JP2014058432A - カーボンナノチューブ及び電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体と金属との接合部分でのコンタクト抵抗を低減することを目的とする。
【解決手段】金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域２２と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域２４と、を備えるカーボンナノチューブ。このカーボンナノチューブによれば、１本のカーボンナノチューブ内で半導体−金属接合を実現することができ、半導体−金属接合部分でのコンタクト抵抗を低減することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、カーボンナノチューブ及び電界効果トランジスタに関する。

カーボンナノチューブは、高移動度、高電流密度耐性、及び高機械強度等の優れた特長を有し、カイラリティ（螺旋度）によって金属の性質又は半導体の性質を示すことから、今後のデバイス材料として注目されている。例えば、カーボンナノチューブをチャネルに利用した電界効果トランジスタが提案されている。また、例えば、歪みを有するカーボンナノチューブを活性領域に利用した発光素子が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００６−２７８５０２号公報

例えば、カーボンナノチューブを電界効果トランジスタのチャネルとして利用する場合、半導体の性質を示すカーボンナノチューブと金属電極との接合が生じる。この場合、接合部分でのコンタクト抵抗が大きくなり、カーボンナノチューブの優れた特長を十分に発揮することができない。

本カーボンナノチューブ及び電界効果トランジスタは、半導体と金属との接合部分でのコンタクト抵抗を低減することを目的とする。

本明細書に記載のカーボンナノチューブは、金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、を備えている。

本明細書に記載の電界効果トランジスタは、金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、を備え、チャネルが形成されるカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブ上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、を具備している。

本明細書に記載のカーボンナノチューブ及び電界効果トランジスタによれば、半導体と金属との接合部分でのコンタクト抵抗を低減することができる。

図１は、カーボンナノチューブの構造を示す図である。 図２（ａ）は、円筒形状のカーボンナノチューブの断面図、図２（ｂ）は、円筒形状が潰れた形状のカーボンナノチューブの断面図である。 図３は、炭素原子あたりのエネルギーのカーボンナノチューブの直径依存性を示すシミュレーション結果である。 図４は、カーボンナノチューブの単位長さあたりのエネルギーのカーボンナノチューブの直径依存性を示すシミュレーション結果である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、図３の領域ＩからＩＩＩにおける円筒形状のカーボンナノチューブと円筒形状が潰れた形状のカーボンナノチューブとのエネルギーの大きさを比較した模式図である。 図６（ａ）から図６（ｇ）は、円筒形状のカーボンナノチューブから円筒形状が潰れた形状のカーボンナノチューブへの変形によるエネルギー変化を示すシミュレーション結果である。 図７（ａ）は、実施例１に係るカーボンナノチューブを示す斜視図、図７（ｂ）は、第１領域でのカーボンナノチューブの断面図、図７（ｃ）は、第２領域でのカーボンナノチューブの断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例２に係るカーボンナノチューブの製造方法を示す斜視図である。 図９（ａ）は、カーボンナノチューブの中央を潰した場合の斜視図、図９（ｂ）は、カーボンナノチューブの両端側を潰した場合の斜視図である。 図１０は、実施例３に係るＦＥＴの断面図である。 図１１は、実施例３の変形例１に係るＦＥＴの断面図である。 図１２は、実施例４に係るＦＥＴの断面図である。

以下、図面を参照し実施例について説明する。

金属の性質を示す円筒形状のカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと称す）は、円筒形状が潰れた形状になると、半導体の性質を示すようになることが知られている。また、半導体の性質を示す円筒形状のＣＮＴは、円筒形状が潰れた形状になると、金属の性質を示すようになることが知られている。このことから、円筒形状をしたＣＮＴの一部を潰すことで、１本のＣＮＴで半導体−金属接合を実現できることが分かる。なお、金属とは、価電子帯と伝導帯とが重なり合って禁止帯が存在しない物質をいい、半導体とは、価電子帯と伝導帯との間に禁止帯が存在するが、この禁止帯の幅が狭い物質をいう。

そこで、１本のＣＮＴで半導体−金属接合を実現させるために、発明者が行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、第一原理計算と呼ばれる手法を用いて行った。第一原理計算とは、フィッティングパラメータ等を使用しない電子状態計算方法の総称であり、原子の種類と位置の情報だけから電子状態計算が可能な手法である。図１は、ＣＮＴの構造を示す図である。図１のように、ＣＮＴは、炭素原子１０の六員環が連なって円筒形状をなした構造をしている。図２（ａ）に、円筒形状のＣＮＴの断面図を示す。以下において、円筒形状のＣＮＴを円形ＣＮＴと称すこととする。図２（ｂ）に、円筒形状が潰れた形状のＣＮＴの断面図を示す。円筒形状が潰れて、向かい合う側壁にある炭素原子が一部でファンデルワールス力によって結合されている。これにより、向かい合う側壁にある炭素原子間の距離ｄは一部でファンデルワールス力の結合距離（例えば、０．３５ｎｍ程度）になっている。以下において、円筒形状が潰れた形状のＣＮＴを平坦ＣＮＴと称すこととする。

発明者は、円形ＣＮＴに対して、断面の直径を変化させて、炭素原子１０の六員環の１単位１２の円筒領域に含まれる炭素原子１０の個数を算出し、これが繰り返されるという条件の下で、円形ＣＮＴのエネルギーを計算した。また、炭素原子１０間の結合は保ったまま円筒形状が潰れて、向かい合う側壁にある炭素原子１０がファンデルワールス力によって結合された平坦ＣＮＴに対しても同様に、平坦ＣＮＴのエネルギーを計算した。

図３は、炭素原子あたりのエネルギーのＣＮＴの直径依存性を示すシミュレーション結果である。図３の横軸は、円形ＣＮＴの断面の直径を示し、縦軸は、炭素原子あたりのエネルギーを示している。図３では、円形ＣＮＴのシミュレーション結果を実線で示し、平坦ＣＮＴのシミュレーション結果を破線で示している。なお、図３の縦軸である炭素原子あたりのエネルギーは、グラファイトでの炭素原子あたりのエネルギーを基準として、グラファイトからの増分で示している。

図３のように、円形ＣＮＴでは、直径が大きくなるに従い、シート状態からの歪みが小さくなるために、炭素原子あたりのエネルギーは小さくなっていく。平坦ＣＮＴでも同様に変化するが、直径が小さい領域Ｉでは、平坦ＣＮＴの歪みが円形ＣＮＴよりも大きくなるため、炭素原子あたりのエネルギーは、平坦ＣＮＴの方が円形ＣＮＴよりも大きくなる。なお、直径が２ｎｍよりも小さい場合では、平坦ＣＮＴの状態が不安定になりすぎるために計算ができなかった。一方、直径が大きい領域ＩＩＩでは、平坦ＣＮＴの向かい合う側壁にある炭素原子間のファンデルワールス力によるエネルギーの得分が、歪みによるエネルギーの増分を上回る。このため、炭素原子あたりのエネルギーは、平坦ＣＮＴの方が円形ＣＮＴよりも小さくなる。

図４は、ＣＮＴの単位長さあたりのエネルギーのＣＮＴの直径依存性を示すシミュレーション結果である。図４の横軸は、円形ＣＮＴの断面の直径を示し、縦軸は、ＣＮＴの単位長さあたりのエネルギーを示している。図４でも、円形ＣＮＴのシミュレーション結果を実線で示し、平坦ＣＮＴのシミュレーション結果を破線で示している。図４のように、ＣＮＴの単位長さあたりのエネルギーの直径依存性からも、図３で説明したのと同様のことが言える。なお、直径が５ｎｍよりも大きい場合の平坦ＣＮＴのエネルギーが示されていないのは、グラフの領域からはみでるためである。

図５（ａ）から図５（ｃ）は、図３の領域ＩからＩＩＩにおける円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとのエネルギーの大きさを比較した模式図である。図５（ａ）から図５（ｃ）の縦軸は、ＣＮＴのエネルギーを示している。図５（ａ）のように、直径が小さい領域Ｉ（直径が３ｎｍよりも小さい場合）では、円形ＣＮＴは、平坦ＣＮＴよりもエネルギーが小さく、安定状態になっている。このことから、直径が３ｎｍよりも小さい場合では、円形ＣＮＴの一部に力を加えて潰したとしても、加えている力を外すと、潰した部分が元の円形に戻ってしまうことが分かる。つまり、円形ＣＮＴの一部に力を加え続けた場合に、その部分を潰すことができることが分かる。

また、図５（ｂ）のように、直径が３ｎｍから５ｎｍの領域ＩＩでは、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとが共に安定状態又は準安定状態になっている。このため、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとの間の変形は、ポテンシャル障壁で妨げられ、一旦どちらか一方の形状をとれば、熱ゆらぎ程度ではもう一方の形状への変形が起こらないことが分かる。このことから、円形ＣＮＴの直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合では、円形ＣＮＴの一部に力を加えることで、その部分だけを潰すことができることが分かる。また、第一原理計算によるシミュレーションから、円形ＣＮＴの直径が２ｎｍから５ｎｍにおいて、５Ｎ／ｍ程度の力を円形ＣＮＴに加えることで、円形ＣＮＴの一部を潰せることが分かった。

一方、図５（ｃ）のように、直径が大きい領域ＩＩＩ（直径が５ｎｍよりも大きい場合）では、平坦ＣＮＴは、円形ＣＮＴよりもエネルギーが小さく、安定状態になっている。このことから、直径が５ｎｍよりも大きい場合では、円形ＣＮＴの一部に力を加えると、その部分だけでなく全ての部分が潰れてしまうことが分かる。つまり、円形ＣＮＴの一部だけを潰すことはできないことが分かる。

ここで、図６（ａ）から図６（ｇ）を用い、円形ＣＮＴから平坦ＣＮＴへの変形によるエネルギー変化のシミュレーション結果を説明する。図６（ａ）から図６（ｇ）は順に、円形ＣＮＴの直径が２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ、３．５ｎｍ、４ｎｍ、４．５ｎｍ、５ｎｍの場合を示している。図６（ａ）から図６（ｇ）の横軸は、向かい合う側壁にある炭素原子間の距離ｄを示し、縦軸は、ＣＮＴの単位長さあたりのエネルギーを示している。

図６（ａ）のように、直径が２ｎｍの場合では、円形ＣＮＴ（ｄ＝２ｎｍ）は平坦ＣＮＴ（ｄ＝０．３５ｎｍ）よりもエネルギーが小さく、また、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとの間にはポテンシャル障壁がないことが分かる。同様に、図６（ｂ）のように、直径が２．５ｎｍの場合でも、円形ＣＮＴ（ｄ＝２．５ｎｍ）は平坦ＣＮＴ（ｄ＝０．３５ｎｍ）よりもエネルギーが小さく、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとの間にはポテンシャル障壁がないことが分かる。

一方、図６（ｃ）から図６（ｇ）のように、直径が３〜５ｎｍの場合では、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとの間にポテンシャル障壁があり、円形ＣＮＴと平坦ＣＮＴとが安定状態又は準安定状態にあることが分かる。

図６（ａ）から図６（ｇ）のシミュレーション結果から、直径が２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合、円形ＣＮＴの一部分だけを潰せることが確認できる。特に、直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合では、円形ＣＮＴの一部に力を加えて潰せば、その後に加えた力を外しても、その部分だけが潰れた状態を維持できることが確認できる。そこで、このシミュレーション結果を踏まえて、実施例１に係るＣＮＴを以下に説明する。

図７（ａ）は、実施例１に係るＣＮＴを示す斜視図、図７（ｂ）は、第１領域でのＣＮＴの断面図、図７（ｃ）は、第２領域でのＣＮＴの断面図である。なお、図７（ｃ）の一部でのみ炭素原子を図示しており、その他については炭素原子の図示を省略している。また、図７（ａ）及び後述する図９（ａ）、図９（ｂ）、１２では、明瞭化のために第２領域を簡略化して図示している。図７（ａ）から図７（ｃ）のように、実施例１に係るＣＮＴ２０は、円形の断面をした円筒形状の第１領域２２と、第１領域２２の円筒形状が炭素原子２６間の結合は保ったまま潰れた形状をした第２領域２４と、を有する。第１領域２２と第２領域２４とは、連続して設けられていて、共に炭素原子２６の六員環が連なった構造をしている。

第１領域２２の断面の直径は、２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下である。第２領域２４の円筒形状が潰れた形状の向かい合う側壁にある炭素原子２６の一部は、ファンデルワールス力によって結合されている。これにより、円筒形状が潰れた形状の向かい合う側壁にある炭素原子２６間の距離ｄは、一部でファンデルワールス力の結合距離（例えば、０．３５ｎｍ程度）になっている。

第１領域２２は円筒形状をし、第２領域２４は円筒形状が潰れた形状をしていることから、第１領域２２が金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す場合、第２領域２４は金属及び半導体の他方の性質を示すことになる。

第２領域２４は、円筒形状をしたＣＮＴに外部から力を加えて潰すことによって形成することができる。ＣＮＴの断面の直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合では、例えば原子間力顕微鏡の探針等を利用して、第２領域２４を形成することができる。一方、ＣＮＴの断面の直径が２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さい場合は、上述したように、円筒形状を潰すためには、外部から力を加え続ける。そこで、例えば、円筒形状をしたＣＮＴ上に材料を形成し、この材料からの応力をＣＮＴに加え続けることによって、第２領域２４を形成することができる。なお、ＣＮＴの断面の直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合でも、ＣＮＴ上に形成した材料からの応力をＣＮＴに加え続けることによって、第２領域２４を形成してもよい。

このように、実施例１のＣＮＴ２０は、金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域２２と、円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域２４と、を備える。これにより、同じナノカーボン材料で半導体−金属接合を実現でき、半導体と金属の接合部分でのコンタクト抵抗を低減することができる。また、１本のＣＮＴで半導体−金属接合を実現しているため、接合部分での原子レベルの欠陥等に起因する抵抗の増大も抑えることができる。さらに、第２領域２４は円筒形状を潰すことで形成しているため、カイラリティの異なるＣＮＴを原子レベルで接合させる等の困難なプロセスを用いず、簡便に同じナノカーボン材料からなる半導体−金属接合を得ることができる。

ＣＮＴの断面の直径が２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合に、ＣＮＴの一部を潰して第２領域２４を形成することができるが、２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さい場合では、外部から力を加え続けて第２領域２４を形成する。このため、第２領域２４を容易に得る観点から、ＣＮＴの断面の直径は３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合が好ましい。即ち、第１領域２２の断面の直径は、２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合でもよいが、３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の場合が好ましい。

ＣＮＴ２０上に設けた材料からの応力によって円筒形状が潰れた形状を維持して第２領域２４を形成する場合として以下の例がある。即ち、ＣＮＴ２０上に熱膨張係数の異なる複数の材料を形成し、これら複数の材料の熱膨張係数の違いによる熱応力によって円筒形状が潰れた形状を維持して第２領域２４を形成する。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例２に係るＣＮＴの製造方法を示す斜視図である。図８（ａ）のように、直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下で、金属の性質を示す円筒形状のＣＮＴ３０を、基板３２上に形成する。基板３２上へのＣＮＴ３０の形成は次の方法によって行うことができる。まず、Ｓｉ（シリコン）基板の表面に設けられたＳｉ酸化膜（例えば、膜厚６００ｎｍ）上に、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）をスパッタし、続いてＦｅ（鉄）をスパッタする。その後、Ｆｅにアニールを施して微粒子化させ、Ｆｅナノ粒子を形成する。このＦｅナノ粒子を触媒とし、Ｃ_２Ｈ_４（エチレン）を炭素源とするＣＶＤ法（化学気相成長法）を用いることでＣＮＴを形成することができる。この際、スパッタにより形成したＦｅ膜の膜厚を１．７ｎｍ程度とし、ＣＶＤ法での基板温度を７５０℃程度とすることで、直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下のＣＮＴを形成することができる。

上述の方法でＣＮＴを合成すると、金属の性質を示すＣＮＴと半導体の性質を示すＣＮＴとが混在する。そこで、以下の方法によって金属−半導体分離を行う。まず、得られたＣＮＴを１．２％ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）−０．８％ＳＣ（コール酸ナトリウム）混合物の水溶液中で超音波処理を行う。超音波処理後の分散液を遠心分離にかけた後、上澄みを回収する。回収した分散液にショ糖（５０％水溶液）を添加し、電気泳動を行う。これにより、分散液は、緑色の部分と、濃緑色の部分と、青みを帯びた灰色の部分と、の３つの部分に分かれる。この緑色の部分には、半導体の性質を示すＣＮＴが含まれており、青みを帯びた灰色の部分には、金属の性質を示すＣＮＴが含まれている。これにより、ＣＮＴの金属−半導体分離ができる。

次に、金属−半導体分離によって分離した金属の性質を示すＣＮＴをＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）溶液中で超音波による分散処理を行う。分散液を遠心分離にかけた後、上澄みのよく分散されたＣＮＴを含む分散液を回収する。回収した分散液を、基板３２上に滴下し、乾燥させる。これにより、図８（ａ）のように、基板３２上に、直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下で、金属の性質を示す円筒形状のＣＮＴ３０を形成することができる。

次に、図８（ｂ）のように、例えば原子間力顕微鏡の探針３４を用いて、ＣＮＴ３０の所望の一部分を潰す。これにより、図７（ａ）から図７（ｃ）に示すような、円筒形状の第１領域と、円筒形状が潰れた形状の第２領域と、を有するＣＮＴ３０が得られる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）では、金属の性質を示す円筒形状のＣＮＴ３０を用いたが、半導体の性質を示す円筒形状のＣＮＴを用いてもよい。半導体の性質を示すＣＮＴを用いる場合には、上述したＣＮＴの金属−半導体分離によって分離した半導体の性質を示すＣＮＴを用いればよい。

原子間力顕微鏡の探針３４によって潰す部分は、ＣＮＴのどの部分でもよい。例えば、ＣＮＴを電界効果トランジスタのチャネルとして利用する場合を考えると、金属の性質を示す円筒形状のＣＮＴを用いる場合には、図９（ａ）のように、ＣＮＴ３０ａの中央部分を潰すことが好ましい。図９（ａ）によれば、円筒形状をした第１領域３６はＣＮＴ３０ａの両端側に形成され、円筒形状が潰れた形状をした第２領域３８はＣＮＴ３０ａの中央に形成されている。これにより、ＣＮＴ３０ａの両端側部分は金属の性質を示し、中央部分は半導体の性質を示すことになる。また、半導体の性質を示す円筒形状のＣＮＴを用いる場合には、図９（ｂ）のように、ＣＮＴ３０ｂの両端側部分を潰すことが好ましい。図９（ｂ）によれば、円筒形状をした第１領域３６はＣＮＴ３０ｂの中央に形成され、円筒形状が潰れた形状をした第２領域３８はＣＮＴ３０ｂの両端側に形成されている。これにより、ＣＮＴ３０ｂの両端側部分は金属の性質を示し、中央部分は半導体の性質を示すことになる。

実施例２では、原子間力顕微鏡の探針３４を用いてＣＮＴの一部分を潰す場合を説明したが、その他の方法によってＣＮＴの一部分を潰してもよい。また、ＣＮＴの成長方法、ＣＮＴの金属・半導体分離方法、ＣＮＴの基板３２上への形成方法は、上述した方法以外の方法を用いてもよい。例えば、基板３２上に形成した触媒金属からＣＮＴを成長させて、半導体及び金属の性質を示すＣＮＴのうちの一方の性質を示すＣＮＴを取り除くことで、基板３２上に円筒形状のＣＮＴを形成してもよい。また、ＣＮＴの成長方法は、ＣＶＤ法の他に、アーク放電法、レーザアブレーション法等の他の方法を用いてもよい。

実施例３は、ＣＮＴをチャネルとして利用する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の例である。図１０は、実施例３に係るＦＥＴの断面図である。図１０のように、例えば絶縁基板である基板４０上に、ＣＮＴ４２が設けられている。ＣＮＴ４２は、チャネル長方向に直交する方向に複数個並んで設けられている場合でも、１つだけ設けられている場合でもよい。ＣＮＴ４２は、図９（ａ）に示すＣＮＴ３０ａと同じ構造及び特性を有している。即ち、金属の性質を示し、直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下の円筒形状をした第１領域４４が、ＣＮＴ４２の両端側に形成されている。半導体の性質を示し、円筒形状が潰れた形状をした第２領域４６が、ＣＮＴ４２の中央に形成されている。基板４０上に第１領域４４と第２領域４６とを有するＣＮＴ４２を形成する方法は、実施例２の図８（ａ）及び図８（ｂ）で説明した方法と同じであるため説明を省略する。

第１領域４４上には、ソース電極４８及びドレイン電極５０が形成されている。ソース電極４８及びドレイン電極５０は、例えば蒸着法及びリフトオフ法によって形成することができる。第２領域４６上には、ゲート絶縁膜５２を挟んでゲート電極５４が形成されている。ゲート絶縁膜５２は、例えばスパッタ法を用いて形成することができ、ゲート電極５４は、例えば蒸着法及びリフトオフ法を用いて形成することができる。

実施例３によれば、金属の性質を示す円筒形状の第１領域４４と、円筒形状が潰れた形状をし、半導体の性質を示す第２領域４６と、を有するＣＮＴ４２を、ＦＥＴのチャネルとして利用している。ＣＮＴ４２は、実施例１で説明したように、同じナノカーボン材料で半導体−金属接合が実現されているため、半導体−金属接合部分でのコンタクト抵抗が低減されている。このため、ＦＥＴの特性及び信頼性を向上させることができる。

実施例３では、円筒形状の第１領域が金属の性質を示すＣＮＴを用いたが、円筒形状の第１領域が半導体の性質を示すＣＮＴを用いてもよい。図１１は、実施例３の変形例１に係るＦＥＴの断面図である。図１１のように、基板４０上に設けられたＣＮＴ４２ａは、中央に、半導体の性質を示す円筒形状をした第１領域４４が形成されている。両端側に、金属の性質を示す円筒形状が潰れた形状をした第２領域４６が形成されている。ソース電極４８及びドレイン電極５０は、第２領域４６上に設けられ、ゲート電極５４は、第１領域４４上に設けられている。

図１２は、実施例４に係るＦＥＴの断面図である。なお、図１２は、図１０のＡ−Ａ間に相当する箇所での断面を示している。図１２のように、例えば絶縁基板である基板６０上に、複数のＣＮＴ６２がチャネル長方向に直交する方向に並んで設けられている。なお、ＣＮＴ６２は、１つだけ設けられている場合でもよい。ＣＮＴ６２は、実施例３の図１０のＣＮＴ４２と同様に、両端側には円筒形状をした第１領域（不図示）が設けられ、中央には円筒形状が潰れた形状をした第２領域６４が設けられている。第１領域（不図示）は金属の性質を示し、第２領域６４は半導体の性質を示す。ここで、ＣＮＴ６２が実施例３のＣＮＴ４２と異なる点は、第１領域（不図示）における直径が２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さい点である。直径が２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さいＣＮＴは、図８（ａ）で説明した製造工程において、スパッタにより形成したＦｅ膜の膜厚を１．１ｎｍ程度とし、ＣＶＤ法での基板温度を７５０℃程度とすることで形成できる。

ＣＮＴ６２の第２領域６４上に、ゲート絶縁膜として利用される酸化シリコン膜６６と、ゲート電極として利用されるポリシリコン膜６８と、が順に形成されている。酸化シリコン膜６６とポリシリコン膜６８とは、例えばＣＶＤ法を用い、基板温度を１０００℃にして堆積することで形成される。その後、基板６０を室温に戻すが、この際、酸化シリコンの熱膨張係数（例えば、０．３ｐｐｍ／℃）とポリシリコンの熱膨張係数（例えば、３ｐｐｍ／℃）との違いから、酸化シリコン膜６６側に０．１ＧＰａ程度の応力が発生する。例えば、ＣＮＴ６２を１００ｎｍ程度の間隔で配置した場合、一本当りのＣＮＴ６２には１０Ｎ／ｍの応力が掛かる。このため、酸化シリコン膜６６の下側に位置するＣＮＴ６２の部分だけが潰れて、第２領域６４が形成される。

このように、ＣＮＴ６２は、円筒形状の第１領域（不図示）の直径が２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さい。したがって、実施例１で説明したように、円筒形状が潰れた形状の第２領域６４を形成するためには、外部から力を加え続ける。そこで、実施例４では、ＣＮＴ６２上に酸化シリコン膜６６とポリシリコン膜６８とを形成し、これらの熱膨張係数の違いによる熱応力をＣＮＴ６２に加え続けることで、円筒形状が潰れた形状を維持させて、第２領域６４を形成している。

実施例４によっても、金属の性質を示す円筒形状の第１領域と、円筒形状が潰れた形状をし、半導体の性質を示す第２領域６４と、を有するＣＮＴ６２を、ＦＥＴのチャネルとして利用している。このため、ＦＥＴの特性及び信頼性を向上させることができる。

また、実施例４では、ＣＮＴ６２の第１領域の直径が２ｎｍ以上且つ３ｎｍよりも小さい場合を説明したが、第１領域の直径が３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下のＣＮＴを用いてもよい。また、実施例４でも、第１領域が半導体の性質を示すＣＮＴを用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ。
（付記２）前記円筒形状が潰れた形状の向かい合う側壁にある炭素原子は、ファンデルワールス力によって結合されていることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
（付記３）前記第１領域の直径は、２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１または２記載のカーボンナノチューブ。
（付記４）前記第１領域の直径は、３ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
（付記５）前記第２領域は、前記カーボンナノチューブ上に設けられた材料からの応力によって前記円筒形状が潰れた形状が維持されていることを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
（付記６）前記第２領域は、前記カーボンナノチューブ上に熱膨張係数の異なる複数の材料が設けられ、前記複数の材料の熱膨張係数の違いによる熱応力によって前記円筒形状が潰れた形状が維持されていることを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
（付記７）前記第１領域が金属の性質を示す場合、前記第２領域は、前記カーボンナノチューブの中央に設けられていることを特徴とする付記１から６のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
（付記８）前記第１領域が半導体の性質を示す場合、前記第２領域は、前記カーボンナノチューブの両端側に設けられていることを特徴とする付記１から６のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
（付記９）金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、を備え、チャネルが形成されるカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブ上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
（付記１０）前記カーボンナノチューブの前記第１領域が金属の性質を示す場合、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記第１領域上に設けられ、前記ゲート電極は前記第２領域上に設けられ、前記カーボンナノチューブの前記第１領域が半導体の性質を示す場合、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記第２領域上に設けられ、前記ゲート電極は前記第１領域上に設けられていることを特徴とする付記９記載の電界効果トランジスタ。

１０ 炭素原子
２０、３０、３０ａ、３０ｂ、４２、４２ａ、６２ ＣＮＴ
２２、３６、４４ 第１領域
２４、３８、４６、６４ 第２領域
２６ 炭素原子
３２、４０、６０ 基板
３４ 探針
４８ ソース電極
５０ ドレイン電極
５２ ゲート絶縁膜
５４ ゲート電極
６６ 酸化シリコン膜
６８ ポリシリコン膜

Claims (6)

1. 金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、
   前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、
   を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ。
2. 前記円筒形状が潰れた形状の向かい合う側壁にある炭素原子は、ファンデルワールス力によって結合されている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。
3. 前記第１領域の直径は、２ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のカーボンナノチューブ。
4. 前記第２領域は、前記カーボンナノチューブ上に設けられた材料からの応力によって前記円筒形状が潰れた形状が維持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のカーボンナノチューブ。
5. 金属及び半導体のいずれか一方の性質を示す円筒形状の第１領域と、前記円筒形状が潰れた形状をし、前記金属及び半導体の他方の性質を示す第２領域と、を備え、チャネルが形成されるカーボンナノチューブと、
   前記カーボンナノチューブ上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、
   を具備することを特徴とする電界効果トランジスタ。
6. 前記第１領域が金属の性質を示す場合、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記第１領域上に設けられ、前記ゲート電極は前記第２領域上に設けられ、
   前記第１領域が半導体の性質を示す場合、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記第２領域上に設けられ、前記ゲート電極は前記第１領域上に設けられていることを特徴とする請求項５記載の電界効果トランジスタ。

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