JP4943703B2

JP4943703B2 - Tunnel junction forming method and tunnel junction forming apparatus

Info

Publication number: JP4943703B2
Application number: JP2005372270A
Authority: JP
Inventors: 哲鈴木; 賢一神崎; 文彦前田; 慶裕小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007173704A

Description

本発明は、カーボンナノチューブを構成の一部として用いた素子に適用できるトンネル接合の形成方法及びトンネル接合の形成装置に関する。 The present invention relates to a tunnel junction forming method and a tunnel junction forming apparatus that can be applied to an element using a carbon nanotube as a part of its structure.

カーボンナノチューブは、よく知られているように、ナノメートルオーダの極めて微細な直径を有する円筒状の構造体であり、また電気的及び機械的に優れた特性を有している。このため、単電子トランジスタなどの微細な電子素子への応用が期待されている。単電子トランジスタは、一般に、ソース及びドレイン電極、２つの微小トンネル接合、２つの微小トンネル接合に挟まれた量子ドット、絶縁体を挟んで量子ドットに接合されるゲート電極から構成されている。従って、カーボンナノチューブの単電子トランジスタへの応用では、素子（カーボンナノチューブ）中に、トンネル接合を形成する技術が重要となる。 As is well known, the carbon nanotube is a cylindrical structure having a very fine diameter on the order of nanometers, and has excellent electrical and mechanical properties. Therefore, application to fine electronic devices such as single-electron transistors is expected. A single electron transistor is generally composed of a source and drain electrodes, two micro tunnel junctions, quantum dots sandwiched between two micro tunnel junctions, and a gate electrode joined to the quantum dots with an insulator interposed therebetween. Therefore, in the application of carbon nanotubes to single-electron transistors, a technique for forming a tunnel junction in an element (carbon nanotube) is important.

ここで、現在主に用いられている、カーボンナノチューブを用いた単電子トランジスタの製造方法について説明する。まず、シリコン基板の上に酸化膜が形成された状態とし、所定の方法により、酸化膜の上に分散配置された状態に複数のカーボンナノチューブが形成された状態とする。ついで、走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などによる観察により、素子作製に適当な孤立したカーボンナノチューブを探す。次に、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術などにより、探し出したカーボンナノチューブに接続するように、ソース・ドレイン電極が形成された状態とする。 Here, a method of manufacturing a single-electron transistor using carbon nanotubes that is mainly used at present will be described. First, an oxide film is formed on a silicon substrate, and a plurality of carbon nanotubes are formed in a state of being dispersedly arranged on the oxide film by a predetermined method. Next, an isolated carbon nanotube suitable for device fabrication is searched for by observation with a scanning electron microscope or an atomic force microscope. Next, a source / drain electrode is formed so as to be connected to the found carbon nanotube by a known lithography technique and etching technique.

このように形成した素子の一部が、単電子トランジスタとして動作する。カーボンナノチューブを用いた単電子トランジスタでは、ソース・ドレイン電極とナノチューブとの間にトンネル接合が形成され、これらのトンネル接合がクーロン障壁として作用するため、単電子トランジスタとして動作するものと考えられている（非特許文献１参照）。 Part of the element thus formed operates as a single electron transistor. In single-electron transistors using carbon nanotubes, tunnel junctions are formed between the source / drain electrodes and the nanotubes, and these tunnel junctions act as Coulomb barriers, and are considered to operate as single-electron transistors. (Refer nonpatent literature 1).

しかしながら、非特許文献１の方法では、トンネル接合の形成される場所が電極部との接合部分に限られ、任意の場所にトンネル接合を作製することができない。上述したソース・ドレイン電極の間隔は、既存のリソグラフィー技術で作製可能な範囲となるため、２つのトンネル接合に挟まれた量子ドットの大きさは、既存のリソグラフィー技術で決定される２つの電極間隔以下には小さくできない。このように、上述した方法により作製した単電子トランジスタでは、量子ドットがあまり小さくできず、素子の動作温度は低温に限られる。加えて、上述した製造方法では、高い歩留りが得られにくい。 However, in the method of Non-Patent Document 1, the place where the tunnel junction is formed is limited to the junction portion with the electrode part, and the tunnel junction cannot be produced at an arbitrary place. Since the above-mentioned distance between the source and drain electrodes is within a range that can be manufactured by the existing lithography technique, the size of the quantum dot sandwiched between the two tunnel junctions is determined by the distance between the two electrodes determined by the existing lithography technique. It cannot be made smaller. Thus, in the single electron transistor manufactured by the above-described method, the quantum dot cannot be made very small, and the operating temperature of the element is limited to a low temperature. In addition, it is difficult to obtain a high yield by the manufacturing method described above.

これに対し、次に示すようにカーボンナノチューブを用いた単電子トランジスタの製造方法も提案されている。まず、基板の上に形成したナノチューブに、水素エッチングにより欠陥を導入する。この後、トンネル接合として作用しない良好なオーミック特性を示す電極をナノチューブ上にリソグラフィーにより形成する。この製造方法によれば、前述した方法に比較して、歩留りが改善する（非特許文献２参照）。 On the other hand, a method for manufacturing a single-electron transistor using carbon nanotubes has been proposed as described below. First, defects are introduced into the nanotubes formed on the substrate by hydrogen etching. Thereafter, an electrode having good ohmic characteristics that does not act as a tunnel junction is formed on the nanotube by lithography. According to this manufacturing method, the yield is improved as compared with the above-described method (see Non-Patent Document 2).

水素エッチングによりナノチューブに形成された欠陥が、トンネル接合として作用するため、上述した方法により作製した素子が、単電子トランジスタとして機能するものと考えられている。上述した方法によれば、ソース・ドレイン電極の間隔よりも小さな量子ドットをナノチューブ中に形成することが可能となり、従って、単電子トランジスタとしての動作温度が向上する。 Since defects formed in the nanotube by hydrogen etching act as a tunnel junction, it is considered that an element manufactured by the above-described method functions as a single electron transistor. According to the method described above, quantum dots smaller than the distance between the source and drain electrodes can be formed in the nanotube, and thus the operating temperature as a single electron transistor is improved.

しかしながら、非特許文献２の方法では、欠陥はナノチューブ中の不特定の場所にランダムに発生するため、ナノチューブの任意の場所にトンネル接合を形成することはできない。従ってデバイスの設計には大きな制約を受ける。また、水素エッチングでは、水素という反応性ガスを用いるため、保安設備に経費がかかるという問題がある。 However, in the method of Non-Patent Document 2, since defects are randomly generated at unspecified locations in the nanotube, a tunnel junction cannot be formed at any location of the nanotube. Therefore, the device design is greatly restricted. In addition, since hydrogen etching uses a reactive gas called hydrogen, there is a problem that safety equipment is expensive.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
K.Ishibashi et al."Quantum Dots in Carbon Nonotubes", Japanese Journal of Applied Physics Vol.39, pp.7053-7057, (2000). 鳥越他、「Ｉｎｓｉｔｕ水素エッチングによるカーボンナノチューブへの欠陥導入」、２００４年春季第５１回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集２８ａ−ＺＸ−５． The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
K. Ishibashi et al. "Quantum Dots in Carbon Nonotubes", Japanese Journal of Applied Physics Vol.39, pp.7053-7057, (2000). Torigoe et al., “Introduction of defects into carbon nanotubes by in situ hydrogen etching”, Spring 51st Joint Lecture on Applied Physics in Spring 2004, Proceedings 28a-ZX-5.

上述した問題を解消するために、発明者らは、加速電圧８６ｋＶ以下の電子線をナノチューブの所望の箇所に照射することにより、照射した箇所にトンネル接合を形成する方法を提案している。しかしながらこの方法では、基板の上に、集束させた電子線を走査して照射する必要があるため、大きな面積の基板上で、多数のナノチューブにトンネル接合を形成するためには、非常の多くの時間がかかるなど、容易ではないという問題があった。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have proposed a method of forming a tunnel junction at an irradiated portion by irradiating a desired portion of the nanotube with an electron beam having an acceleration voltage of 86 kV or less. However, in this method, it is necessary to scan and irradiate a focused electron beam on the substrate. Therefore, in order to form a tunnel junction in a large number of nanotubes on a large-area substrate, a great many There was a problem that it was not easy because it took time.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より容易に、カーボンナノチューブの所定の箇所に、容易にトンネル接合が形成できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to more easily form a tunnel junction at a predetermined position of a carbon nanotube.

本発明に係るトンネル接合の形成方法は、基板の上にカーボンナノチューブが形成された状態とする第１工程と、真空紫外線の光を所定の透過領域を備えたマスクを介してカーボンナノチューブに選択的に光を照射し、カーボンナノチューブに欠陥が生成された状態とする第２工程とを少なくとも備えるようにしたものである。光の照射により形成された欠陥は、トンネル接合となる。 Method of forming a tunnel junction according to the present invention, the carbon nanotubes through a first step of a state in which carbon nanotubes are formed on a substrate, a mask having a transmissive region of the Jo Tokoro light in vacuum ultraviolet ray And at least a second step in which defects are generated in the carbon nanotubes by selectively irradiating with light. A defect formed by light irradiation becomes a tunnel junction.

なお、支燃性ガスを含む雰囲気でカーボンナノチューブを所定の温度に加熱する第３工程を備えるようにしてもよい。例えば、第３工程では、酸素を含む雰囲気でカーボンナノチューブを３５０〜５００℃に加熱すればよい。また、上記トンネル接合の形成方法において、光のエネルギーは、炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当するものである。また、光のエネルギーは、高々１００ｅＶであればよい。 In addition , you may make it provide the 3rd process of heating a carbon nanotube to predetermined temperature in the atmosphere containing a combustion-supporting gas. For example, in the third step, the carbon nanotubes may be heated to 350 to 500 ° C. in an atmosphere containing oxygen. Further, in the method for forming the tunnel junction, the energy of light, Ru der equivalent to the absorption edge energy of the 1s electrons of carbon atoms. The light energy may be at most 100 eV.

また、本発明に係るトンネル接合の形成装置は、密閉可能な真空槽と、真空槽の内部に配置された基板台と、基板台の上に載置された基板に対して炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当エネルギーの真空紫外線の光を放射する光子発生手段と、所定の透過領域を備えて光子発生手段と基板台との間に配置され、光子発生手段より放射された光をカーボンナノチューブに選択的に照射するマスクと、真空槽の内部に支燃性ガスを含むガスを導入するガス導入手段と、基板を加熱する温度制御手段とを少なくとも備え、基板の上には、カーボンナノチューブが形成され、光子発生手段より放射された光をマスクを用いてカーボンナノチューブに選択的に照射してカーボンナノチューブにトンネル接合を形成するようにしたものである。 Moreover, the tunnel junction forming apparatus according to the present invention includes a sealable vacuum chamber, a substrate table disposed inside the vacuum chamber, and 1s electrons of carbon atoms with respect to the substrate placed on the substrate table. photon generating means for emitting light in the vacuum ultraviolet ray considerable energy absorption edge energy of, disposed between the photon generator means and the substrate table comprises a predetermined transmission area, the light emitted from the photon generator It comprises at least a mask for selectively irradiating carbon nanotubes, a gas introduction means for introducing a gas containing a combustion-supporting gas into the vacuum chamber, and a temperature control means for heating the substrate. A nanotube is formed, and light emitted from the photon generating means is selectively irradiated to the carbon nanotube using a mask to form a tunnel junction in the carbon nanotube.

なお、真空槽の内部を所定の圧力にまで排気する排気手段を備えるようにしてもよい。また、支燃性ガスは、酸素であり、温度制御手段は、基板の上に形成されたカーボンナノチューブを３５０〜５００℃に加熱すればよい。また、上記トンネル接合の形成装置において、光子発生手段は、炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当エネルギーの光を放射するものである。また、光子発生手段が放射する光のエネルギーは、高々１００ｅＶであってもよい。 In addition, you may make it provide the exhaust means which exhausts the inside of a vacuum tank to a predetermined pressure. Further, the combustion-supporting gas is oxygen, and the temperature control means may heat the carbon nanotube formed on the substrate to 350 to 500 ° C. Further, in the forming apparatus of the tunnel junction, photon generator means, Ru der radiates light of considerable energy absorption edge energy of the 1s electrons of carbon atoms. Further, the energy of light emitted by the photon generating means may be at most 100 eV.

以上説明したように、本発明によれば、紫外線，真空紫外線，及びＸ線の少なくとも１つを含む光を、マスクを用いて選択的に照射して所望とする領域のカーボンナノチューブに欠陥が生成された状態としたので、より容易に、カーボンナノチューブの所定の箇所に、容易にトンネル接合が形成できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, a defect is generated in a carbon nanotube in a desired region by selectively irradiating light containing at least one of ultraviolet rays, vacuum ultraviolet rays, and X-rays using a mask. Since it was made into the state which was made, the outstanding effect that a tunnel junction can be easily formed in the predetermined | prescribed location of a carbon nanotube more easily is acquired.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるトンネル接合の形成方法例を示す工程図である、図１では、トンネル接合を用いた電子素子（単電子トランジスタ）の製造方法を例にしている。まず図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の上に所定の膜厚の酸化シリコンからなる絶縁層１０２が形成された状態とし、絶縁層１０２の上に、カーボンナノチューブ１０３が形成された状態とする。次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁層１０２の上に所定の間隔で離間し、かつカーボンナノチューブ１０３に一部がオーミック接続するソース電極１０４及びドレイン電極１０５が形成された状態とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing an example of a method for forming a tunnel junction according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example of a method for manufacturing an electronic element (single electron transistor) using a tunnel junction. First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 102 made of silicon oxide having a predetermined thickness is formed on a silicon substrate 101, and a carbon nanotube 103 is formed on the insulating layer 102. State. Next, as shown in FIG. 1B, the source electrode 104 and the drain electrode 105 are formed on the insulating layer 102 so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval and partially connected to the carbon nanotube 103 by ohmic contact. To do.

次に、シリコン基板１０１を、例えば所定の処理装置の処理室に搬入し、図１（ｃ）に示すように、マスク１１０を用い、カーボンナノチューブ１０３の所望の領域（２箇所）に、シンクロトロン放射光１１１が照射された状態とする。例えば、エネルギー２０ｅＶ程度とされたシンクロトロン放射光１１１が、照射量１×１０¹⁶ｃｍ^-2で照射されればよい。マスク１１０は、カーボンナノチューブ１０３のトンネル接合を形成したい箇所にシンクロトロン放射光１１１（シンクロトロン放射光）が照射されるように、シンクロトロン放射光１１１が透過する透過領域（２箇所）が形成されている。このマスク１１０を用いて選択的にシンクロトロン放射光１１１を照射することで、図１（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ１０３のシンクロトロン放射光１１１の照射部に、欠陥部１０６が形成された状態が得られる。 Next, the silicon substrate 101 is carried into a processing chamber of a predetermined processing apparatus, for example, and as shown in FIG. 1 (c), a synchrotron is applied to desired regions (two locations) of the carbon nanotube 103 using a mask 110. It is assumed that the radiated light 111 is irradiated. For example, the synchrotron radiation 111 having an energy of about 20 eV may be irradiated at an irradiation amount of 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻² . The mask 110 is formed with transmission regions (two locations) through which the synchrotron radiation 111 is transmitted so that the portion where the tunnel junction of the carbon nanotube 103 is to be formed is irradiated with the synchrotron radiation 111 (synchrotron radiation). ing. By selectively irradiating the synchrotron radiation light 111 using the mask 110, as shown in FIG. 1D, the defect portion 106 is formed in the irradiation portion of the synchrotron radiation 111 of the carbon nanotube 103. State is obtained.

上述したシンクロトロン放射光１１１の選択的照射によりカーボンナノチューブ１０３に形成された欠陥部１０６は、トンネル接合（トンネル障壁）として作用し、クーロン障壁として作用する。従って、図１（ｄ）に示す電子素子は、シリコン基板１０１を背面ゲート電極とした単電子トランジスタとして動作する。上述したように２箇所に欠陥が形成された状態とすることで、カーボンナノチューブ１０３には２つのクーロン障壁が形成され、ソース・ドレイン電極の間隔よりも小さな量子ドットがカーボンナノチューブ１０３中に形成された状態となる。 The defect 106 formed in the carbon nanotube 103 by the selective irradiation of the synchrotron radiation 111 described above acts as a tunnel junction (tunnel barrier) and acts as a Coulomb barrier. Accordingly, the electronic element shown in FIG. 1D operates as a single electron transistor using the silicon substrate 101 as the back gate electrode. As described above, by setting defects at two locations, two Coulomb barriers are formed in the carbon nanotube 103, and quantum dots smaller than the distance between the source and drain electrodes are formed in the carbon nanotube 103. It becomes a state.

図１を用いて説明した上述の形成方法によれば、カーボンナノチューブ１０３の所望の領域に、容易にトンネル接合が形成できるようになり、２つのクーロン障壁（量子ドット）が形成された状態が得られる。この結果、本方法によれば、より高温で動作する単電子トランジスタを、高い歩留りで容易に製造することが容易となる。また、マスク１１０を用いて選択的（部分的）にシンクロトロン放射光１１１を照射するようにしたので、量子ドットの形成箇所の制御が容易であり、素子の設計に制約を受けることない。また、例えば、マスク１１０の透過領域を制御し、光の照射領域をより広範囲に行うことで、広い範囲に分散する複数のトンネル接合が形成できる。このようにすることで、例えば、１つのカーボンナノチューブに複数のクーロン島が形成でき、多重ドット単電子トランジスタを構成することができる。 According to the above-described forming method described with reference to FIG. 1, a tunnel junction can be easily formed in a desired region of the carbon nanotube 103, and a state in which two Coulomb barriers (quantum dots) are formed is obtained. It is done. As a result, according to the present method, it becomes easy to easily manufacture a single electron transistor operating at a higher temperature with a high yield. In addition, since the synchrotron radiation 111 is selectively (partially) irradiated using the mask 110, it is easy to control the location where the quantum dots are formed, and the device design is not restricted. In addition, for example, by controlling the transmission region of the mask 110 and performing the light irradiation region in a wider range, a plurality of tunnel junctions dispersed in a wide range can be formed. In this way, for example, a plurality of Coulomb islands can be formed in one carbon nanotube, and a multi-dot single-electron transistor can be configured.

また、シンクロトロン放射光１１１の照射による欠陥（トンネル接合）が形成されたカーボンナノチューブを、支燃性ガスあるいは可燃性ガスを含む雰囲気中で加熱することで、欠陥部分が速やかにガスの成分と結合し、カーボンナノチューブの構造が部分的に破壊される。一方、シンクロトロン放射光１１１が照射されていない欠陥のないカーボンナノチューブは化学的に強靱であるため、照射部分に比べて非常に緩やかに反応が進行する。この結果、シンクロトロン放射光１１１を照射した後に上述したように加熱することで、シンクロトロン放射光１１１の照射部分に選択的に、効率的にトンネル接合が形成された状態が得られる。 In addition, by heating the carbon nanotubes in which defects (tunnel junctions) formed by irradiation with synchrotron radiation 111 are formed in an atmosphere containing a combustion-supporting gas or a combustible gas, the defective portions can be quickly separated from gas components. Bonding results in partial destruction of the carbon nanotube structure. On the other hand, since the defect-free carbon nanotubes that are not irradiated with the synchrotron radiation 111 are chemically strong, the reaction proceeds very slowly compared to the irradiated part. As a result, by irradiating the synchrotron radiation 111 and then heating as described above, a state in which a tunnel junction is selectively and efficiently formed in the irradiated portion of the synchrotron radiation 111 is obtained.

上述した支燃性（可燃性）ガスとしては酸素ガスなどの酸化性ガスを用いればよく、従って、大気中で加熱することで、シンクロトロン放射光１１１が照射されたカーボンナノチューブの部分により効率的にトンネル接合が形成された状態が得られる。大気中で加熱する場合、加熱温度は３５０〜５００℃程度に加熱すればよい。この温度範囲とすることで、シンクロトロン放射光１１１が照射されていない部分と、シンクロトロン放射光１１１の照射による欠陥が生成した部分との燃焼速度の差を大きくでき、より効率的にトンネル接合を形成することが可能となる。 As the above-mentioned combustion-supporting (combustible) gas, an oxidizing gas such as oxygen gas may be used. Therefore, by heating in the atmosphere, the portion of the carbon nanotube irradiated with the synchrotron radiation 111 is more efficient. Thus, a state in which a tunnel junction is formed is obtained. When heating in the atmosphere, the heating temperature may be heated to about 350 to 500 ° C. By setting this temperature range, it is possible to increase the difference in the burning rate between the portion not irradiated with the synchrotron radiation 111 and the portion where the defect is generated by the irradiation with the synchrotron radiation 111, and more efficiently tunnel junction. Can be formed.

ここで、上述した処理装置について簡単に説明する。処理装置は、例えば図２に示すように、密閉可能な真空槽２０１と、真空槽２０１の内部に固定された基板台２０２と、基板台２０２の上に載置される基板１０１に光（シンクロトロン放射光）を照射する光子発生部２０３と、基板台２０２と光子発生部２０３との間に配置されたマスク２０４と、マスク２０４を保持するマスク保持台２０５とを備える。また、図２に示す処理装置は、真空槽２０１の内部を所定の真空度（圧力）にまで排気する排気部２０６と、基板台２０２の上に載置される基板１０１の温度を制御する温度制御部２０７と、真空槽２０１の内部に、酸素などの支燃性ガスを含むガス（例えば空気）を導入するガス導入部２０８を備える。 Here, the processing apparatus described above will be briefly described. For example, as illustrated in FIG. 2, the processing apparatus includes a vacuum chamber 201 that can be sealed, a substrate table 202 fixed inside the vacuum chamber 201, and light (synchronization) on the substrate 101 placed on the substrate table 202. A photon generator 203 for irradiating (tron radiation), a mask 204 disposed between the substrate table 202 and the photon generator 203, and a mask holder 205 for holding the mask 204. 2 is a temperature for controlling the temperature of the exhaust unit 206 that exhausts the inside of the vacuum chamber 201 to a predetermined degree of vacuum (pressure) and the temperature of the substrate 101 placed on the substrate table 202. A control unit 207 and a gas introduction unit 208 for introducing a gas (for example, air) containing a combustion-supporting gas such as oxygen are provided inside the vacuum chamber 201.

このように構成された図２に示す処理装置（トンネル接合の形成装置）によれば、排気部２０６により真空槽２０１の内部を所定の真空度（圧力）とされた状態で、光子発生部２０３より放射された光は、マスク２０４により成型され、マスク２０４により成型された光が、基板台２０２の上に載置された基板１０１に対して照射される。これらのことにより、基板１０１の上に設けられたカーボンナノチューブに対し、選択的にトンネル障壁（欠陥部）を形成することが可能となる。例えば、マスク保持台２０５を移動させることで、マスク２０４の位置を制御することも可能である。また、基板台２０２を移動させ、マスク２０４との相対的な位置を制御するようにしてもよい。 According to the processing apparatus (tunnel junction forming apparatus) shown in FIG. 2 configured as described above, the photon generator 203 is placed in a state where the inside of the vacuum chamber 201 is set to a predetermined degree of vacuum (pressure) by the exhaust unit 206. The light emitted by the mask 204 is molded by the mask 204, and the light molded by the mask 204 is applied to the substrate 101 placed on the substrate table 202. As a result, a tunnel barrier (defect portion) can be selectively formed on the carbon nanotubes provided on the substrate 101. For example, the position of the mask 204 can be controlled by moving the mask holding table 205. Further, the substrate table 202 may be moved to control the relative position with the mask 204.

また、光子発生部２０３からの光の放射を停止し、排気部２０６の動作を停止した状態で、ガス導入部２０８により真空槽２０１の内部に空気を導入し、加えて、温度制御部２０７を動作させることで、光照射によるトンネル接合が形成されたカーボンナノチューブを、可燃性ガス（酸素ガス）を含む雰囲気中で加熱することができる。前述したように、大気中で加熱する場合、温度制御部２０７を動作させて３５０〜５００℃程度に加熱すればよい。なお、マスク２０４は、例えば、支持枠に支持されたＳｉＣからなるメンブレン（例えば２μｍ厚）の上にＴａからなる吸収体（遮光体）を備え、この吸収体に前述した光透過領域が形成されているものである。また、紫外線を照射する場合、石英などの紫外線透過板に、Ｃｒなどの遮光体の膜を備え、この遮光体の膜に前述した光透過領域が形成されたマスクを用いるようにしてもよい。 Further, with the emission of light from the photon generation unit 203 stopped and the operation of the exhaust unit 206 stopped, air is introduced into the vacuum chamber 201 by the gas introduction unit 208, and in addition, the temperature control unit 207 is By operating, the carbon nanotube in which the tunnel junction by light irradiation is formed can be heated in an atmosphere containing a combustible gas (oxygen gas). As described above, when heating in the atmosphere, the temperature control unit 207 may be operated to heat to about 350 to 500 ° C. The mask 204 includes, for example, an absorber (light-shielding body) made of Ta on a membrane (for example, 2 μm thick) made of SiC supported by a support frame, and the light transmission region described above is formed in the absorber. It is what. In the case of irradiating ultraviolet rays, a mask in which a light-shielding film such as Cr is provided on an ultraviolet-transmitting plate such as quartz and the above-described light transmission region is formed on the light-shielding film may be used.

なお、上述したシンクロトロン放射光は、紫外線，真空紫外線，及びエックス線などの光を含むものである。従って、照射する光は、シンクロトロン放射光の限らず、他の光照射手段（光源）より得られた光を照射するようにしてもよい。この中で、照射する光のエネルギーが、炭素（カーボンナノチューブを構成する炭素）の１ｓ電子の吸収端エネルギー値に相当する状態となっていれば、照射した光がカーボンナノチューブに効率よく吸収されるようになり、効率よく欠陥が形成された状態が得られる。一般に、内殻電子の吸収端閾値で吸収計数が増大し、欠陥生成確率も増大するものと考えられるためである。炭素の１ｓ電子の吸収端エネルギー値は、２８５ｅＶ程度であるが、カーボンナノチューブの状態により吸収端エネルギー値にバラツキがあり、２８５±１ｅＶの範囲であれば十分な効果が得られる。 The synchrotron radiation described above includes light such as ultraviolet rays, vacuum ultraviolet rays, and X-rays. Therefore, the light to be irradiated is not limited to synchrotron radiation, but may be light emitted from other light irradiation means (light source). Among these, if the energy of the irradiated light is in a state corresponding to the absorption edge energy value of 1s electrons of carbon (carbon constituting the carbon nanotube), the irradiated light is efficiently absorbed by the carbon nanotube. As a result, a state in which defects are efficiently formed can be obtained. This is because, in general, it is considered that the absorption coefficient increases at the absorption edge threshold of the inner shell electrons, and the defect generation probability also increases. Although the absorption edge energy value of carbon 1s electrons is about 285 eV, the absorption edge energy value varies depending on the state of the carbon nanotube, and a sufficient effect can be obtained if it is in the range of 285 ± 1 eV.

また、一般に、照射する光のエネルギーが低いほど（波長が長いほど）、価電子の励起確率が増大するため、照射する光は、高々１００ｅＶ、例えば数十ｅＶとすることにより、より効率よくカーボンナノチューブに欠陥を発生させることができる。例えば、光子発生部２０３としてリング型の高エネルギー加速器を用いる場合、リング型の高エネルギー加速器より放射されるシンクロトロン放射光より、回折格子などを利用し、２０ｅＶ程度の光を取り出して用いればよい。２０ｅＶ程度のエネルギーの光は、真空紫外領域の光であり、重水素ランプや希ガスエキシマランプなどの光源からも得ることができる。 In general, the lower the energy of the light to be irradiated (the longer the wavelength), the higher the probability of valence electron excitation. Therefore, the irradiation light can be more efficiently made carbon by making it at most 100 eV, for example several tens of eV. Defects can be generated in the nanotubes. For example, when a ring-type high energy accelerator is used as the photon generator 203, light of about 20 eV may be extracted from the synchrotron radiation emitted from the ring-type high energy accelerator and used. . Light having an energy of about 20 eV is light in the vacuum ultraviolet region, and can be obtained from a light source such as a deuterium lamp or a rare gas excimer lamp.

ところで、図１に示した素子では、シリコン基板１０１を背面ゲート電極として用いるようにしたが、これに限るものではなく、他の形態としてもよい。例えば、絶縁層１０２の上において、カーボンナノチューブ１０３に近設配置した電極をゲート電極として用いるようにしてもよい。また、図１では、シリコン基板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、カーボンナノチューブの形成面にゲート電極を設ける素子構成の場合、他の絶縁基板を用いるようにしてもよいことは、いうまでもない。 By the way, in the element shown in FIG. 1, the silicon substrate 101 is used as the back gate electrode. However, the present invention is not limited to this, and other forms may be adopted. For example, an electrode disposed close to the carbon nanotube 103 on the insulating layer 102 may be used as the gate electrode. In FIG. 1, the silicon substrate is used. However, the present invention is not limited to this. In the case of an element configuration in which a gate electrode is provided on the carbon nanotube formation surface, another insulating substrate may be used. Needless to say.

本発明の実施の形態におけるトンネル接合の形成方法例を示す工程図である。It is process drawing which shows the example of the formation method of the tunnel junction in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるトンネル接合の形成装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the formation apparatus of the tunnel junction in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０１…シリコン基板、１０２…絶縁層、１０３…カーボンナノチューブ、１０４…ソース電極、１０５…ドレイン電極、１０６…欠陥部、１１０…マスク、１１１…シンクロトロン放射光、２０１…真空槽、２０２…基板台、２０３…光子発生部、２０４…マスク、２０５…マスク保持台、２０６…排気部、２０７…温度制御部、２０８…ガス導入部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Silicon substrate, 102 ... Insulating layer, 103 ... Carbon nanotube, 104 ... Source electrode, 105 ... Drain electrode, 106 ... Defect part, 110 ... Mask, 111 ... Synchrotron radiation, 201 ... Vacuum chamber, 202 ... Substrate stand , 203 ... Photon generator, 204 ... Mask, 205 ... Mask holder, 206 ... Exhaust part, 207 ... Temperature controller, 208 ... Gas introduction part.

Claims

基板の上にカーボンナノチューブが形成された状態とする第１工程と、
真空紫外線の光を所定の透過領域を備えたマスクを介して前記カーボンナノチューブに選択的に前記光を照射し、前記カーボンナノチューブに欠陥が生成された状態とする第２工程と
を少なくとも備え、
前記光のエネルギーは、炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当するものであることを特徴とするトンネル接合の形成方法。 A first step in which carbon nanotubes are formed on a substrate;
At least a second step of a state of irradiating selectively the light, defects in the carbon nanotube is produced on the carbon nanotube via a mask having a transmissive region of the Jo Tokoro light in vacuum ultraviolet ray Prepared ,
Energy of the light, the method of forming the tunnel junction characterized by der Rukoto equivalent to the absorption edge energy of the 1s electrons of carbon atoms.

請求項１記載のトンネル接合の形成方法において、
前記光のエネルギーは、高々１００ｅＶである
ことを特徴とするトンネル接合の形成方法。 The method of forming a tunnel junction according to claim 1 ,
The method of forming a tunnel junction, wherein the energy of light is at most 100 eV.

密閉可能な真空槽と、
前記真空槽の内部に配置された基板台と、
前記基板台の上に載置された基板に対して炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当エネルギーの真空紫外線の光を放射する光子発生手段と、
所定の透過領域を備えて前記光子発生手段と前記基板台との間に配置され、前記光子発生手段より放射された光を前記カーボンナノチューブに選択的に照射するマスクと、
前記真空槽の内部に支燃性ガスを含むガスを導入するガス導入手段と、
前記基板を加熱する温度制御手段と
を少なくとも備え、
前記基板の上には、カーボンナノチューブが形成され、
前記光子発生手段は、炭素原子の１ｓ電子の吸収端エネルギーに相当エネルギーの光を放射する
前記光子発生手段より放射された光を前記マスクを用いて前記カーボンナノチューブに選択的に照射して前記カーボンナノチューブにトンネル接合を形成する
ことを特徴とするトンネル接合の形成装置。 A sealable vacuum chamber;
A substrate table disposed inside the vacuum chamber;
Photon generating means for emitting light in the vacuum ultraviolet ray considerable energy absorption edge energy of the 1s electrons of carbon atoms relative to the substrate placed on the substrate stage,
A mask that is provided between the photon generating means and the substrate table with a predetermined transmission region, and selectively irradiates the carbon nanotubes with light emitted from the photon generating means;
A gas introduction means for introducing a gas containing a combustion-supporting gas into the vacuum chamber;
And at least a temperature control means for heating the substrate,
Carbon nanotubes are formed on the substrate,
The photon generating means emits light having energy equivalent to the absorption edge energy of 1s electrons of carbon atoms. The carbon nanotubes are selectively irradiated with light emitted from the photon generating means using the mask. A tunnel junction forming apparatus characterized by forming a tunnel junction in a nanotube.

請求項３記載のトンネル接合の形成装置において、
前記光子発生手段が放射する光のエネルギーは、高々１００ｅＶである
ことを特徴とするトンネル接合の形成装置。 In forming apparatus of the tunnel junction of claim 3 Symbol mounting,
The tunnel junction forming apparatus characterized in that the energy of light emitted from the photon generating means is at most 100 eV.