JP5028744B2 - カーボンナノチューブの形成方法および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はカーボンナノチューブの形成方法および電子デバイスの製造方法に関し、特に電子デバイスにおける電極間や配線間等の電気的な接続のために用いることのできるカーボンナノチューブの形成方法、およびカーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法に関する。

カーボンナノチューブは、特異な物理的、化学的、機械的性質を有していることから、現在、様々な分野への応用が検討されている。例えば、電子デバイス分野では、従来、カーボンナノチューブを電極間や配線間を電気的に接続するための配線材料として用いる試みがなされている。

カーボンナノチューブは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマ法、放電法といった方法で、その条件を適当に設定することにより、所定の領域に柱状すなわちカーボンナノチューブを成長させる基板平面に対して垂直方向に配向させて成長させることができる。このような成長メカニズムを利用して、従来、例えば、カーボンナノチューブをトランジスタとそれより上層に形成される配線とを接続するための配線材料として用いたり、同様に多層配線構造の異なる配線層間を接続するための配線材料として用いたりする提案がなされている（特許文献１，２参照）。
特開２００４−８７５１０号公報 特開２００３−２７３１１２号公報

しかし、通常の成長方法では、多数のカーボンナノチューブを成長面に対して垂直方向に配向させた状態で形成することは比較的容易であるものの、成長面に対して平行方向に配向させた状態で形成することはできなかった。そのため、電子デバイス内には上記のような異なる層間の垂直方向の接続のほかに平行方向の接続も存在するが、カーボンナノチューブをそのような平行方向の接続に用いることは非常に難しかった。

図５６は形成面に対して平行方向に形成したカーボンナノチューブの模式図である。
例えば、この図５６に示すように、基板２００上に絶縁膜２００ａを介して並んだ電極２０１ａ，２０１ｂ間をＣＶＤ法で形成するカーボンナノチューブ２０２で接続する場合には、カーボンナノチューブ２０２の成長核を形成した電極２０１ａ，２０１ｂを約数μｍ以下程度まで接近させて形成した上で成長を行う。このような方法は、架橋法と呼ばれ、この方法を用いると電極２０１ａ，２０１ｂ間をアーチ状に架橋するカーボンナノチューブ２０２が形成されることがある。

しかし、このようなカーボンナノチューブ２０２は必ず形成されるというものではなく、その本数も１本形成される場合もあれば数本形成される場合もある。また、必ずしも決まった２つの電極２０１ａ，２０１ｂ間に形成されるとは限らず、その近傍に他の電極が存在すれば、その電極との間を架橋するカーボンナノチューブ２０２が形成されてしまう場合もある。さらに、このとき形成されるカーボンナノチューブ２０２は、図５６に示したようにアーチ状になるのが普通であって、その形状を他の形状、例えば電極２０１ａ，２０１ｂ間を真直ぐ繋ぐような直線形状に制御することは難しい。このように、従来の形成方法は、偶然に頼る所が大きく、カーボンナノチューブ２０２を基板２００に対して平行方向に直線状に再現性良く形成することができなかった。

また、図５７は形成面に対して平行方向にカーボンナノチューブを形成する別の方法の説明図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。また、図５８は図５７のＡ部拡大図である。

形成面に対して平行方向にカーボンナノチューブを形成する別の方法に分散法がある。これは、例えば、図５７（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板３００上に絶縁膜３００ａを介して櫛歯状の電極３０１ａ，３０１ｂを形成し、あらかじめ別の基板上に成長させたカーボンナノチューブ３０２をその基板から分離して所定の溶媒中に分散させ、この分散液３０３を電極３０１ａ，３０１ｂ上に滴下する方法であり、その後、乾燥して分散液３０３の溶媒を除去することにより、図５８に示すように、カーボンナノチューブ３０２を電極３０１ａ，３０１ｂ上に付着させるものである。

この分散法では、分散液３０３中のカーボンナノチューブ３０２の濃度を調整すれば、電極３０１ａ，３０１ｂ間を跨ぐカーボンナノチューブ３０２の本数をある程度制御することはできる。しかし、たとえ本数を制御することができたとしても、カーボンナノチューブ３０２が配置される位置や方向については、やはり偶然に頼る所が大きい。

図５９は電極間の状態を示す図であって、（Ａ）は目的の接続状態、（Ｂ）は未接続状態、（Ｃ）は接続に寄与しないカーボンナノチューブが存在している状態、（Ｄ）はカーボンナノチューブが交差している状態を示している。なお、図５９では、図５８に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

この図５９（Ａ）の状態をカーボンナノチューブ３０２による理想的な接続状態とすると、分散法では、例えば、図５９（Ｂ）に示すように電極３０１ａ，３０１ｂ間にカーボンナノチューブ３０２が１本も形成されていないといった状況が発生し得る。このほかにも、図５９（Ｃ）に示すようにカーボンナノチューブ３０２の方向は揃っているが電極３０１ａ，３０１ｂ間で途切れてしまっているものが存在する、あるいは図５９（Ｄ）に示すように方向が揃っておらず電極３０１ａ，３０１ｂ間に跨るカーボンナノチューブ３０２に別のカーボンナノチューブ３０２が交差してしまっている、といった状況も発生し得る。電子デバイス内でこのようなカーボンナノチューブ３０２の本数、長さ、向き、接触関係等が不揃いの状況が発生すれば、安定したデバイス特性を得ることは難しい。

カーボンナノチューブは、炭素原子が規則正しく結合した円筒状の結晶構造を有しており、その長さ方向と周方向とではその電導特性が異なることが一般に知られている。１本の連続したカーボンナノチューブは、その構成原子の規則性から、電子がほとんど構成原子に衝突することなく流れるバリステック電導性を有し、抵抗が非常に低くなる。しかし、図５９（Ｄ）のようにカーボンナノチューブが交差して接触している場合には、その交差部分ではバリステック電導性が得られず、電気抵抗は３桁程度高くなってしまうようになる。

電子デバイスを製造する上で、各素子は再現性良く同等のデバイス特性で得られなければならず、上記のようにカーボンナノチューブによる電極間接続が不完全だったり電極間接続に寄与するカーボンナノチューブの向きが不揃いだったりすると全体のデバイス特性もばらついてしまう。そのため、このようにカーボンナノチューブの配置制御が困難な状況では、カーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製品化は難しい。

カーボンナノチューブは、太さ、層数、各層のカイラリティにより、様々なバンドギャップ幅を持つ、半導体から金属までの様々な性質を示すため、現在、これまでのシリコン半導体に置き換わる材料として注目されている。ところで、これまでの半導体技術は、プレーナ法、すなわち半導体基板上に平坦に材料を形成し、リソグラフィ法とエッチング法を組み合わせて材料を加工し、それを上層へと繰り返していく、という方法を採用して発展してきた。したがって、カーボンナノチューブを用いて電子デバイスを製造する場合にもこのようなプレーナ法を用いることができれば、大きなプロセス変更を行わずに既存の設備を利用してカーボンナノチューブを用いた電子デバイス製造が可能になる。すなわち、カーボンナノチューブを半導体基板に対して平行方向に平坦に形成することができれば、プレーナ法が適用できるという点で都合が良い。

なお、プレーナ法を適用する上では、カーボンナノチューブを全面に形成しておいて不必要な部分を除去するという方法ではなく、はじめから必要となる場所にのみ選択的に形成する方法の方が好ましい。これは、原料ガスを無駄に用いず資源を有効活用するのみならず、不必要な部分を除去するためのリソグラフィ工程やエッチング工程を省略して製品のコスト低減、生産性向上を図るためである。

ところで、従来、ＲＦデバイスやロジックデバイス等には小型のスイッチが必要とされていた。その理由のひとつとして、トランジスタではオフ状態でもわずかにリーク電流が流れて回路が休止状態のときにも電力を消費してしまっていたことが挙げられる。これに対し、スイッチは、オフ状態で配線が断絶されるため、そのようなリーク電流を完全にカットすることができるという利点がある。しかし、このようなスイッチは、従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて形成されてきたが、ＬＳＩ（Large Scale Integration）上の集積化された現在のトランジスタに比べるとその設置面積が１万倍から１００万倍にもなり、その小型化が要望されていた。

また、ＭＥＭＳ技術を用いたスイッチ形成では、その接点付近の可動部の形成に単結晶材料を用いることが必要不可欠だった。これは、アモルファスや多結晶の材料を用いた場合には、粒界で構成原子の結び付きが弱くなり均一性に欠けることから、繰り返し動作による疲労で亀裂が生じ破損してしまうことがあるためである。そのため、現在は、シリコン等の単結晶基板からスイッチの可動部に用いる材料を切り出し、そこに接点付近の可動構造を形成するようにしている。このようにスイッチの可動部の形成には単結晶材料が必要であり、換言すれば、スイッチは単結晶表面にしか形成することができず、例えば単結晶基板上に形成した絶縁膜等の上には形成することができなかった。

そして、これに付随して、スイッチ形成に関しては次のような問題点が発生していた。まず第１に、スイッチに高価な単結晶基板を用いるため、電子デバイスの製造コストが高くなってしまう。第２に、スイッチを単結晶基板表面にしか形成することができないため、多層化することができず、その集積度を上げることができない。そして、第３に、スイッチを集積回路と混載する場合、それらを１枚の単結晶基板上に形成しようとすればレイアウト上配置場所を取り合うこととなるため、混載集積回路全体の集積度を上げることができない。

もし、電子デバイスを製造する上で、スイッチ形成に単結晶基板を用いることなく、必要に応じて自由に単結晶材料を用いることができれば、安価なガラス基板のような材料を使用することも可能になる。さらに、その場合、ＭＥＭＳを多層化して形成することが可能になるのでその集積度を上げることができるようになると共に、電子デバイス１個当たりの価格を低減することも可能になる。さらにまた、単結晶基板上にＬＳＩのトランジスタや回路を形成しておき、その上にスイッチを形成するといったことも可能になる。このようにして形成されるＭＥＭＳは、集積度、コスト、機能の点で非常に優れたものになると考えられる。

ここで、カーボンナノチューブは、元々単結晶であり、下地基板の種類を選ばず単結晶層や絶縁層の上にも形成することができる。また、カーボンナノチューブは、機械的に強く、破損する心配が極めて少ない。事実、カーボンナノチューブは、鋼鉄のおよそ５倍の引っ張り強度を有していることに加え、非常に細く柔軟に曲がるという性質を併せ持つ。この点で、カーボンナノチューブは、小型スイッチの可動部の形成材料として好適と言える。

他の材料、例えばシリコンであっても、その多結晶は微細な単結晶が集まったものと見ることもできる。しかし、このような多結晶は、ひとつひとつの単結晶が縦、横、高さのいずれの方向にも小さいため、これを用いてスイッチの可動部を形成しても、前述のように、そこに多くの粒界が形成されてしまい、繰り返し動作によって破損が起こりやすくなる。一方、カーボンナノチューブは、直径方向には数ｎｍサイズであるが、長さ方向に長い構造を有し、しかも原理的にはいくらでも長く伸ばすことができる。換言すれば、長さ方向については巨大な単結晶である。そのため、例えば上記のような基板上の電極間にカーボンナノチューブをその基板に対して平行方向に形成すると、電極間を単結晶で接続した場合と同等の効果を得ることができるようになると考えられる。同様に、スイッチの可動部に関しても、可動部を端から端まで１本のカーボンナノチューブが跨ぐように形成することができれば、途中に粒界がなく、繰り返し動作に対しても非常に強いスイッチが得られると考えられる。

また、最近では、新たな電子デバイスとして、単電子トランジスタが注目されつつある。単電子トランジスタは、電子１個でオン／オフをするものであり、非常に高速に動作することに加えて、非常に低消費電力で動作するトランジスタである。このトランジスタでロジック等の回路を組めば、高速で低消費電力の電子回路を実現することが可能になる。しかし、このようなトランジスタを実現するためには、非常に面積の小さなコンデンサが必要で、従来のリソグラフィ技術を用いて形成したものではそのサイズに限界があり、十分に小さな面積のコンデンサを形成することができなかった。さらに、リソグラフィ技術を用いて形成したものは、液体窒素や液体ヘリウム等で冷却しないと単電子動作を示さず、常に冷却器を必要とすることから現実的ではなかった。

一方、カーボンナノチューブに欠陥を導入すると、その部分の導電性が失われてコンデンサとして働くことが一般に知られている。しかも、カーボンナノチューブの直径は数ｎｍと非常に細いので、欠陥で形成されるコンデンサは非常に面積の小さなものとなる。このコンデンサを用いて単電子トランジスタを構成すれば、常温で動作させることが可能になり、このようなカーボンナノチューブを用いた単電子トランジスタは、既に試作も行われている。

しかし、現在試作が行われている単電子トランジスタは、欠陥が所定の箇所に偶然に形成されたカーボンナノチューブを利用したものであり、欠陥を狙った箇所に意図的に形成したものではない。単電子トランジスタを製造するためには、欠陥を狙い通りの箇所に導入することを可能にする必要がある。その方法としては、例えば、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope，ＡＦＭ）を利用し、その針をカーボンナノチューブ上のある箇所で周方向にスキャンさせ、そこに欠陥を導入するような方法が考えられる。しかし、この方法では、回路に必要な多くのトランジスタのすべてに欠陥を導入するのに長時間を要し、生産性が低く現実的ではない。そのため、多くの箇所に一度に微細な欠陥を導入できる技術が必要になる。また、この欠陥は非常に微細なものであるため、リソグラフィ法によるパターンを使って欠陥を形成するには、現在のリソグラフィ技術の限界を超える高精細なリソグラフィ技術が必要になり、量産には不向きとなる。また、工程数が増加するという点でもあまり好ましくはない。

本発明は、以上述べたような点に鑑みてなされたものであり、所望の性状のカーボンナノチューブを面上に倒した状態で形成することのできるカーボンナノチューブの形成方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、面上に倒れた状態で形成されるカーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、カーボンナノチューブを面上に垂直配向成長させて形成し、垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記面上に一方向に倒すカーボンナノチューブの形成方法が提供される。

このようなカーボンナノチューブの形成方法によれば、面上に垂直配向成長させて形成したカーボンナノチューブをその根元を固定したまま一方向に倒す。多数のカーボンナノチューブを形成する場合にも、形成面上に垂直配向成長させて形成すれば、その長さ等の性状を均一化しやすい。したがって、これを一方向に倒せば、性状の揃ったカーボンナノチューブが面上に一方向に倒れた状態で得られるようになる。垂直配向成長させて形成したカーボンナノチューブを倒すためには、例えばこれを液中に浸漬してから引き上げる等の方法を用いることができる。

また、本発明の一観点によれば、基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にカーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成する工程と、垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記絶縁膜上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記絶縁膜上に一方向に倒す工程と、を有する電子デバイスの製造方法が提供される。

このような電子デバイスの製造方法によれば、絶縁膜上に垂直配向成長させて形成したカーボンナノチューブをその根元を固定したまま一方向に倒すので、カーボンナノチューブが絶縁膜上に倒れた状態で得られるようになる。これにより、例えば半導体としてのカーボンナノチューブを絶縁膜の全面に形成した基板等が形成可能になり、このような基板を用いて各種電子デバイスを形成することも可能になる。また、倒れたカーボンナノチューブと絶縁膜との間に電極が存在すれば、そのカーボンナノチューブを電極間配線として利用することも可能になる。

さらに、本発明の一観点によれば、基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第１電極及び第２電極を形成する工程と、前記第１電極上にカーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成する工程と、前記第１電極上に垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記第１電極上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記第２電極の側に倒す工程と、を有する電子デバイスの製造方法が提供される。

このような電子デバイスの製造方法によれば、一の電極上に垂直配向成長させて形成したカーボンナノチューブをその根元を固定したまま他の電極の側に倒すので、一の電極と他の電極とがカーボンナノチューブによって電気的に接続された電子デバイスが形成可能になる。また、このような電子デバイスの製造方法によれば、例えば、カーボンナノチューブを倒したときに一の電極と他の電極との間に欠陥が導入されるよう、一の電極上にカーボンナノチューブを垂直配向させて形成する際に意図的に欠陥を導入しておくことも容易に行えるようになる。

さらに、本発明の一観点によれば、カーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法において、基板上に凹構造または凸構造を形成する工程と、前記基板に対し垂直配向させてカーボンナノチューブを形成する工程と、前記凹構造上または前記凸構造上に前記カーボンナノチューブを倒す工程と、を有する電子デバイスの製造方法が提供される。

このような電子デバイスの製造方法によれば、カーボンナノチューブを凹構造上または凸構造上に倒すので、例えば、凸構造の電極上にカーボンナノチューブを倒してスイッチを構成したり、底に電極を設けた凹構造上にカーボンナノチューブを倒しカーボンナノチューブがその電極に離接するようにしたスイッチやメモリを構成したりすることが可能になる。

絶縁膜上や電極上にカーボンナノチューブを倒した状態で形成することができ、カーボンナノチューブの電子デバイスへの応用範囲を広げることが可能になると共に、カーボンナノチューブの特性を十分に再現性良く引き出すことが可能になる。その結果、高性能、高信頼性の各種電子デバイスを生産性良く製造することが可能になる。

まず、カーボンナノチューブを形成面上に平行方向に配向させて形成する方法の概略について説明する。ここでは、基板上の２電極間を接続するカーボンナノチューブの形成方法を例にして説明する。

図１はカーボンナノチューブの形成フローの一例を示す図である。
カーボンナノチューブの形成に当たり、まず、基板上に、カーボンナノチューブによって接続すべき２つの電極を形成する（ステップＳ１）。続いて、それらの電極のうち一方の電極上に、基板に対し垂直配向させた状態で、所定長さのカーボンナノチューブを形成する（ステップＳ２）。そして、このようにして一方の電極上に形成したカーボンナノチューブを、もう一方の電極の側へ倒し、それによってこれら２電極間をカーボンナノチューブで接続する（ステップＳ３）。したがって、一方の電極上にカーボンナノチューブを垂直配向させて形成する際には、そのカーボンナノチューブを他方の電極側に倒したときに、その先端が他方の電極上に届く長さに形成する必要がある。

図２はカーボンナノチューブを電極上に垂直配向させて形成する工程の断面模式図である。また、図３は垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。

例えば、上記ステップＳ１において、図２に示すように、カーボンナノチューブ１で接続する２つの電極２ａ，２ｂを基板３上に絶縁膜４を介して形成した場合を想定する。この場合、上記ステップＳ２においては、例えば一方の電極２ａ上に所定長さのカーボンナノチューブ１を垂直配向させて形成する。その際、カーボンナノチューブ１は、公知の方法で形成することができ、例えば、電極２ａ上に鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、チタンコバルト（ＴｉＣｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）等の触媒金属を堆積し、そこを起点にＣＶＤ法でカーボンを垂直配向成長させることによって形成することができる。

そして、上記ステップＳ３においては、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、電極２ａ上に形成したカーボンナノチューブ１をもう一方の電極２ｂ側へ倒し、電極２ａ，２ｂ間をカーボンナノチューブ１で接続する。なお、図３（Ｂ）に示したカーボンナノチューブ１の端部の配置は、図３（Ａ）に模式的に示したカーボンナノチューブ１の配列状態に合わせて図示したものである。一旦電極２ａ上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ１を倒す際には、いくつかの方法を用いることができる。

図４は電極上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す方法の一例の説明図である。なお、図４では、図２および図３に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

まず、一方の電極２ａ上にＣＶＤ法等を用いて所定長さのカーボンナノチューブ１を垂直配向させて形成した後、この基板３を、図４上図および中図に示すように、電極２ａ，２ｂのうちカーボンナノチューブ１を形成した電極２ａ側が図中上方になるよう縦にして液体５の中に浸漬する。その際、カーボンナノチューブ１の表面に適当な親水性処理、例えば酸に浸したりオゾンガスに曝露したりする等の処理を施しておけば、図４中図に示したように、カーボンナノチューブ１は液体５の中を比較的自由に漂うようになる。

そして、その状態から、図４下図に示すように、基板３を図中上方（電極２ａ，２ｂを結ぶ延長線方向）へと引き上げる。これにより、液体５の中のカーボンナノチューブ１は、引き上げられる際の液体５の表面張力により、一端（根元）が電極２ａに接続されたまま絶縁膜４側へ引き寄せられる。すなわち、電極２ａ上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ１が電極２ｂ側へ倒されるようになる。このとき、電極２ａ側を図中上方、電極２ｂ側を図中下方にして引き上げを行うことにより、電極２ａ上に形成した所定長さのカーボンナノチューブ１の先端が電極２ｂに接着し、電極２ａ，２ｂ間がカーボンナノチューブ１で接続された状態が得られるようになる。

また、図５および図６は電極上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す方法の別の例の説明図である。なお、図５および図６では、図２および図３に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

上記図４に示したような浸漬・引き上げによる方法のほか、この図５に示すように、基板３を横にしたまま液体５の中を通過させる方法も用いることができる。この場合、容器６に、液体５が内圧によって漏れない程度でかつカーボンナノチューブ１を形成した基板３が通過できる程度の大きさのスリット６ａ，６ｂを形成しておき、基板３を一方のスリット６ａ側から他方のスリット６ｂ側へと液体５の中を移動させるようにする。その際は、電極２ａ，２ｂのうちカーボンナノチューブ１を垂直配向させて形成した電極２ａ側から液体５の中を通過させるようにする。

容器６は、例えば石英で作製することができ、液体５を封入した後はスリット６ａ，６ｂを除いて内部が密閉される。スリット６ａ，６ｂは、例えば８インチウェハ（直径２０ｃｍ）を通過させる場合であれば、高さ１ｍｍ、幅２１ｃｍとすることができる。なお、スリット６ａ，６ｂをこのようなサイズにする場合、液体５の水深は１０ｃｍ程度に抑えるようにする。過剰な水圧がスリット６ａ，６ｂにかかって液体５が漏れてしまうのを防ぐためである。

このほかにも、図６に示すように、基板３を横にしたまま管７内に配置し、管７内を流体（気体または液体５）８で満たして基板３を所定の速度で動かす、あるいは基板３を静止させておいて管７内に流体８を一方向（電極２ａ側から電極２ｂ側）に流す、といった方法を用いることも可能である。

なお、上記図４から図６に示した方法の中で液体５を利用するものについては、原則的にその液体５の種類は問わない。ただし、カーボンナノチューブ１が液体５の中でバンドル化してしまうと、基板３（絶縁膜４）に対して平行方向に倒すことが難しくなる可能性があるため、カーボンナノチューブ１がバンドル化しないような液体５を用いることが好ましい。また、カーボンナノチューブ１に不純物が付着すると、カーボンナノチューブ１の本来の性能が得られない場合もあり得るので、液体５としては乾燥後の残留物が少ないものを用いることが好ましい。さらに、カーボンナノチューブ１は本来撥水性であり、液体５を利用して倒すためには、ある程度液体５に濡れるようにした方が良い。このような点から、液体５としては、純水、純水に少量の界面活性剤を添加したもの、純水に少量の酸を添加したもの、アルコール系溶剤、アルコール系溶剤に界面活性剤を添加したもの等を適宜選択して用いることが好ましい。酸はカーボンナノチューブ１を親水性にする役割を果たし、アルコールや界面活性剤はカーボンナノチューブ１のバンドル化を防ぐ役割を果たす。

また、上記図６に示した方法で流体８に気体を用いる場合には、窒素、酸素、空気、アルゴン等のガスを適宜選択して用いることができる。気体を用いる場合は、液体５を用いる場合に比べ、カーボンナノチューブ１がバンドル化する可能性が少ない点で有利といえる。

基板３の引き上げ速度や移動速度は、カーボンナノチューブ１の倒れ具合を見て適宜設定する必要がある。カーボンナノチューブ１は、太さ、長さ、層数等の性状によって強度が変化し、それに応じてカーボンナノチューブ１の倒れやすさ、倒れにくさも変化するためである。引き上げ速度、移動速度は、カーボンナノチューブ１が倒れるのに必要な大きさ以上でなければならないが、大きすぎるとカーボンナノチューブ１が電極２ａ上から脱離してしまうので、その点を考慮する必要がある。

また、流体８を用いてカーボンナノチューブ１を一方向に倒すためには、その流れの途中に渦、逆流、淀み等のない一様な流れになるように調整する必要がある。一例として、管７内に流す流体８が液体５の場合、１分間に２リットル／ｃｍ²程度の液体５を流すことにより、直径約５ｎｍ、約５層のカーボンナノチューブ１を倒すことができる。また、管７内に流す流体８が気体の場合には、２気圧で１０リットル／分程度の気体を流すことにより、直径約５ｎｍ、約５層のカーボンナノチューブ１を倒すことができる。

図７は形成面上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真、図８は形成面上に倒したカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真である。なお、各写真の横にはそれぞれの形成面に対するカーボンナノチューブの方向を模式的に示している。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ある基板１０上にカーボンナノチューブ１１を垂直配向させて形成した後、これを上記図４に示したように所定条件で純水に浸漬させ引き上げたところ、図８（Ａ），（Ｂ）に示すような基板１０上に倒れたカーボンナノチューブ１１を得ることができた。

また、垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒すためには、上記のように液体５等を利用する方法のほか、ローラやツメ等を用いて倒すような方法を用いることも可能である。

図９はローラを用いてカーボンナノチューブを倒す方法の説明図、図１０はツメを用いてカーボンナノチューブを倒す方法の説明図である。
図９に示すように、基板２０上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ２１を、ローラ２２を基板２０に押し当てながら一方向に移動させることによって倒すようにしてもよい。また、図１０に示すように、ローラ２２に代えてツメ２３を基板２０に押し当てながら一方向に移動させることによってカーボンナノチューブ２１を倒すようにしてもよい。

また、形成するカーボンナノチューブには、欠陥を導入するようにしておいてもよい。
図１１はカーボンナノチューブに欠陥を導入する場合の説明図である。
図１１に示すように、基板３０表面の絶縁膜３１上に形成した電極３２ａ上に垂直配向させて形成するカーボンナノチューブ３３の所定位置に欠陥３３ａを導入してから、上記したいずれかの方法を用いて、カーボンナノチューブ３３を電極３２ｂ，３２ｃ側に倒すようにする。このように欠陥３３ａを導入したカーボンナノチューブ３３は、前述のようにその導入箇所を微小コンデンサとして機能させることが可能になる。カーボンナノチューブ３３を倒す前には、欠陥３３ａと電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの位置関係をあらかじめ計算等により把握しておくことにより、欠陥３３ａを回路内に適切に配置することが可能になる。

カーボンナノチューブ３３への欠陥３３ａの導入方法としては、次のようなものがある。例えばＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ３３を垂直配向させて成長させる場合、まず、成長途中の段階で一旦ＣＶＤ炉内への原料ガス（メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、アルコール等）の供給を止め、ＣＶＤ炉内を一時的に原料ガスの欠乏状態にし、成長を停止させる。その後、原料ガスを再供給して成長を再開させる。

一例として、ＣＶＤ法による４００℃〜９００℃のカーボンナノチューブ３３の成長において、一旦ＣＶＤ炉内への原料ガスを止めて成長を停止させた後、約１０分間放置し、原料ガスの供給を再開してカーボンナノチューブ３３を再成長させる。これにより、カーボンナノチューブ３３内には、原料ガスの供給を止めた箇所に欠陥３３ａが導入されるようになる。

さらに、一旦ＣＶＤ炉内への原料ガスの供給を止めてカーボンナノチューブ３３の成長を停止させ、ＣＶＤ炉内に微量の水素、酸素、空気等のガスを導入して、あるいはそのようなガスに曝露して、その後成長を再開することによっても欠陥３３ａを導入することが可能である。カーボンナノチューブ３３の成長途中で水素等のガスを導入すると、その時点でのカーボンナノチューブ３３の先端表面に水素等が吸着し、その後のカーボンの規則的な成長が阻害され、その結果、カーボンナノチューブ３３内に欠陥３３ａが導入されるようになる。

一例として、ＣＶＤ法による４００℃〜９００℃のカーボンナノチューブ３３の基板上への成長において、一旦ＣＶＤ炉内への原料ガスの供給を止めて成長を停止させた後、ＣＶＤ炉内の温度を下げてＣＶＤ炉外に基板を取り出す。取り出した基板は、水素中、酸素中または空気中で約１時間保管し、カーボンナノチューブ３３の先端にそれらのガスの原子や分子を吸着させ、これを再びＣＶＤ炉内に戻してカーボンナノチューブ３３を再成長させる。これにより、カーボンナノチューブ３３内には、水素等のガスを導入した箇所に欠陥３３ａが導入されるようになる。

このほか、ＣＶＤ炉内の加熱をヒータとレーザ光照射とで行う装置を用いてカーボンナノチューブ３３の成長を行うようにし、その成長途中で瞬間的にレーザ光照射を停止することによっても欠陥３３ａを導入することが可能である。瞬間的にレーザ光照射を停止すると、カーボンナノチューブ３３の先端温度が一時的に低下する。一般に、カーボンナノチューブの内包欠陥は低温で成長させた方が多くなることが知られている。レーザ光照射を止めて成長温度を実質的に低温化した後、再びヒータとレーザ光照射で加熱を行ってカーボンナノチューブ３３を成長させることによっても、カーボンの規則的な成長が阻害されてそこに欠陥３３ａが導入されるようになる。

一例として、ＣＶＤ法による４５０℃のカーボンナノチューブ３３の成長において、ヒータ加熱を５００Ｗのレーザ光照射で補助しながら行う際に、カーボンナノチューブ３３が欠陥３３ａを導入すべきある長さまで成長した時点でレーザ光の照射を瞬間的に止め、再開し、引き続き成長を行う。このようにして、瞬間的にレーザ光照射による加熱補助のない状態を作り、実質的にカーボンナノチューブ３３の成長温度を低下させることにより、カーボンナノチューブ３３内に欠陥３３ａが導入されるようになる。

なお、カーボンナノチューブ３３の成長途中に温度を一時的に低下させるためには、ＣＶＤ炉内の加熱をヒータで行う通常の装置を用い、欠陥３３ａを導入する時点でヒータへの電流供給量を減らして成長温度を低下させる、あるいはガスを一時的に導入して成長温度を一時的に低下させるといった方法等も用いることが可能である。ただし、急峻に温度を変化させるという点では、上記のようにレーザ光を利用する方法が有効である。

また、カーボンナノチューブが倒れる位置には、上記のような導電部分が露出した電極（裸電極）だけでなく、表面を絶縁膜で被覆した電極（絶縁被覆電極）を配置するようにしてもよい。

図１２は絶縁被覆電極が存在する場合の説明図である。
例えば、図１２に示すように、基板４０表面の絶縁膜４１上に、絶縁被覆電極４２ｃを裸電極４２ａ，４２ｂで挟んで並べて配置し、裸電極４２ａ上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ４３を裸電極４２ｂ側に倒す。このとき、カーボンナノチューブ４３は、絶縁被覆電極４２ｃを跨ぐようにして倒れるようになる。このような構成は、例えば、絶縁被覆電極４２ｃをゲート電極とするトランジスタの形成等に利用することができる。なお、このようなトランジスタの形成方法の詳細については後述する。

また、垂直配向させて形成したカーボンナノチューブは、同一平面を構成する複数の電極上に倒すだけでなく、カーボンナノチューブの根元よりも垂直方向に突出する段差に向かって倒すことも可能である。

図１３は段差に向かって倒す場合の説明図である。
例えば、図１３に示すように、基板５０表面の絶縁膜５１上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ５３の根元よりも垂直方向に突出した電極５２にカーボンナノチューブ５３を倒す。この図１３に例示したような状態でカーボンナノチューブ５３を倒せば、電極５２への電圧印加によってカーボンナノチューブ５３を電極５２に離接することが可能になる。すなわち、絶縁膜５１上に形成したカーボンナノチューブ５３と電極５２を用いてスイッチやメモリを構成することが可能になる。なお、このような原理を利用したスイッチやメモリの形成方法の詳細については後述する。

以下では、これまで述べてきたようなカーボンナノチューブの形成方法を用いて電子デバイス等を構成する例（第１〜第６の例）を具体的に説明する。
まず、第１の例として、基板の形成方法について説明する。

はじめに表面に絶縁膜を形成した基板を用意し、その絶縁膜の全面に膜厚数ｎｍでＣｏ膜あるいはＴｉＣｏ膜を形成して、カーボンナノチューブの成長核を形成する。次いで、ＣＶＤ法を用いて成長温度約５００℃でカーボンナノチューブを絶縁膜上に垂直配向成長させる。原料ガスとしては、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、アルコール等の炭化水素系のガスを用いることができる。次いで、上記のような浸漬・引き上げ等の方法を用いてカーボンナノチューブを絶縁膜上に倒す。これにより、絶縁膜上にカーボンナノチューブが横たわって並ぶ基板が形成される。このようにして形成される基板は、絶縁膜上に半導体を並べたものと見ることができ、絶縁膜上に薄いシリコン半導体層を形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板と同様の構成を有している。したがって、このような基板を用いることにより、従来のＳＯＩ基板を用いたときと同等の性能を有する各種電子デバイスを形成することが可能になる。また、このような基板は、その加工にプレーナ法を用いることも可能である。

なお、ここでは絶縁膜の全面に成長核を形成しそこにカーボンナノチューブを垂直配向成長させるようにしたが、絶縁膜上に成長核をストライプ状に形成しそこに垂直配向成長させたカーボンナノチューブをストライプ方向と交わる方向に向かって絶縁膜上に倒すようにしてもよい。このような方法によれば、全面にカーボンナノチューブを垂直配向成長させた場合に比べ、カーボンナノチューブをより倒しやすくなる。

次に、第２の例として、センサの形成方法について説明する。
図１４はセンサ形成の第１の工程の断面模式図である。また、図１５はセンサ形成の第２の工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。

まず、図１４に示すように、基板６０表面に形成した絶縁膜６１上に一対の電極６２ａ，６２ｂを形成する。電極６２ａ，６２ｂの材質は導電性を有するものであれば特にその種類は問わないが、電極６２ａをＣｏ等の触媒金属で形成したり表面にＣｏ等の薄膜を形成したりしておけば、それを後にＣＶＤ法によって形成するカーボンナノチューブ６３の成長核とすることができる。また、カーボンナノチューブ６３を形成するためには、別途、触媒金属の微粒子を電極６２ａ上に形成し、それをカーボンナノチューブ６３の成長核とするようにしてもよい。なお、成長核として微粒子を用いる場合には、あらかじめ電極６２ａ上にのみレジストの開口部を設けておき、全面に微粒子の形成を行ってそのレジストを除去すれば、レジスト上の微粒子を除去してレジスト開口部内、すなわち電極６２ａ上にのみ微粒子を残すことができる。そして、図１４に示したように、このようにして形成した電極６２ａ上の成長核を起点に、ＣＶＤ法によって所定長さのカーボンナノチューブ６３を垂直配向成長させる。

次いで、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記のような浸漬・引き上げ等の方法を用い、電極６２ａ上に形成したカーボンナノチューブ６３をもう一方の電極６２ｂ側に倒す。そして、電極６２ａ，６２ｂに電源を接続して回路を形成することにより、センサが構成される。さらに、必要に応じて２００℃〜５００℃程度の熱処理を行えば、電極６２ａ，６２ｂとカーボンナノチューブ６３との間の接続強度を高めることができる。

このようなセンサは、カーボンナノチューブ６３に種々のガスの成分原子が付着するとその電気的特性が著しく変化するため、その変化を電流計で検出することによってガスセンサとして利用することができる。さらに、基板６０に電圧を印加し、これをバックゲートとして作用させることもできる。例えば、横軸にバックゲートの電圧、縦軸に電極６２ａ，６２ｂ間に流れる電流をとれば、各種のガスに特有の曲線が得られ、その曲線の形状からガス種を判別することも可能になる。

次に、第３の例として、トランジスタの形成方法について説明する。
図１６はトランジスタ形成の第１の工程を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。また、図１７はトランジスタ形成の第２の工程を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。

まず、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板７０表面に形成した絶縁膜７１上に電極７２ａ，７２ｂを形成し、例えば一方の電極７２ａ上に触媒金属で成長核を形成して、それを起点にＣＶＤ法によってカーボンナノチューブ７３を垂直配向成長させる。そして、そのカーボンナノチューブ７３を上記のような方法を用いてもう一方の電極７２ｂ側に倒す。なお、電極７２ａ，７２ｂの材質は導電性を有するものであれば特にその種類は問わない。カーボンナノチューブ７３の成長を行う際には、電極７２ａ上に触媒金属の薄膜あるいは微粒子を形成し、それをカーボンナノチューブ７３の成長核とすればよい。

次いで、まず全面にＣＶＤ法を用いて絶縁膜７４を膜厚約１０ｎｍで形成し、さらに全面に電極材を形成して、レジストパターンを用いて電極材のエッチングを行う。それにより、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すようなゲート電極７５を形成する。なお、電極７２ａ，７２ｂ同様、ゲート電極７５の材質は導電性を有するものであれば特にその種類は問わない。

最後に、絶縁膜７４のエッチングを行い、電極７２ａ，７２ｂを部分的に露出させる。これにより、カーボンナノチューブ７３を用いたトランジスタが構成される。このトランジスタにおいて、電極７２ａ，７２ｂは、ソース・ドレイン電極として機能する。なお、ここでは、エッチングの際、ゲート電極７５をソース・ドレイン電極となる電極７２ａ，７２ｂにオーバーラップするように形成し、ゲート電極７５と電極７２ａの間、ゲート電極７５と電極７２ｂの間に、ゲート電極７５の支配を受けないカーボンナノチューブ７３の高抵抗な領域が形成されないようにしている。

また、ここで述べたトランジスタ形成では、カーボンナノチューブ７３を倒してからゲート電極７５を形成するようにしたが、先にゲート電極７５を形成しておき、後からカーボンナノチューブ７３を倒すことによってトランジスタ形成を行うことも可能である。

図１８はトランジスタ形成の別の例の第１の工程を示す図、図１９はトランジスタ形成の別の例の第２の工程を示す図、図２０はトランジスタ形成の別の例の第３の工程を示す図である。また、図２１はトランジスタ形成の別の例の第４の工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。なお、図１８から図２１では、図１６および図１７に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

まず、図１８に示すように、基板７０表面に形成した絶縁膜７１上に電極７２ａ，７２ｂおよびゲート電極７５ａを形成した後、全面に膜厚約１０ｎｍで絶縁膜７４ａを形成する。次いで、レジストパターンを用い、図１９に示すように、中央のゲート電極７５ａを覆う部分以外の絶縁膜７４ａをエッチングにより除去する。次いで、図２０に示すように、ＣＶＤ法によって電極７２ａ上にカーボンナノチューブ７３を垂直配向成長させ、これを、図２１（Ａ），（Ｂ）に示すように、絶縁膜７４ａで被覆されたゲート電極７５ａを跨いで、電極７２ｂ側に倒す。このような方法によっても、カーボンナノチューブ７３を用いたトランジスタが構成される。

このようにして形成される第３の例のトランジスタでは、ゲート電極７５，７５ａに電圧を印加することで、電極７２ａ，７２ｂ間に流れる電流を制御することが可能になる。ここで注目すべきは、このトランジスタが絶縁膜７１上に形成されている点にある。したがって、例えばガラス基板等の上でも動作するトランジスタが実現される。このようなトランジスタは、特にディスプレイやタグ等の分野で有用である。

なお、このような構成のトランジスタは、カーボンナノチューブ７３のカイラリティによっては、その中に半導体的性質を有する部分と金属的性質を有する部分とが混在するといったことが起こり得る。その場合、形成されるトランジスタは、リーク電流の多いものになる可能性があるため、形成に当たってはカーボンナノチューブ７３のカイラリティに留意する必要がある。

また、カーボンナノチューブを太く、総数を多く成長するほどほぼ１００％金属的なカーボンナノチューブを得ることができるが、この金属カーボンナノチューブに酸処理や熱処理を施して多くの欠陥を導入するようにすれば、完全な導電性は失われ擬似的に半導体的な性質を帯びるようになることが知られており、このような点にも留意する必要がある。

次に、第４の例として、電極間配線の形成方法について説明する。
基板に対して垂直方向に配向させて形成したカーボンナノチューブを平行方向に倒して電極間を接続する場合、接続する電極の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であっても構わない。

図２２は３つの電極間の接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。
例えば、この図２２（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板８０表面の絶縁膜８１上に並べて形成した３つの電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃをカーボンナノチューブ８３によって接続する場合、まず、一端の電極８２ａ上に、倒したときに他端の電極８２ｃに届く長さのカーボンナノチューブ８３をＣＶＤ法で垂直配向成長させた後、これを電極８２ｂ，８２ｃ側に倒すようにする。４つ以上の電極間を接続する場合も同様に行うことができる。

また、垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して２つ以上の電極間を接続する構造を形成する際には、最初に垂直配向させて形成するカーボンナノチューブは、必ずしも電極上に形成されていることを要しない。

図２３は電極以外の領域に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して形成した接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。なお、図２３では、図２２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

例えば、この図２３（Ａ），（Ｂ）に示すように、電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃの延長線上にある絶縁膜８１の一の領域上にカーボンナノチューブ８３をＣＶＤ法で垂直配向成長させた後、これを電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃ側に倒すようにしても構わない。なお、このような接続構造は、上記第２，第３の例にも適用可能である。

また、最初に垂直配向させて形成するカーボンナノチューブは、一の電極上や一の領域上といったような１箇所であることは必ずしも要しない。
図２４は複数個所に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して形成した接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。また、図２５および図２６は倒した後のカーボンナノチューブの重なり状態を示す平面模式図である。なお、図２４から図２６では、図２１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

例えば、この図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、電極８２ａ上と電極８２ｂ上にそれぞれカーボンナノチューブ８３ａ，８３ｂをＣＶＤ法で垂直配向成長させ、これらを電極８２ｂ，８２ｃ側に倒すようにしてもよい。勿論、図２５に示すように、電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃの延長線上にある絶縁膜８１の一の領域上と電極８２ａ上にそれぞれカーボンナノチューブ８３ａ，８３ｂをＣＶＤ法で垂直配向成長させ、これらを電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃ側に倒すようにしても構わない。

倒れた後のカーボンナノチューブ８３ａ，８３ｂが重なる領域は、図２４（Ａ），（Ｂ）や図２５に示したように電極８２ｂ，８２ｃ間、電極８２ａ，８２ｂ間といった電極間領域に設けるようにすることも、また、図２６に示したように同様にしてカーボンナノチューブ８３ａ，８３ｂを形成した２つの電極８２ｄ，８２ｅの外側といった電極外領域に設けるようにすることも可能である。

また、垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して２つ以上の電極間を接続する構造を形成する場合、それらの電極の中には裸電極だけでなく絶縁被覆電極が含まれていても構わない。

図２７は絶縁被覆電極を含む裸電極群のカーボンナノチューブによる接続構造を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）はカーボンナノチューブによる接続状態の一形態の断面模式図、（Ｃ）はカーボンナノチューブによる接続状態の別の形態の断面模式図である。なお、図２７では、図２２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

例えば、図２７（Ａ）に示すように、基板８０表面の絶縁膜８１上に３つの電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃとそれらの間に２つの絶縁被覆電極８２ｆ，８２ｇが形成されている場合でも、一端の電極８２ａ上に所定長さのカーボンナノチューブ８３をＣＶＤ法で垂直配向成長させ、これを電極８２ｂ，８２ｃ側に倒すようにすればよい。倒れた後のカーボンナノチューブ８３は、図２７（Ｂ）に示すように電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃおよび絶縁被覆電極８２ｆ，８２ｇを直線状に架橋するように形成されていても、図２７（Ｃ）に示すように電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃおよび絶縁被覆電極８２ｆ，８２ｇの表面を這うように形成されていても構わない。また、図２７（Ｂ），（Ｃ）に示した形態が混在していても構わない。

次に、第５の例として、スイッチの形成方法について説明する。
図２８はスイッチ形成工程の一例の断面模式図である。また、図２９はスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。

カーボンナノチューブを用いてスイッチを形成する場合には、例えば、図２８に示すように、まず、絶縁膜９０上に裸電極９１ａ，９１ｂおよび絶縁被覆電極９１ｃを形成する。裸電極９１ａ，９１ｂおよび絶縁被覆電極９１ｃは、上記図１８および図１９に示したのと同様にリソグラフィ法を用いて形成することが可能である。続いて、これら３つの電極を結ぶ延長線上で裸電極９１ａ付近の絶縁膜９０上に、ＣＶＤ法により、所定長さのカーボンナノチューブ９２を垂直配向成長させる。そして、このカーボンナノチューブ９２を上記のような方法を用いて裸電極９１ａ，９１ｂおよび絶縁被覆電極９１ｃの側に倒す。これにより、図２９（Ａ）に示すように、カーボンナノチューブ９２は、裸電極９１ａとの接点で折れ曲がり、この接点を通じて裸電極９１ａとコンタクトされるようになる。

裸電極９１ａと絶縁被覆電極９１ｃとの間に電圧を印加すると、この間のキャパシタによってカーボンナノチューブ９２に力が加わり、カーボンナノチューブ９２が絶縁被覆電極９１ｃ側へ引き寄せられるようになる。そして、図２９（Ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ９２は、最終的にその先端が裸電極９１ｂに接続され、その結果、裸電極９１ａ，９１ｂ間が導通するようになる。すなわち、スイッチがオンした状態となる。このとき、たとえカーボンナノチューブ９２が絶縁被覆電極９１ｃと接触しても、絶縁被覆電極９１ｃにはその表面に設けられた絶縁膜９３によって電流が流れることはなく、裸電極９１ａと絶縁被覆電極９１ｃとの間には電圧が印加し続けられる。

裸電極９１ａと絶縁被覆電極９１ｃとの間に印加されている電圧を切ると、カーボンナノチューブ９２は、それが持つ復元力によって裸電極９１ｂから離れ、図２９（Ａ）に示した電圧印加前の状態に戻り、スイッチがオフされた状態となる。なお、カーボンナノチューブ９２の復元力が弱い場合には、スイッチがオンした後にオフされることがなくなり、これを不揮発性メモリやアンチヒューズとして使用することが可能になる。

図３０はスイッチ形成工程の別の例の断面模式図である。なお、図３０では、図２８に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。
この図３０に示すように、スイッチを構成するカーボンナノチューブ９２は、例えば、ＣＶＤ法によって裸電極９１ａ上に垂直配向成長させておき、これを裸電極９１ｂおよび絶縁被覆電極９１ｃの側に倒すようにしてもよい。この場合も、カーボンナノチューブ９２の倒れ具合を適当に調節する等により、図２９に示したのと同様にしてオン／オフ動作を行うスイッチを構成することが可能である。

ここで、カーボンナノチューブを用いたスイッチの変形例（第１〜第７の変形例）について述べる。
まず、第１の変形例について説明する。

図３１は第１の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。また、図３２は第１の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。

この第１の変形例のスイッチは、図３１に示すように、絶縁膜１００内の２つの電極１０１ａ，１０１ｂ、および絶縁膜１００上に１つの電極１０１ｃを有し、絶縁膜１００には電極１０１ａ，１０１ｂに通じる開口部１００ａ，１００ｂが形成されている。そして、電極１０１ａ上にＣＶＤ法によって所定長さのカーボンナノチューブ１０２を垂直配向成長させ、これを上記のような方法を用いて電極１０１ｃ側に倒す。このとき、倒されたカーボンナノチューブ１０２は、図３２（Ａ）に示すように、開口部１００ａのエッジ部分を支点にして電極１０１ｃ側に折れ曲がるようになる。

電極１０１ａ，１０１ｂ間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ｂ側へ引き寄せられ、図３２（Ｂ）に示すように、その先端が電極１０１ｃに接続され、その結果、電極１０１ａ，１０１ｃ間が導通するようになる。電極１０１ａ，１０１ｂ間の電圧印加を止めると、カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ｃから離れ、図３２（Ａ）に示した電圧印加前の状態に戻る。

この第１の変形例のスイッチは、構造上、カーボンナノチューブ１０２が電極１０１ｂに接することがないので、電極１０１ｂの表面を絶縁膜で被覆することを要しない。そして、これは開口部１００ａ，１００ｂを形成することによって可能になっており、この構造は電極１０１ｂの表面を絶縁膜で被覆する構造に比べて比較的容易に形成可能である。なお、電極１０１ａ，１０１ｂ間に印加する電圧は、電極１０１ｂからカーボンナノチューブ１０２までの距離（開口部１００ｂの深さ、カーボンナノチューブ１０２の倒れ具合等）に応じて設定するようにする。

続いて、第２の変形例について説明する。
図３３は第２の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。また、図３４は第２の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。なお、図３３および図３４では、図３１および図３２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

この第２の変形例のスイッチは、図３３に示すように、電極１０１ｃが電極１０１ａ，１０１ｂと同一面上に形成されている、すなわち３つの電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが同一面上に形成されている点で、第１の変形例のスイッチと相違する。この場合、電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、まず絶縁膜１００内に形成した後、開口部１００ａを形成して電極１０１ａを露出させ、開口部１００ｂを形成して電極１０１ｂ，１０１ｃを露出させることにより形成される。そして、カーボンナノチューブ１０２が電極１０１ａ上にＣＶＤ法によって所定長さで垂直配向成長される。このカーボンナノチューブ１０２が上記のような方法を用いて電極１０１ｃ側に倒されると、カーボンナノチューブ１０２は、図３４（Ａ）に示すように、開口部１００ａのエッジ部分を支点にして電極１０１ｃ側に折れ曲がるようになる。そのため、上記第１の変形例同様、この第２の変形例のスイッチにおいても、電極１０１ｂの表面を絶縁膜で被覆することを要しない。

この第２の変形例のスイッチのオン／オフ動作は、第１の変形例のスイッチと同じであり、電極１０１ａ，１０１ｂ間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ｂ側へ引き寄せられ、図３４（Ｂ）に示すように、その先端が電極１０１ｃに接続され、その結果、電極１０１ａ，１０１ｃ間が導通するようになる。電極１０１ａ，１０１ｂ間の電圧印加を止めると、カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ｃから離れ、図３４（Ａ）に示した電圧印加前の状態に戻る。

続いて、第３の変形例について説明する。
図３５は第３の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。また、図３６は第３の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。なお、図３５および図３６では、図３１および図３２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

この第３の変形例のスイッチは、図３５に示すように、２つの電極１０１ａ，１０１ｄが同一面上に形成されている点で、第２の変形例のスイッチと相違する。電極１０１ａ，１０１ｄは、絶縁膜１００に開口部１００ａ，１００ｄをそれぞれ形成することにより露出され、電極１０１ａ上にはＣＶＤ法によって所定長さのカーボンナノチューブ１０２が垂直配向成長される。このカーボンナノチューブ１０２が上記のような方法を用いて電極１０１ｄ側に倒されると、カーボンナノチューブ１０２は、図３６（Ａ）に示すように、開口部１００ａのエッジ部分を支点にして電極１０１ｄ側に折れ曲がるようになる。

さらに、この第３の変形例のスイッチにおいては、図３６（Ａ），（Ｂ）に示すように、開口部１００ｄのエッジ部分でカーボンナノチューブ１０２の先端が支持される点も特徴のひとつである。このようなスイッチで電極１０１ａ，１０１ｄ間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ｄ側へ引き寄せられ、図３６（Ｂ）に示したように、その中間部が電極１０１ｄに接続され、その結果、電極１０１ａ，１０１ｄ間が導通するようになる。電極１０１ａ，１０１ｄ間の電圧印加を止めると、カーボンナノチューブ１０２は、その復元力によって電極１０１ｄから離れ、図３６（Ａ）に示した電圧印加前の状態に戻る。カーボンナノチューブ１０２の復元力が弱い場合には、このスイッチはオフ状態に戻らなくなるため、不揮発性メモリやアンチヒューズを構成するのに好適である。

続いて、第４の変形例について説明する。
図３７は第４の変形例のスイッチの形成工程の説明図であって、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。また、図３８は第４の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。なお、図３７および図３８では、図３１および図３２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

この第４の変形例のスイッチは、図３７（Ａ）に示すように、３つの電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが同一面上に形成され、それらが絶縁膜１００に開口部１００ａ，１００ｂ，１００ｃを形成することによって露出されている点で、第２の変形例のスイッチと相違する。カーボンナノチューブ１０２は、電極１０１ａ上にＣＶＤ法によって所定長さで垂直配向成長され、上記のような方法を用いて電極１０１ｂ，１０１ｃ側に倒されると、図３７（Ｂ）に示すように、開口部１００ａのエッジ部分を支点にして電極１０１ｂ，１０１ｃ側に折れ曲がり、さらに、開口部１００ｂ，１００ｃのエッジ部分で支持されるようになる。

このようなスイッチで電極１０１ａ，１０１ｂ間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０２は、図３８（Ａ）に示すように、その中間部が電極１０１ｂ側へ引き寄せられて電極１０１ｂに接続され、その結果、電極１０１ａ，１０１ｂ間が導通するようになる。この状態で電極１０１ａ，１０１ｃ間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０２は、図３８（Ｂ）に示すように、その先端部側が電極１０１ｃ側へ引き寄せられて電極１０１ｃに接続され、一方、電極１０１ｂに接続されていた中間部は持ち上がって電極１０１ｂから離れる。すなわち、この第４の変形例のスイッチは、これに含まれる２つのスイッチ部のオン／オフがカーボンナノチューブ１０２によって適宜切り替え可能になっている。なお、ここではスイッチ部を２個設けた構造を例に述べたが、３個以上設けた構造とすることも可能である。

続いて、第５の変形例について説明する。
図３９および図４０は第５の変形例のスイッチの説明図であり、図３９は第５の変形例のスイッチの一例を示す断面模式図、図４０は第５の変形例のスイッチの別の例を示す断面模式図である。なお、図３９および図４０では、図３１および図３２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

上記の第３，第４の変形例で述べたスイッチは、スイッチ内でカーボンナノチューブ１０２がその根元のみで固定された構成としたが、根元と先端の両方で固定された構成とすることも可能である。

例えば、図３９に示すように、第３の変形例で述べたスイッチにさらに別の電極１０１ｅを設け、カーボンナノチューブ１０２の先端が電極１０１ｅに接続されるように構成してもよい。また、例えば、図４０に示すように、第４の変形例で述べたスイッチにさらに別の電極１０１ｆを設け、カーボンナノチューブ１０２の先端が電極１０１ｆに接続されるように構成してもよい。いずれの場合も、その後のオン／オフ動作については、第３，第４の変形例のスイッチについて述べたのと同じである。なお、前述のように、適当な温度で熱処理を行えば、カーボンナノチューブ１０２の根元や先端と電極１０１ａ，１０１ｅ，１０１ｆとの接続強度を高めることも可能である。

続いて、第６の変形例について説明する。
図４１は第６の変形例のスイッチの説明図であり、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。

この第６の変形例のスイッチは、図４１（Ａ）に示すように、絶縁膜１１０上に、絶縁膜１１１ａ、電極１１２ａ、絶縁膜１１１ｂ、電極１１２ｂ、絶縁膜１１１ｃが、一端側が階段状になるようにして順に積層形成され、さらに電極１１２ａ，１１２ｂの他端側がオーバーエッチングされて窪み１１３ａ，１１３ｂが形成された電極構造を有している。そして、この電極構造の窪み１１３ａ，１１３ｂが形成されている側の絶縁膜１１０上に、この電極構造の積層方向に配向させてＣＶＤ法によって所定長さのカーボンナノチューブ１１４を形成する。これを上記のような方法を用いてこの電極構造側に倒すことにより、図４１（Ｂ）に示すように、上記第３の変形例のスイッチと同様のオン／オフ動作が行える縦型のスイッチを構成することができる。

なお、ここでは一端側を階段状に形成するとして説明および図示を行っているが、この段差は各電極１１２ａ，１１２ｂに電気的なコンタクトを取るためのコンタクトホール部分を便宜上模式的に表したものである。

続いて、第７の変形例について説明する。
図４２は第７の変形例のスイッチの形成工程の説明図であって、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。また、図４３は第７の変形例のスイッチの接続状態を示す図であって、（Ａ）は一の接続状態の断面模式図、（Ｂ）は別の接続状態の断面模式図である。なお、図４２および図４３では、図４１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付している。

この第７の変形例のスイッチは、図４２（Ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１１４を絶縁膜１１０に埋め込み形成された電極１１２ｃから電極構造の積層方向に配向させて形成している点で、上記第６の変形例のスイッチと相違する。このカーボンナノチューブ１１４を上記のような方法を用いてこの電極構造側に倒すことにより、上記第４の変形例のスイッチと同様、図４２（Ｂ）に示すような２つのスイッチ部を備える構造を形成することができる。これにより、図４３（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記第４の変形例のスイッチと同様、２つのスイッチ部のオン／オフがカーボンナノチューブ１１４によって適宜切り替え可能になる。なお、上記第４の変形例においても述べたように、スイッチ部を３個以上設けた構造とすることも可能である。

以上、この第５の例において述べてきたように、絶縁膜（開口部）や電極で形成される凹構造や凸構造を組み合わせることにより、その上にカーボンナノチューブを倒したときに、カーボンナノチューブの可動部が形成されるようになる。このような可動部を利用することで、種々の形態のスイッチ、あるいはメモリを構成することが可能になる。

次に、第６の例として、単電子デバイスの形成方法について説明する。
まず、カーボンナノチューブへの欠陥の導入方法について説明する。
カーボンナノチューブへの欠陥の導入には、上記のように、ＣＶＤ法による成長段階で一旦原料ガスの供給を止める、成長途中で水素や酸素等のガスに曝す、ヒータとレーザ光照射で加熱する装置を用い成長途中で瞬間的にレーザ光照射を停止する等、カーボンナノチューブの成長温度を低下させるような方法を用いることが可能である。

図４４は欠陥導入時のカーボンナノチューブの成長時間と長さの関係を示す図である。
図４４において、横軸はカーボンナノチューブ１１６の成長時間を表し、縦軸はカーボンナノチューブ１１６の長さを表している。この図４４に示すように、所定長さのカーボンナノチューブ１１６を成長させる毎に欠陥１１６ａを導入していくことにより、所定箇所に欠陥１１６ａを有するカーボンナノチューブ１１６を形成することができる。さらに、このようにして形成されるカーボンナノチューブ１１６は、それが複数であっても、ほぼ同じ箇所に欠陥１１６ａが導入されるようになる。

このようにしてカーボンナノチューブに導入される欠陥は、回路内に設けて微小コンデンサとして機能させることが可能である。したがって、欠陥の導入されたカーボンナノチューブを用いることにより、単電子メモリや単電子インバータ等、種々の単電子デバイスを形成することが可能になる。

まず、単電子メモリについて述べる。
図４５は単電子メモリの等価回路図である。
この図４５に示した単電子メモリ回路には、カーボンナノチューブに導入した欠陥によって微小コンデンサとして機能する単一電子トンネリング（Single Electron Tunneling，ＳＥＴ）接合１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが用いられている。単電子メモリ回路は、このほか、コンデンサＣ₁，Ｃ₂、電流計、電源で構成される。なお、この図４５の単電子メモリ回路には、便宜上、適所に導体部１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃを設けている。

このような回路で構成される単電子メモリを実現することができれば、電子１個で動作する非常に省電力で動く回路を構成することが可能になる。従来は、前述のように、コンデンサ部分のサイズを十分に小さくすることができないため低温でなければ動作しなかったり、カーボンナノチューブの欠陥を利用してＳＥＴ接合を形成しても欠陥導入位置を制御できなかったりしていた。しかし、これらの問題点は、これまで述べてきた方法を組み合わせることによって解決することが可能になる。

図４６は単電子メモリの第１の形成工程の平面模式図である。
単電子メモリの形成においては、まず、この図４６に示すように各電極を配置する。ここでは、図４６に示したように、３つの裸電極１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃと２つの絶縁被覆電極１２３ａ，１２３ｂを配置し、電流計および電源はすでに所定の電極に接続されているものとする。なお、図４５に示したコンデンサＣ₁，Ｃ₂はそれぞれ、絶縁被覆電極１２３ｂに接続された配線内および絶縁被覆電極１２３ｂ内部に形成されるキャパシタである。

図４７は単電子メモリの第２の形成工程の平面模式図である。
上記のように各電極を配置した後、例えば、この図４７に示すように、裸電極１２２ａ，１２２ｂ上にそれぞれ、ＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂを垂直配向成長させる。その際には、上記図４４に示したような手順でカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂの所定箇所に欠陥を導入する。

図４８は単電子メモリの第２の形成工程における欠陥導入位置の説明図である。
カーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂに欠陥を導入する際には、裸電極１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ、絶縁被覆電極１２３ａ，１２３ｂの各電極の配置を考慮する。すなわち、この図４８に示すように、例えば、裸電極１２２ｂ上に欠陥１２５ｂ，１２６ｂを導入しながら垂直配向成長させたカーボンナノチューブ１２４ｂを、裸電極１２２ｃ側に倒したときに、裸電極１２２ｂと絶縁被覆電極１２３ｂの間に欠陥１２５ｂが、また、絶縁被覆電極１２３ｂと裸電極１２２ｃの間に欠陥１２６ｂが、それぞれ配置されるように、成長時に欠陥１２５ｂ，１２６ｂを導入していくようにする。これは、欠陥１２５ｂ，１２６ｂがＳＥＴ接合として機能する、すなわち欠陥１２５ｂ，１２６ｂ部分を微小コンデンサとして利用するためである。カーボンナノチューブ１２４ａについても同様にして、裸電極１２２ａおよび絶縁被覆電極１２３ａ，１２３ｂの配置を考慮し欠陥を導入する。

図４９は単電子メモリの第３の形成工程の平面模式図である。
上記のようにして欠陥１２５ａ，１２６ａ、欠陥１２５ｂ，１２６ｂを導入したカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂをそれぞれ、上記のような方法を用いて、絶縁被覆電極１２３ｂ、裸電極１２２ｃに向かって倒す。これにより、カーボンナノチューブ１２４ａ側では、裸電極１２２ａと絶縁被覆電極１２３ａの間に欠陥１２５ａが、また、絶縁被覆電極１２３ａと絶縁被覆電極１２３ｂとの間に欠陥１２６ａが、それぞれ配置される。また、カーボンナノチューブ１２４ｂ側では、裸電極１２２ｂと絶縁被覆電極１２３ｂの間に欠陥１２５ｂが、また、絶縁被覆電極１２３ｂと裸電極１２２ｃの間に欠陥１２６ｂが、それぞれ配置される。これにより、上記図４５の等価回路で示される単電子メモリが実現される。なお、図４５に示した導体部１２１ａ，１２１ｂは、カーボンナノチューブ１２４ａが絶縁被覆電極１２３ａ，１２３ｂ上に配置される部分を示し、導体部１２１ｃは、カーボンナノチューブ１２４ｂが絶縁被覆電極１２３ｂ上に配置される部分を示している。

このような単電子メモリを形成する上で、異なる裸電極１２２ａ，１２２ｂ上に垂直配向成長されるカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂは、同時にその成長が行われ、図４４に示したような手順によれば、根元からほぼ同じ長さの箇所に欠陥１２５ａ，１２５ｂ、および欠陥１２６ａ，１２６ｂが形成される。ここで注目すべきは、同時に成長させかつ根元からほぼ同じ長さの箇所に各欠陥１２５ａ，１２６ａ，１２５ｂ，１２６ｂを導入したカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂで、回路内の異なる部分の配線を形成することができる点にある。

このように、各電極を適切に配置すると共に、その配置に基づき適切な位置に欠陥を導入しながらカーボンナノチューブを成長させることにより、所望の位置にＳＥＴ接合を有するカーボンナノチューブを利用した単電子メモリを精度良くかつ効率的に形成することができる。また、同時に多数の単電子メモリを形成したり、その他のロジック回路を同時形成したりすることもできる。

なお、ここではカーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂを裸電極１２２ａ，１２２ｂ上に垂直配向させて形成するようにしたが、裸電極１２２ｃや絶縁被覆電極１２３ｂ上に垂直配向させて形成し、同様の単電子メモリ回路を構成するようにしてもよい。

また、図４５にコンデンサＣ₂として示したキャパシタは、カーボンナノチューブ１２４ａ，１２４ｂ、絶縁被覆電極１２３ｂの絶縁膜および電極によって構成されるキャパシタである。

続いて、単電子インバータについて述べる。
図５０は単電子インバータの等価回路図である。
この図５０に示した単電子インバータ回路には、ＳＥＴ接合１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄのほか、コンデンサＣ₁，Ｃ₂，Ｃ_A，Ｃ_Bが用いられている。なお、この図５０の単電子インバータ回路には、便宜上、適所に導体部１３１ａ，１３１ｂを設けている。このような回路で構成される単電子インバータも、上記単電子メモリと同様、これまで述べてきた方法を組み合わせることによって形成することが可能である。

図５１は単電子インバータの第１の形成工程の平面模式図である。
単電子インバータの形成においては、まず、この図５１に示すように各電極を配置する。ここでは、図５１に示したように、３つの裸電極１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃと１つの絶縁被覆電極１３３を配置する。なお、図５０に示したコンデンサＣ₁，Ｃ₂は、絶縁被覆電極１３３内部に形成されるキャパシタ、コンデンサＣ_A，Ｃ_Bは絶縁被覆電極１３３に接続された配線内に形成されるキャパシタである。

このように各電極を配置した後は、例えば、この図５１に示したように、裸電極１３２ａ，１３２ｂ上にそれぞれ、ＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂを垂直配向成長させる。その際には、上記図４４に示したような手順でカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂの所定箇所に欠陥を導入する。具体的には、これらのカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂを倒したときに、裸電極１３２ａと絶縁被覆電極１３３の間、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｂの間、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｃの間にそれぞれ欠陥が導入されるようにする。

図５２は単電子インバータの第２の形成工程の平面模式図である。
裸電極１３２ａ，１３２ｂ上にそれぞれカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂを成長させた後、これらを上記のような方法を用いて、裸電極１３２ｂ，１３２ｃ側に倒す。これにより、カーボンナノチューブ１３４ａ側では、裸電極１３２ａと絶縁被覆電極１３３の間に欠陥１３５ａが、また、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｂとの間に欠陥１３６ａが、それぞれ配置される。カーボンナノチューブ１３４ｂ側では、裸電極１３２ｂと絶縁被覆電極１３３の間に欠陥１３５ｂが、また、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｃの間に欠陥１３６ｂが、それぞれ配置される。これにより、上記図５０の等価回路で示される単電子インバータが実現される。なお、図５０に示した導体部１３１ａは、カーボンナノチューブ１３４ａが絶縁被覆電極１３３上に配置される部分を示し、導体部１３１ｂは、カーボンナノチューブ１３４ｂが絶縁被覆電極１３３上に配置される部分を示している。

異なる裸電極１３２ａ，１３２ｂ上に垂直配向成長されるカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂは、同時にその成長が行われ、根元からほぼ同じ長さの箇所に欠陥１３５ａ，１３５ｂ、および欠陥１３６ａ，１３６ｂが形成される。このように、単電子インバータについても、単電子メモリ形成について述べたのと同じく、同時に成長させたカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂで回路内の異なる部分の配線を形成することが可能になっている。また、同時に多数の単電子インバータを形成したり、その他のロジック回路を同時形成したりすることも可能である。

なお、ここではカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂを裸電極１３２ａ，１３２ｂ上に垂直配向させて形成するようにしたが、裸電極１３２ｂ，１３２ｃ上に垂直配向させて形成し、同様の単電子インバータ回路を構成するようにしてもよい。

また、ここでは異なる裸電極１３２ａ，１３２ｂ上にカーボンナノチューブ１３４ａ，１３４ｂをそれぞれ垂直配向成長させ、これらを倒すことによって単電子インバータを構成するようにしたが、裸電極１３２ａ上に成長させたカーボンナノチューブ１３４ａのみで単電子インバータを構成することも可能である。

図５３は単電子インバータの第１の形成工程の変形例の平面模式図、図５４は単電子インバータの第２の形成工程の変形例の平面模式図である。
例えば、この図５３に示すように、裸電極１３２ａ上にのみカーボンナノチューブ１３４ａを垂直配向成長させ、これを上記のような方法を用いて倒すことにより、図５４に示すような構成の単電子インバータを形成することもできる。なお、この場合、カーボンナノチューブ１３４ａには、各電極の配置に基づいた、根元からの箇所が異なる４種の欠陥１３５ａ，１３６ａ，１３７ａ，１３８ａを導入しておく必要がある。これにより、裸電極１３２ａと絶縁被覆電極１３３の間に欠陥１３５ａが、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｂとの間に欠陥１３６ａが、裸電極１３２ｂと絶縁被覆電極１３３の間に欠陥１３７ａが、絶縁被覆電極１３３と裸電極１３２ｃの間に欠陥１３８ａが、それぞれ配置され、上記図５０の等価回路で示される単電子インバータが実現される。

なお、ここではカーボンナノチューブ１３４ａを裸電極１３２ａ上に垂直配向させて形成するようにしたが、裸電極１３２ｃ上に垂直配向させて形成し、同様の単電子インバータ回路を構成するようにしてもよい。

以上説明したように、形成面上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを、液中への浸漬・引き上げ等の方法を用いることで、形成面上に平行方向に倒すことができる。これにより、カーボンナノチューブの電子デバイスへの応用範囲を広げることが可能になると共に、カーボンナノチューブの特性を十分に再現良く引き出すことが可能になる。その結果、高性能、高信頼性の各種電子デバイスを生産性良く製造することが可能になる。

なお、形成面上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを上記のような方法を用いて倒した場合には、従来法で形成面に対して平行方向に倒れた状態にする場合と次のような相違点がある。例えば、２電極間をカーボンナノチューブで接続する場合を想定する。

図５５は従来法との相違点を説明する図であって、（Ａ）は本方法で２電極間を接続した場合の断面模式図、（Ｂ）は架橋法で２電極間を接続した場合の断面模式図、（Ｃ）は分散法で２電極間を接続した場合の断面模式図である。

絶縁膜１４０上に形成した２つの電極１４１ａ，１４１ｂ間をカーボンナノチューブ１４２で接続する場合、本方法では、一方の電極１４１ａ上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブ１４２を、浸漬・引き上げ等の方法により、もう一方の電極１４１ｂ側に倒すため、上図５５（Ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１４２の根元部分が電極１４１ａに対して垂直方向を向くようになる。これに対し、架橋法では、図５５（Ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ１４２が一方の電極１４１ａの端部と他方の電極１４１ｂの端部との間にアーチ状に形成されるようになる。また、分散法では、図５５（Ｃ）に示すように、カーボンナノチューブ１４２の両端部がそれぞれ電極１４１ａ，１４１ｂに対してほぼ平行方向に向くようになり、中間部も絶縁膜１４０に対してほぼ平行方向に向くようになる。したがって、各方法で電極１４１ａ，１４１ｂ間に形成されるカーボンナノチューブ１４２の端部を、厳密に走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡等を用いて観察することにより、いずれの方法を用いているかを推定することが可能である。

（付記１） カーボンナノチューブの形成方法において、
カーボンナノチューブを形成面上に垂直配向させて形成し、垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒すことを特徴とするカーボンナノチューブの形成方法。

（付記２） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒す際には、
垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に液中に浸漬し、前記形成面を略垂直にして前記液から引き上げることによって、前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒すことを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記３） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に前記液中に浸漬する際には、
あらかじめ前記カーボンナノチューブの表面に親水性処理を行うことを特徴とする付記２記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記４） 前記液は、前記カーボンナノチューブを親水性にすることを特徴とする付記２記載のカーボンナノチューブの形成方法。
（付記５） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に前記液中に浸漬し、前記形成面を略垂直にして前記液から引き上げる際には、
引き上げる際の速度を前記カーボンナノチューブの性状に応じて設定することを特徴とする付記２記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記６） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒す際には、
垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に液中を通過させることによって、前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒すことを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記７） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に前記液中を通過させる際には、
平面上に前記液を満たした容器を配置し、前記容器の側面の底部２箇所に前記液が漏れないサイズのスリットを設け、垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に、前記平面上を一方の前記スリットから入れ他方の前記スリットから出すことを特徴とする付記６記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記８） 垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒す際には、
前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に、前記カーボンナノチューブを倒す方向に流れる流体中に置くことによって、前記カーボンナノチューブの前記根元を前記形成面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記形成面上に一方向に倒すことを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記９） 前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に、前記カーボンナノチューブを倒す方向に流れる前記流体中に置く際には、
前記カーボンナノチューブを前記形成面と共に管内に配置し、前記管内に前記流体を所定方向に流すことを特徴とする付記８記載のカーボンナノチューブの形成方法。

（付記１０） カーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法において、
基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にカーボンナノチューブを垂直配向させて形成する工程と、
垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記絶縁膜上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記絶縁膜上に一方向に倒す工程と、
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

（付記１１） 前記基板の表面に前記絶縁膜を形成する工程後に、
前記絶縁膜上に複数の電極を形成する工程を有し、
前記複数の電極の形成後に、前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブを垂直配向させて形成し、
垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの前記根元を前記絶縁膜上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記絶縁膜上に一方向に倒す工程においては、前記カーボンナノチューブを前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極上を跨ぐように倒すことを特徴とする付記１０記載の電子デバイスの製造方法。

（付記１２） 前記カーボンナノチューブが跨ぐ電極には、表面が絶縁膜で被覆された電極が含まれることを特徴とする付記１１記載の電子デバイスの製造方法。
（付記１３） 前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブを垂直配向させて形成する際には、
前記カーボンナノチューブを前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極上を跨ぐように倒したときに、前記カーボンナノチューブが跨ぐ各電極間に欠陥が配置されるよう、前記カーボンナノチューブの所定箇所に前記欠陥を導入しながら前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブを垂直配向させて形成することを特徴とする付記１１記載の電子デバイスの製造方法。

（付記１４） カーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法において、
基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に複数の電極を形成する工程と、
前記複数の電極のうちの一の電極上にカーボンナノチューブを垂直配向させて形成する工程と、
前記一の電極上に垂直配向させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記一の電極上に固定したまま前記カーボンナノチューブを他の電極の側に倒す工程と、
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

（付記１５） 前記絶縁膜上に前記複数の電極を形成する工程においては、
前記一の電極と前記他の電極との間または前記一の電極と前記他の電極とを結ぶ延長線上に電極が形成されるよう前記複数の電極を形成することを特徴とする付記１４記載の電子デバイスの製造方法。

（付記１６） 前記一の電極と前記他の電極との間または前記一の電極と前記他の電極とを結ぶ延長線上に形成される電極、および前記他の電極には、表面が絶縁膜で被覆された電極が含まれることを特徴とする付記１５記載の電子デバイスの製造方法。

（付記１７） 前記複数の電極のうちの前記一の電極上に前記カーボンナノチューブを垂直配向させて形成する工程においては、
前記カーボンナノチューブを前記他の電極の側に倒したときに、前記一の電極と前記他の電極との間に欠陥が配置されるよう、前記カーボンナノチューブの所定箇所に欠陥を導入しながら前記一の電極上に前記カーボンナノチューブを垂直配向させて形成することを特徴とする付記１４記載の電子デバイスの製造方法。

（付記１８） カーボンナノチューブを用いた電子デバイスの製造方法において、
基板上に凹構造または凸構造を形成する工程と、
前記基板に対し垂直配向させてカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記凹構造上または前記凸構造上に前記カーボンナノチューブを倒す工程と、
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

（付記１９） 前記凹構造上または前記凸構造上に前記カーボンナノチューブを倒す工程においては、
前記カーボンナノチューブが前記凹構造または前記凸構造と部分的に接触して可動するよう、前記凹構造上または前記凸構造上に前記カーボンナノチューブを倒すことを特徴とする付記１８記載の電子デバイスの製造方法。

（付記２０） 前記凹構造および前記凸構造は、絶縁膜または電極によって構成されることを特徴とする付記１８記載の電子デバイスの製造方法。

カーボンナノチューブの形成フローの一例を示す図である。 カーボンナノチューブを電極上に垂直配向させて形成する工程の断面模式図である。 垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 電極上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す方法の一例の説明図である。 電極上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す方法の別の例の説明図（その１）である。 電極上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒す方法の別の例の説明図（その２）である。 形成面上に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真である。 形成面上に倒したカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真である。 ローラを用いてカーボンナノチューブを倒す方法の説明図である。 ツメを用いてカーボンナノチューブを倒す方法の説明図である。 カーボンナノチューブに欠陥を導入する場合の説明図である。 絶縁被覆電極が存在する場合の説明図である。 段差に向かって倒す場合の説明図である。 センサ形成の第１の工程の断面模式図である。 センサ形成の第２の工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 トランジスタ形成の第１の工程を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。 トランジスタ形成の第２の工程を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。 トランジスタ形成の別の例の第１の工程を示す図である。 トランジスタ形成の別の例の第２の工程を示す図である。 トランジスタ形成の別の例の第３の工程を示す図である。 トランジスタ形成の別の例の第４の工程を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 ３つの電極間の接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 電極以外の領域に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して形成した接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 複数個所に垂直配向させて形成したカーボンナノチューブを倒して形成した接続構造を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。 倒した後のカーボンナノチューブの重なり状態を示す平面模式図（その１）である。 倒した後のカーボンナノチューブの重なり状態を示す平面模式図（その２）である。 絶縁被覆電極を含む裸電極群のカーボンナノチューブによる接続構造を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）はカーボンナノチューブによる接続状態の一形態の断面模式図、（Ｃ）はカーボンナノチューブによる接続状態の別の形態の断面模式図である。 スイッチ形成工程の一例の断面模式図である。 スイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。 スイッチ形成工程の別の例の断面模式図である。 第１の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。 第１の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。 第２の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。 第２の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。 第３の変形例のスイッチの形成工程の断面模式図である。 第３の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。 第４の変形例のスイッチの形成工程の説明図であって、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。 第４の変形例のスイッチのオン／オフ動作の説明図であって、（Ａ）はオフ状態の断面模式図、（Ｂ）はオン状態の断面模式図である。 第５の変形例のスイッチの一例を示す断面模式図である。 第５の変形例のスイッチの別の例を示す断面模式図である。 第６の変形例のスイッチの説明図であり、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。 第７の変形例のスイッチの形成工程の説明図であって、（Ａ）は第１の形成工程の断面模式図、（Ｂ）は第２の形成工程の断面模式図である。 第７の変形例のスイッチの接続状態を示す図であって、（Ａ）は一の接続状態の断面模式図、（Ｂ）は別の接続状態の断面模式図である。 欠陥導入時のカーボンナノチューブの成長時間と長さの関係を示す図である。 単電子メモリの等価回路図である。 単電子メモリの第１の形成工程の平面模式図である。 単電子メモリの第２の形成工程の平面模式図である。 単電子メモリの第２の形成工程における欠陥導入位置の説明図である。 単電子メモリの第３の形成工程の平面模式図である。 単電子インバータの等価回路図である。 単電子インバータの第１の形成工程の平面模式図である。 単電子インバータの第２の形成工程の平面模式図である。 単電子インバータの第１の形成工程の変形例の平面模式図である。 単電子インバータの第２の形成工程の変形例の平面模式図である。 従来法との相違点を説明する図であって、（Ａ）は本方法で２電極間を接続した場合の断面模式図、（Ｂ）は架橋法で２電極間を接続した場合の断面模式図、（Ｃ）は分散法で２電極間を接続した場合の断面模式図である。 形成面に対して平行方向に形成したカーボンナノチューブの模式図である。 形成面に対して平行方向にカーボンナノチューブを形成する別の方法の説明図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。 図５７のＡ部拡大図である。 電極間の状態を示す図であって、（Ａ）は目的の接続状態、（Ｂ）は未接続状態、（Ｃ）は接続に寄与しないカーボンナノチューブが存在している状態、（Ｄ）はカーボンナノチューブが交差している状態を示している。

符号の説明

１，１１，２１，３３，４３，５３，６３，７３，８３，８３ａ，８３ｂ，９２，１０２，１１４，１１６，１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，１４２ カーボンナノチューブ
２ａ，２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，５２，６２ａ，６２ｂ，７２ａ，７２ｂ，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１４１ａ，１４１ｂ 電極
３，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 基板
４，３１，４１，５１，６１，７１，７４，７４ａ，８１，９０，９３，１００，１１０，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１４０ 絶縁膜
５ 液体
６ 容器
６ａ，６ｂ スリット
７ 管
８ 流体
２２ ローラ
２３ ツメ
３３ａ，１１６ａ，１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂ，１３５ａ，１３５ｂ，１３６ａ，１３６ｂ，１３７ａ，１３８ａ 欠陥
４２ａ，４２ｂ，９１ａ，９１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ 裸電極
４２ｃ，８２ｆ，８２ｇ，９１ｃ，１２３ａ，１２３ｂ，１３３ 絶縁被覆電極
７５，７５ａ ゲート電極
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 開口部
１１３ａ，１１３ｂ 窪み
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ ＳＥＴ接合
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１３１ａ，１３１ｂ 導体部

Claims (5)

1. カーボンナノチューブを面上に垂直配向成長させて形成し、垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記面上に一方向に倒すことを特徴とするカーボンナノチューブの形成方法。
2. 垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの前記根元を前記面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記面上に一方向に倒す際には、
   垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブを前記面と共に液中に浸漬し、前記面を略垂直にして前記液から引き上げることによって、前記カーボンナノチューブの前記根元を前記面上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記面上に一方向に倒すことを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブの形成方法。
3. 基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上にカーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成する工程と、
   垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記絶縁膜上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記絶縁膜上に一方向に倒す工程と、
   を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
4. 基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上に第１電極及び第２電極を形成する工程と、
   前記第１電極上にカーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成する工程と、
   前記第１電極上に垂直配向成長させて形成した前記カーボンナノチューブの根元を前記第１電極上に固定したまま前記カーボンナノチューブを前記第２電極の側に倒す工程と、
   を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
5. 前記第１電極上に前記カーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成する工程においては、
   前記カーボンナノチューブを前記第２電極の側に倒したときに、前記第１電極と前記第２電極との間に、導電性が失われコンデンサとして機能する欠陥が配置されるよう、前記カーボンナノチューブの所定箇所にカーボンの規則的な成長を阻害して欠陥を導入しながら前記第１電極上に前記カーボンナノチューブを垂直配向成長させて形成することを特徴とする請求項４記載の電子デバイスの製造方法。

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