will be described. FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical sensor of FIG.
[0111]
As shown in FIG. 22, first, the
[0112]
Among the steps described above, the method described in the first embodiment can be used for forming the
[0113]
In addition, the connection of the
[0114]
In addition, the formation of the
[0115]
Hereinafter, each step of connecting the
[0116]
First, the alignment film of the
[0117]
The alignment film is attached to the surface of the
The unnecessary portion of the
[0118]
23 (b) and 24 (b) show an alignment film of the
A patterned resist
[0119]
Next, the
Thus, unnecessary portions of the
[0120]
Next, the
A resist
[0121]
Then, at least a part of the modified
[0122]
Thereafter, the resist
Thus, the modifying
[0123]
In addition, when the metal which can form a carbide | carbonized_material is contained in the surface of the
[0124]
Similarly to the first embodiment, a mask having only the upper part of the electrode as an opening is provided on the surface of the
[0125]
Furthermore, a mask having only the upper part of the electrode as an opening may be provided on the surface of the
[0126]
As described above, in the present embodiment, the modifying
[0127]
Further, the insulating layer on the surface of the
[0128]
(Sixth embodiment)
The optical sensor according to the present embodiment has a configuration in which a plurality of electrode pairs including a source electrode and a drain electrode are two-dimensionally arranged on a substrate surface. The structure of each sensor unit is the same as that of the first embodiment. The optical sensor of this embodiment can be suitably applied to an image recognition element, an image sensor of a television camera, and the like. Hereinafter, an example in which the optical sensor according to the present embodiment is used as an image recognition element will be described.
[0129]
An
[0130]
When the
[0131]
In the
[0132]
In addition, when the contour of a moving object is detected using the
The conventional contour extraction of a moving object in an image uses a difference image obtained by taking a data difference between successive frame images of an image acquired by an input device such as a CCD. This method is hereinafter referred to as a data difference method. The data difference method uses the fact that the difference between two consecutive frame images is generally caused by a portion corresponding to the contour of a moving object in the image.
[0133]
Therefore, the contour data of the moving object extracted by the data difference method depends on the background image data of the moving object. That is, even if the light intensity of the moving object is constant, if the light intensity of the background around the moving object changes, the contour data that is the difference value does not become constant. For this reason, it is difficult to accurately detect the contour under the condition that the light intensity of the background image changes.
[0134]
On the other hand, the
FIG. 13 shows an output image obtained by the image recognition element when the
[0135]
In FIG. 13A, 111 is a time t = T. 1 112, t =
[0136]
In FIG. 13B, 121 is t = T. 2 122, t = T 2 The output image for the input image at 123 is t = T 2 The output current values on the straight line AB of the output image with respect to the input image in FIG.
t = T 1 In FIG. 12, the
[0137]
Next, t = T 2 Then, an induced current of a predetermined value (+8 in FIG. 13B) is generated in the
[0138]
Therefore, the induced current value corresponding to the newly irradiated part of the moving object, that is, the contour on the front side in the moving direction of the moving object, is a predetermined constant value according to the light intensity of the moving object (FIG. 13). (A) and +8) in FIG. In addition, the induced current value corresponding to the portion of the moving object that is no longer irradiated with light, that is, the contour on the rear side in the moving direction of the moving object, is a predetermined constant value corresponding to the light intensity of the moving object (FIG. 13). In (b), it is −5). Thus, when a moving object is detected using the
[0139]
As described above, the in-contour image of the moving object extracted by the
[0140]
In addition, since the
[0141]
Furthermore, in the
[0142]
(Seventh embodiment)
The present embodiment relates to an image recognition element using the optical sensor described in the fifth embodiment. FIG. 26 is a diagram showing the
[0143]
In the
[0144]
Note that the methods described in the fifth and sixth embodiments can be used to manufacture the
[0145]
The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combinations of the respective constituent elements and the respective manufacturing steps, and such modifications are also within the scope of the present invention. .
[0146]
(Example)
In this example, a carbon nanotube structure in which a carbon nanotube surface is coated with an insulating layer of modified bacteriorhodopsin is shown. FIG. 19 is a diagram showing a method for manufacturing such a
[0147]
First, a purple
[0148]
An excessive amount of
[0149]
The
[0150]
Next, the monomolecular film of the
[0151]
The
[0152]
From FIG. 20, the layer of the modified
As described above, in this example, the
[0153]
By attaching the obtained
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing light irradiation to bacteriorhodopsin and its electrical response.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of an optical sensor according to an embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an optical sensor according to an embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the optical sensor according to the embodiment.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a part of the structure of the optical sensor according to the embodiment.
FIG. 6 is a view showing a method for producing an alignment film of carbon nanotubes.
FIG. 7 is a top view schematically showing a method for connecting a source electrode and a drain electrode using carbon nanotubes.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a method for connecting a source electrode and a drain electrode using carbon nanotubes.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a production method and a lamination method of a protein monomolecular film.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for producing a denatured protein monomolecular film and a method for laminating it.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of an image recognition element according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing electric polarization characteristics of bacteriorhodopsin by light irradiation.
FIG. 13 is a diagram schematically showing an output image of the image recognition element according to the embodiment.
FIG. 14 shows a Π-A plot of purple membrane LB membrane.
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a connection method using carbon nanotubes for a source electrode and a drain electrode.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a configuration of an electrode according to an embodiment.
FIG. 17 is a view showing an AFM image of an alignment film of carbon nanotubes using a purple film as a support.
FIG. 18 was produced without using a support. Orientation Carbon nanotube Monomolecular film It is a figure which shows the AFM image.
FIG. 19 is a diagram illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube structure according to an example.
FIG. 20 is a diagram showing a TEM image of a carbon nanotube structure according to an example.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing an example of an optical sensor according to an embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the optical sensor according to the embodiment.
FIG. 23 is a top view schematically showing a method for connecting a source electrode and a drain electrode using carbon nanotubes.
FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a method for connecting a source electrode and a drain electrode using carbon nanotubes.
FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing a method for connecting a source electrode and a drain electrode using carbon nanotubes.
FIG. 26 is a cross-sectional view showing an example of an image recognition element according to an embodiment.
Claims (19)
該基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの上部に設けられた、受光により分極が発生する層と、
を備えることを特徴とする光センサ。A substrate,
A source electrode and a drain electrode formed on the substrate;
Carbon nanotubes electrically connecting the source electrode and the drain electrode;
A layer provided on an upper portion of the carbon nanotube in which polarization is generated by light reception;
An optical sensor comprising:
前記ソース電極およびドレイン電極をカーボンナノチューブによって接続する工程と、
前記カーボンナノチューブの上部に、受光により分極が発生する層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。Forming a source electrode and a drain electrode on the surface of the substrate;
Connecting the source and drain electrodes with carbon nanotubes;
Forming a layer in which polarization is generated by light reception on the carbon nanotube;
The manufacturing method of the optical sensor characterized by the above-mentioned.
カーボンナノチューブの配向膜を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブの配向膜を前記ソース電極およびドレイン電極表面に付着させる工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極、およびソース電極とドレイン電極との間の領域以外に付着したカーボンナノチューブを選択的に除去する工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。The method of manufacturing an optical sensor according to claim 7, wherein the step of connecting the source electrode and the drain electrode with a carbon nanotube includes:
Producing an alignment film of carbon nanotubes;
Attaching the carbon nanotube alignment film to the source and drain electrode surfaces;
Selectively removing the carbon nanotubes attached to other than the source electrode, the drain electrode, and the region between the source electrode and the drain electrode;
The manufacturing method of the optical sensor characterized by the above-mentioned.
前記カーボンナノチューブおよび被覆分子を分散媒に分散させた分散液を液体表面に展開することにより、前記カーボンナノチューブの表面に前記被覆分子を含む絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする光センサの製造方法。The method for producing an optical sensor according to claim 8, wherein the step of producing an alignment film of carbon nanotubes comprises:
An optical sensor comprising a step of forming an insulating layer containing the covering molecules on the surface of the carbon nanotubes by spreading a dispersion liquid in which the carbon nanotubes and the covering molecules are dispersed in a dispersion medium on a liquid surface. Manufacturing method.
前記被覆分子としてタンパク質を分散させた前記分散液を液体表面に展開することにより前記タンパク質を変性させ、変性した前記タンパク質を前記カーボンナノチューブの側面に巻回させることを特徴とする光センサの製造方法。In the manufacturing method of the optical sensor according to claim 9 or 10,
A method for producing an optical sensor, wherein the protein is denatured by spreading the dispersion liquid in which the protein is dispersed as the coating molecule on a liquid surface, and the denatured protein is wound around a side surface of the carbon nanotube. .
受光により分極する分子を含む分散液を液体表面に展開し、受光により分極する分子の配向膜を作製する工程と、
前記受光により分極する分子の配向膜と、前記カーボンナノチューブとを、直接または絶縁層を介して付着させる工程と、
を含むことを特徴とする光センサの製造方法。16. The method of manufacturing an optical sensor according to claim 14, wherein the step of forming a layer in which polarization is generated by light reception includes:
A step of spreading a dispersion liquid containing molecules that are polarized by light reception on the liquid surface, and producing an alignment film of molecules that are polarized by light reception;
Attaching the alignment film of molecules polarized by light reception and the carbon nanotubes directly or through an insulating layer;
The manufacturing method of the optical sensor characterized by the above-mentioned.
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