JP5037804B2

JP5037804B2 - Electronic devices using vertically aligned carbon nanotubes

Info

Publication number: JP5037804B2
Application number: JP2005289367A
Authority: JP
Inventors: 俊二中村; 篤司三村; 祐二粟野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2007103529A

Description

本発明は垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイスに関するものであり、機械的スイッチ或いは不揮発性メモリを構成するためのカーボンナノチューブの配向状態及び電極構造に特徴のある垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイスに関するものである。 The present invention relates to an electronic device using vertically aligned carbon nanotubes, and relates to an electronic device using vertically aligned carbon nanotubes characterized by the alignment state and electrode structure of carbon nanotubes for constituting a mechanical switch or nonvolatile memory. It is about.

従来のトランジスタはゲートに電圧を印加することにより、ソース・ドレイン間をＯＮ／ＯＦＦするものであるが、ソース・ドレイン間の抵抗値を３〜６桁程度変化させているに過ぎず、配線間を物理的に切断・分離している訳ではないので、配線間に寄生抵抗や寄生容量の影響が残り、回路間の干渉を完全に除外することが難しかった。 Conventional transistors turn on / off between the source and drain by applying a voltage to the gate, but only change the resistance value between the source and drain by about 3 to 6 digits. Are not physically cut and separated, the effects of parasitic resistance and capacitance remain between the wires, making it difficult to completely eliminate interference between circuits.

特に、ＲＦ（高周波）デバイスでは、回路間の電気的な干渉が大きく、回路間の物理的な切断が悲願であり、非常に小型で、高速動作する機械的なスイッチが望まれている。 In particular, in an RF (high frequency) device, electrical interference between circuits is large, and physical disconnection between circuits is eagerly desired, and a mechanical switch that is very small and operates at high speed is desired.

また、従来のトランジスタでは、ＯＦＦ時にリーク電流が流れ続け、回路の消費電力が増えてしまうという問題があり、しかもこのリーク電流は、ＬＳＩの集積度の向上に伴い、即ち、トランジスタの微細化や高性能化に伴い増える一方であり、今後も増加の一途を辿ると予想され、その改善が急務になっている。 In addition, the conventional transistor has a problem that the leakage current continues to flow when OFF and the power consumption of the circuit increases, and this leakage current is accompanied by the improvement of the integration degree of the LSI, that is, the miniaturization of the transistor. It is increasing as performance increases, and is expected to continue increasing in the future, and there is an urgent need to improve it.

一方、携帯電話をはじめとする情報機器は、機能が多岐に渡り、性能も益々向上していることから、消費電力は増える一方で、充電後の電池の寿命の短さが大きな問題になっている。
したがって、この点からも、使用しない状態にある回路は、直ちに切断して、リーク電流をカットする微小な機械的スイッチのようなものが望まれていた。 On the other hand, information devices such as mobile phones have a wide variety of functions and improved performance. Therefore, while power consumption increases, short battery life after charging has become a major problem. Yes.
Therefore, also from this point, a circuit that is not in use is desired to be a minute mechanical switch that cuts off immediately and cuts off leakage current.

一方、メモリでは、韓国、中国、欧州をはじめとする世界的な規模でコスト競争が激しく、さらに低価格でかつ大容量のメモリの開発が望まれていたが、従来のメモリでは、既に限界に近づいている感があった。 On the other hand, for memory, cost competition was intense on a global scale, including Korea, China, and Europe, and the development of a low-priced and large-capacity memory was desired. However, conventional memory has already reached its limits. There was a feeling of approaching.

また、メモリ市場ではＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）のように電源を切るとすべての記憶内容が損なわれてしまう「揮発性メモリ」から、電源を切っても情報が損なわれない「不揮発性メモリ」へ需要がシフトしている。 In addition, in the memory market, information is not lost even when the power is turned off from the "volatile memory" where all stored contents are lost when the power is turned off as in DRAM (Dynamic Random Access Memory). Demand is shifting to “memory”.

以上のような状況下で、Ｎａｎｔｅｒｏ社からはカーボンナノチューブを用いた不揮発性メモリが提案されているので、図１９乃至図２３を参照してこれらの不揮発性メモリを説明する。 Under the above circumstances, since the Nantero Inc. has been proposed a non-volatile memory using carbon nanotubes, explain these nonvolatile memory with reference to FIGS. 19 to 23.

図１９参照
図１９は、Ｎａｎｔｅｒｏ社の不揮発性メモリの概略的斜視図であり、１本のカーボンナオンチューブで構成されたワード線１０３とビット線１０５が基板１０１上に絶縁膜１０２を介して、互いに上下に少し離れて交差するように（キャパシタを構成するように）配置されている（例えば、特許文献２参照）。
なお、ワード線１０３はビット線１０５と空間を介して交差するように支持部材１０４上に載置される。 See FIG .
FIG. 19 is a schematic perspective view of a non-volatile memory of Nantero, in which a word line 103 and a bit line 105 made up of a single carbon naon tube are vertically arranged on a substrate 101 with an insulating film 102 interposed therebetween. It arrange | positions so that it may cross | separate a little apart (it constitutes a capacitor) (for example, refer patent document 2).
The word line 103 is placed on the support member 104 so as to intersect the bit line 105 via a space.

特定のワード線１０３とビット線１０５の間に電極１０６及び電極１０７を介して電圧を印加すると、交点にある上下２本のカーボンナノチューブ間( キャパシタ) に静電気力が働き、２本のカーボンナノチューブが接触し、１ビットの情報が記憶される。 When a voltage is applied between the specific word line 103 and the bit line 105 via the electrode 106 and the electrode 107, an electrostatic force acts between the two upper and lower carbon nanotubes (capacitors) at the intersection, and the two carbon nanotubes are 1-bit information is stored in contact.

一方、一度付着したカーボンナノチューブ同士は、ファンデルワールス力で付着し、電圧を切っても両者は離れず、情報がそのまま記憶され、不揮発性メモリとして動作する（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この構成は基本的な概念を表すものにすぎず、具体的構成としては図２０に示すものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, the carbon nanotubes once attached adhere to each other by van der Waals force, and even when the voltage is turned off, the two are not separated, information is stored as it is and operates as a nonvolatile memory (see, for example, Patent Document 2).
However, this configuration represents only a basic concept, and a specific configuration shown in FIG. 20 has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

ここで、図２１及び図２２を参照して、図２０に示されたワイアクロスバーメモリの製造工程を説明する。
図２１参照
まず、シリコン基板１１１上にＳｉＯ_２膜１１２を介してＳｉＮ膜を形成したのち、ストライプ状にパターニングすることによってＳｉＮ支持体１１３を形成し、次いで、全面にｎ型シリコン層を堆積したのち、上面がＳｉＮ支持体１１３の上面より低くなるようにエッチングしてストライプ状電極１１４としたのち、熱酸化を施すことによってストライプ状電極１１４を構成するｎ型シリコン層の表面に犠牲酸化膜１１５を形成する。 Here, with reference to FIGS. 21 and 22, illustrating the wire Across the bar a memory of the manufacturing steps shown in FIG. 20.
21. First, an SiN film is formed on a silicon substrate 111 via an SiO ₂ film 112, and then an SiN support 113 is formed by patterning in a stripe shape. Then, an n-type silicon layer is deposited on the entire surface. After that, etching is performed so that the upper surface is lower than the upper surface of the SiN support 113 to form the striped electrode 114, and then thermal oxidation is performed to form a sacrificial oxide film 115 on the surface of the n-type silicon layer constituting the striped electrode 114. Form.

次いで、スピンコート法等によって、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｃｏ等からなる触媒微粒子１１６を散布したのち、ＣＶＤ法を用いて触媒微粒子１１６を成長核にしてカーボンナノチューブを成長させてシート状カーボンナノチューブ１１７を形成する。
この場合、単層カーボンナノチューブが、平面的にモジャモジャ状態（ｍａｔｔｅｄ）にからんだ、ほぼ単層カーボンナノチューブ１層分の厚さの薄いシートとなる。 Next, after the catalyst fine particles 116 made of Fe, Mo, Co or the like are dispersed by a spin coating method or the like, the carbon nanotubes are grown using the catalyst fine particles 116 as growth nuclei using the CVD method to form the sheet-like carbon nanotubes 117. To do.
In this case, the single-walled carbon nanotube becomes a thin sheet having a thickness substantially equal to one single-walled carbon nanotube, which is tangled in a planar state.

図２２参照
次いで、レジストパターン（図示を省略）をマスクとしてシート状カーボンナノチューブ１１７をエッチングすることによって、ストライプ状電極１１４に直交する帯状シート電極１１８としたのち、犠牲酸化膜１１５をエッチング除去する。 Figure 22 Referring then by etching the sheet-shaped carbon nanotube 117 a resist pattern (not shown) as a mask, after the belt-like sheet electrode 118 which is perpendicular to the stripe electrodes 114, a sacrificial oxide film 115 is removed by etching.

最後に、帯状シート電極１１８の端部に電極１１９を設けることによって、ワイアクロスバーメモリ基本構成が完成する。
この場合の、犠牲酸化膜１１５を除去することによって形成された空洞が、帯状シート電極１１８が上下に動くための可動空間となる。 Finally, by providing the electrode 119 at the end of the belt-like sheet electrode 118, the basic configuration of the wire crossbar memory is completed.
In this case, the cavity formed by removing the sacrificial oxide film 115 becomes a movable space for the strip-shaped sheet electrode 118 to move up and down.

次に、再び、図２０を参照してワイアクロスバーメモリのメモリの動作を説明する。
再び、図２０参照
帯状シート電極１１８に、電極１１９を介してプラスまたはマイナスの一方の電圧を印加し、ストライプ状電極１１４に他方の電圧を印加すると、交差する部分で、カーボンナノチューブからなる帯状シート電極１１８とストライプ状電極１１４との間にキャパシタが形成され、両電極間には静電気力が働いて帯状シート電極１１８が下方へ曲がってストライプ状電極１１４に接触する。 Then, again, the operation of the memory of the Wye Across the bar a memory with reference to FIG. 20.
See FIG. 20 again. When a positive or negative voltage is applied to the belt-like sheet electrode 118 via the electrode 119 and the other voltage is applied to the strip-like electrode 114, the belt-like sheet made of carbon nanotubes is crossed. A capacitor is formed between the electrode 118 and the stripe electrode 114, and an electrostatic force acts between the two electrodes so that the belt-like sheet electrode 118 bends downward and contacts the stripe electrode 114.

一旦接触した帯状シート電極１１８は、ファンデルファールス力でストライプ状電極１１４に付着しているので、印加電圧を切っても元の状態には戻らず付着したままとなるので、情報が不揮発的に記憶されたことになる。 Since the strip-shaped sheet electrode 118 that has once contacted is attached to the stripe-shaped electrode 114 by van der Faels force, it does not return to the original state even when the applied voltage is cut off. It will be remembered.

なお、カーボンナノチューブは、直径方向にはナノサイズのナノマテリアルであるが、長さ方向には、原理的に、いくらでも長く形成することができ、この意味では巨大な単結晶分子でもあり、単結晶であるが故に、機械強度に極めて優れ、引っ張り張力で見ると鋼鉄の約５倍で、かつ非常に柔軟に、フレキシブルに曲げることもできるという優れた性質を持つ。 Carbon nanotubes are nano-sized nanomaterials in the diameter direction, but can be formed in the length direction in principle as long as possible. In this sense, carbon nanotubes are also huge single-crystal molecules. Therefore, it has an excellent property that it is extremely excellent in mechanical strength and can be bent flexibly and flexibly about 5 times as much as steel in terms of tensile tension.

しかも金属と異なり、表面に電気を流さない酸化皮膜を作ることもなく、スイッチの接点においても、良好なコンタクトを維持することができると考えられる。こうしたカーボンナノチューブの性質を活かすことで、非常に小さなミクロンサイズのスイッチを構成することが可能性である。 Moreover, unlike metal, it is thought that an oxide film that does not allow electricity to flow on the surface is not formed, and good contact can be maintained even at the contact point of the switch. By making use of the properties of such carbon nanotubes, it is possible to construct a very small micron-sized switch.

また、カーボンナノチューブは、長手方向に、約６００ｎｍ程度の距離まで、電子がカーボンナノチューブの原子と衝突しないで進むバリステック伝導を示し、抵抗は非常に低く、また、６００ｎｍ以上の長さでも、Ｃｕを凌ぐ低抵抗を示すと考えられる。 In addition, the carbon nanotube exhibits ballistic conduction in which electrons do not collide with atoms of the carbon nanotube up to a distance of about 600 nm in the longitudinal direction, the resistance is very low, and even at a length of 600 nm or more, Cu It is considered that it exhibits a low resistance exceeding that.

また、一般的に導線に大量の電流を流すと、電子の流れに伴い導線原子が動き、導線が断線してしまうエレクトロマイグレーション現象が起きるが、カーボンナノチューブの場合、銅に比べても３桁程度多い電流を流すことができる( つまり臨界電流密度がＣｕの１０００倍) 。 In general, when a large amount of current is passed through a conducting wire, an electromigration phenomenon occurs where the conducting wire atoms move and the conducting wire breaks along with the flow of electrons. A large amount of current can flow (that is, the critical current density is 1000 times that of Cu).

但し、このワイアクロスバーメモリにおいては、情報の消去方法、即ち、カーボンナノチューブの付着状態の開放動作原理が開示されていないが、次に、図２３を参照して開放動作原理を示した改良型カーボンナノチューブスイッチを説明する（例えば、特許文献３参照）。 However, in this Wai Across the bar a memory, the method erasing information, ie, the open operation principle of adhesion state of carbon nanotubes is not disclosed, then, improved showing an open operation principle with reference to FIG. 23 A carbon nanotube switch will be described (see, for example, Patent Document 3).

図２３参照
図２３は、改良型カーボンナノチューブスイッチの概念的断面図であり、一対の絶縁性支持部材１２１，１２２間にカーボンナノチューブ１２３を設けるとともに、このカーボンナノチューブ１２３と空間を介して対向する一方の導電体１２４をアトラクタ電極として配置するとともに、カーボンナノチューブ１２３上に空間を介して他方の導電体１２５をリリース電極として設けた構造となっている。 Figure 23 reference
FIG. 23 is a conceptual cross-sectional view of an improved carbon nanotube switch, in which a carbon nanotube 123 is provided between a pair of insulating support members 121 and 122, and one conductor facing the carbon nanotube 123 through a space. 124 is arranged as an attractor electrode, and the other conductor 125 is provided as a release electrode on the carbon nanotube 123 via a space.

このカーボンナノチューブスイッチの閉鎖動作は、下図に示すようにカーボンナチューブ１２３に一方の極性の電圧を印加するとともに、アトラクタ電極となる一方の導電体１２４に他方の極性の電圧を印加することによって、カーボンナノチューブ１２３をアトラクタ電極に付着させることによって、スイッチオン状態或いは情報の書込状態となる。 As shown in the figure below, the carbon nanotube switch is closed by applying a voltage of one polarity to the carbon nanotube 123 and applying a voltage of the other polarity to one conductor 124 serving as an attractor electrode. By attaching the nanotube 123 to the attractor electrode, the switch is turned on or the information is written.

カーボンナノチューブの付着状態の開放動作原理は、上図に示すようにカーボンナノチューブ１２３に一方の極性の電圧を印加するとともに、リリース電極となる他方の導電体１２５に他方の極性の電圧を印加することによって、カーボンナノチューブ１２３をリリース電極に引き戻すことによってアトラクタ電極との接続を解除し、スイッチオフ状態或いは情報の消去状態となる。
米国特許第６，５７４，１３０号明細書（Ｂ２）特表２００３−５０４８５７号公報米国特許第６，７８４，０２８号明細書（Ｂ２） As shown in the above diagram, the principle of opening the carbon nanotube is as follows: a voltage of one polarity is applied to the carbon nanotube 123 and a voltage of the other polarity is applied to the other conductor 125 serving as a release electrode. Thus, by pulling the carbon nanotube 123 back to the release electrode, the connection with the attractor electrode is released, and the switch is turned off or the information is erased.
US Pat. No. 6,574,130 (B2) Japanese translation of PCT publication No. 2003-504857 US Pat. No. 6,784,028 (B2)

しかし、上述の提案に係るスイッチについて検討した結果、幾つかの問題がある。これらの問題点を克服しない限り現実的な量産と信頼性の確保が困難であるので、この事情を図２４及び図２５を参照して説明する。 However, as a result of examining the switch according to the above proposal, there are some problems. Since securing realistic mass and reliability unless overcome these problems it is difficult to explain this situation with reference to FIGS. 24 and 25.

図２４及び図２５参照
図２０に示したワイアクロスバーメモリの場合、帯状シート電極を拡大して見ると図２４の上段図のようになっており、中には下段のように、カーボンナノチューブ１２０同士が接触したり交差したりするものや、図２５の上段図に示すようにカーボンナノチューブ１２０が蛇行したもの、さらには、下段図に示すようにカーボンナノチューブ１２０の端部が、空洞上にあり不連続なものと様々な状態が存在し、物性が安定しないばかりか、繰り返し疲労に対し非常に弱いという問題点がある。 See FIGS . 24 and 25
In the case of the wire crossbar memory shown in FIG. 20 , when the belt-like sheet electrode is enlarged, it is as shown in the upper part of FIG. 24 , and inside, as shown in the lower part, the carbon nanotubes 120 are in contact with each other or cross each other. 25 , the carbon nanotubes 120 meandered as shown in the upper diagram of FIG. 25 , and the end portions of the carbon nanotubes 120 are discontinuous as shown in the lower diagram. There are problems that not only the physical properties are stable and the physical properties are not stable, but also very weak against repeated fatigue.

例えば、カーボンナノチューブ１２０とカーボンナノチューブ１２０が単に重なり合っている（接して合っている）部分では、単独のカーボンナノチューブ１２０が有している強度は得ることができず、機械的な繰り返し疲労に対しては非常に弱く、この部分から裂けてしまうと考えられる。 For example, in the portion where the carbon nanotube 120 and the carbon nanotube 120 are simply overlapped (in contact with each other), the strength possessed by the single carbon nanotube 120 cannot be obtained, and mechanical repeated fatigue can be prevented. Is very weak and is thought to tear from this part.

また、カーボンナノチューブ１２０とカーボンナノチューブ１２０の側壁同士が接続される直径方向の抵抗は、先の長手方向と比べると約１０００倍と非常に高く、また流すことができる電流の最大密度も著しく低いため、このようなスイッチあるいはメモリを作る際にはカーボンナノチューブ１２０の方向、向き、並び方等をきちんと揃えてやることが非常に重要になる。 Further, the resistance in the diametrical direction in which the carbon nanotubes 120 and the side walls of the carbon nanotubes 120 are connected to each other is very high, about 1000 times that of the previous longitudinal direction, and the maximum density of current that can be passed is extremely low. When making such a switch or memory, it is very important to align the direction, orientation, alignment, etc. of the carbon nanotubes 120.

図２６参照
理想的には、図２６に示すように、空洞上に、カーボンナノチューブの不連続箇所が無く連続的で、しかも曲がりがなく直線的で、カーボンナノチューブの向きが揃っていることが望まれる。
しかし、上述の従来の方法ではこのような理想的なカーボンナノチューブ配列を得ることは非常に困難である。 Figure 26 reference
Ideally, as shown in FIG. 26 , it is desirable that the carbon nanotubes are continuous without any discontinuous portions of the carbon nanotubes, and are straight without bending, and the orientations of the carbon nanotubes are aligned.
However, it is very difficult to obtain such an ideal carbon nanotube array by the above-described conventional method.

また、従来の技術では、帯状シート電極１１８とストライプ状電極１１４との間或いはカーボンナノチューブ１２３とアトラクタ電極１２４との間に、カーボンナノチューブ１２３や帯状シート電極１１８の変形（可動）を許す空洞が必要であるが、このような空洞を形成するためには、ウエット処理を用いて犠牲膜を除去する必要がある。 Further, in the conventional technology, a cavity that allows deformation (movability) of the carbon nanotube 123 or the belt-like sheet electrode 118 is required between the belt-like sheet electrode 118 and the stripe-like electrode 114 or between the carbon nanotube 123 and the attractor electrode 124. However, in order to form such a cavity, it is necessary to remove the sacrificial film using a wet process.

図２７参照
しかし、このウエット処理をおこなうと、図に示すようにカーボンナノチューブ１２３或いは帯状シート電極１１８がアトラクタ電極１２４或いはストライプ状電極１１４と表面張力により付着してしまい、さらに乾燥すると、より強固に固定されてしまうという現象、即ち、スティッキング現象が生じ、スイッチ等として動作しないという問題がある。 Figure 27 reference
However, when this wet treatment is performed, as shown in the figure, the carbon nanotube 123 or the strip-shaped sheet electrode 118 adheres to the attractor electrode 124 or the stripe-shaped electrode 114 due to surface tension, and when it is further dried, it is more firmly fixed. a phenomenon that put away, that is, cause stearyl I Kkingu phenomenon, there is a problem that does not operate as a switch or the like.

また、同様な理由により、カーボンナノチューブ同士も付着し束になる現象、即ち、バンドル化現象も発生し、安定した製造が困難で、歩留まりの向上が困難であるという問題がある。 Further, for the same reason, a phenomenon that carbon nanotubes adhere to each other and become bundled, that is, a bundling phenomenon also occurs, and there is a problem that stable production is difficult and yield is difficult to improve.

また、上述の従来技術においては、表面に形成された触媒微粒子１１６の中には、カーボンナノチューブが生えないものも現実的には存在するため、犠牲酸化膜１１５を除去する際、犠牲酸化膜１１５上のカーボンナノチューブが生えない触媒微粒子１１６が、犠牲酸化膜１１５の除去と共にエッチング溶液中を漂い、カーボンナノチューブシートとストライプ状電極１１４との間に付着する事態が発生し、触媒微粒子を介してストライプ状電極１１４と帯状シート電極１１８との間が短絡し、歩留まりが低下するという問題がある。 In the above-described prior art, some of the catalyst fine particles 116 formed on the surface actually do not have carbon nanotubes. Therefore, when the sacrificial oxide film 115 is removed, the sacrificial oxide film 115 is removed. The catalyst fine particles 116 on which the carbon nanotubes do not grow are drifted in the etching solution together with the removal of the sacrificial oxide film 115, and are adhered between the carbon nanotube sheet and the striped electrode 114, and the stripes are formed via the catalyst fine particles. There is a problem that the yield electrode is short-circuited between the strip-shaped electrode 114 and the strip-shaped sheet electrode 118 and the yield is lowered.

さらに、メモリを消去する機構を形成するためには、リリース電極を形成するための一連の工程が必要となり、例えば、犠牲酸化膜１１５を除去する場合には、サイドエッチングによって除去する必要があり、除去に時間がかかったり、或いは、除去が不完全でカーボンナノチューブの動作空間が得られなくなるという問題点がある。 Furthermore, in order to form a mechanism for erasing the memory, a series of steps for forming the release electrode is required. For example, when removing the sacrificial oxide film 115, it is necessary to remove by side etching. There is a problem that it takes time for the removal, or the removal is incomplete and the operation space of the carbon nanotube cannot be obtained.

また、上述のスイッチあるいはメモリを多層構造で３次元化しようとした場合、下層のスイッチ或いはメモリの可動部分に層間絶縁膜が入り込んでカーボンナノチューブの自由な動きが妨げられてしまうため、多層化が非常に困難であるという問題がある。 In addition, when trying to make the above-mentioned switch or memory three-dimensional with a multi-layer structure, an interlayer insulating film enters the movable part of the lower layer switch or memory and the free movement of the carbon nanotubes is hindered. There is a problem that it is very difficult.

また、最終的には、可動部分を阻害しないような空洞を確保した特殊なパッケージが必要になるが、このようなパッケージは、価格がチップと同程度に高く、低価格化が困難であるという問題がある。
以上のように、カーボンナノチューブで形成されたスイッチ或いはメモリを実現するためには、上記問題点の克服と解決が必要であった。 Finally, a special package that secures a cavity that does not obstruct the moving parts is required, but such a package is as expensive as a chip, and it is difficult to reduce the price. There's a problem.
As described above, in order to realize a switch or memory formed of carbon nanotubes, it is necessary to overcome and solve the above problems.

したがって、本発明は、動作が確実で且つ生産性の高い工程により製造が可能な素子構造を実現することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize an element structure that can be manufactured through a process that is reliable in operation and high in productivity.

ここで、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
上記課題を解決するために、本発明は、垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイスにおいて、基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブに隣接して設けられるとともに、絶縁層／第１電極／絶縁層／第２電極／絶縁層からなり且つ前記第１電極及び第２電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している積層電極とを備えたことを特徴とする。 Here, means for solving the problems in the present invention will be described.
To solve the above Symbol object, the present invention is an electronic device using the vertically aligned carbon nanotubes, and carbon nanotubes oriented in the direction perpendicular to the main surface of the substrate, and provided adjacent to the carbon nanotube A laminated electrode comprising: insulating layer / first electrode / insulating layer / second electrode / insulating layer, and a surface of the first electrode and the second electrode facing the carbon nanotube is recessed from an end of the insulating layer characterized by comprising and.

このように、素子構造を横型ではなく縦型にし、基板１に垂直に生える垂直配向のカーボンナノチューブ２をそのまま電極間に設けることで、カーボンナノチューブ２の向きや形状が揃えられ、しかも１本のカーボンナノチューブ２で連続的に切れ目無く形成できるので、電気的な特性ばらつきを少なくすることができ、また繰り返し疲労に対しても十分な強度を得ることが可能になる。 In this way, by making the device structure vertical instead of horizontal, and by providing the vertically aligned carbon nanotubes 2 that grow perpendicular to the substrate 1 between the electrodes, the orientation and shape of the carbon nanotubes 2 can be made uniform, Since the carbon nanotubes 2 can be formed continuously and without breaks, variations in electrical characteristics can be reduced, and sufficient strength against repeated fatigue can be obtained.

また、カーボンナノチューブ２が曲がることなく真っ直ぐに成長する性質を利用することによって、ウエット処理を用いず可動空間の確保が可能になり、スティッキング問題やバンドル化の問題を回避することができる。 Further, by utilizing the property that the carbon nanotube 2 grows straight without bending, it becomes possible to secure a movable space without using a wet process, and the problem of sticking and bundling can be avoided.

また、アトラクタ電極或いはリリース電極となる第１電極４及び第２電極７を同時に形成できるので、一度の工程でアトラクタ電極とリリース電極を同時に形成でき、製造工程を簡単に且つ工程数を少なくすることができるので、低コスト化が可能になる。 In addition, since the first electrode 4 and the second electrode 7 serving as an attractor electrode or a release electrode can be formed at the same time, the attractor electrode and the release electrode can be formed at the same time in a single process, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the number of processes. Therefore, the cost can be reduced.

特に、積層電極を、絶縁層／第１電極／絶縁層／第２電極／絶縁層から構成するとともに、第１電極及び第２電極のカーボンナノチューブとの対向面を絶縁層の端部より後退させているので、カーボンナノチューブの局所的な屈曲を利用したスイッチを構成することができる。 In particular, the laminated electrode is composed of an insulating layer / first electrode / insulating layer / second electrode / insulating layer, and the opposed surfaces of the first electrode and the second electrode to the carbon nanotube are made to recede from the end of the insulating layer. since it is, it is possible to construct a switch utilizing a local bending of mosquitoes over carbon nanotubes.

また、第１電極をカーボンナノチューブを吸着して導通状態にする吸引電極、即ち、アトラクタ電極とし、第２電極をカーボンナノチューブを第１電極から引き離して非導通状態にする開放電極、即ち、リリース電極としても良いし、或いは、第１電極及び第２電極をカーボンナノチューブを吸着して導通状態にする吸引電極としても良いものであり、第１電極及び第２電極の機能を変えることによって、各種の異なった動作が可能になる。 Also, the first electrode is an attracting electrode that adsorbs carbon nanotubes, ie, an attractor electrode, and is an attractor electrode, and the second electrode is an open electrode that separates carbon nanotubes from the first electrode and is not conducting, ie, a release electrode Alternatively, the first electrode and the second electrode may be a suction electrode that adsorbs carbon nanotubes to make it conductive, and various functions can be achieved by changing the functions of the first electrode and the second electrode. Different actions are possible.

また、積層電極を絶縁層を介して３層以上の電極を積層し且つ電極のカーボンナノチューブとの対向面が絶縁層の端部より後退しているように構成しても良いものであり、それによって、垂直型のロータリースイッチを構成することができる。 Further, the laminated electrode may be configured such that three or more electrodes are laminated via an insulating layer, and the surface of the electrode facing the carbon nanotube is set back from the end of the insulating layer. Thus, a vertical rotary switch can be configured.

また、上述の積層電極は円周上に３個以上或いは３対以上配置しても良く、それによって、ロータリースイッチを構成することができ、或いは、多ビット化が可能になり、より集積度の向上が可能になると共に、ビット単価を下げることができる。 In addition, the above-mentioned laminated electrodes may be arranged in the circumference of three or more or three or more pairs, whereby a rotary switch can be configured, or a multi-bit can be realized, and the degree of integration can be increased. Improvements can be made and the bit unit price can be lowered.

また、上述の電子デバイスを構成するカーボンナノチューブは一本のカーボンナノチューブでも、カーボンナノチューブ束を構成しない複数本のカーボンナノチューブでも、或いは、カーボンナノチューブ束でも良く、用途に応じて適宜選択すれば良い。 The carbon nanotubes constituting the electronic device described above may be a single carbon nanotube, a plurality of carbon nanotubes that do not constitute a carbon nanotube bundle, or a carbon nanotube bundle, and may be appropriately selected depending on the application.

また、カーボンナノチューブは弾性を有しているので、カーボンナノチューブの基板と反対側の端面は固定しても、固定しなくとも良いものである。 In addition, since the carbon nanotube has elasticity, the end surface of the carbon nanotube opposite to the substrate may be fixed or may not be fixed.

また、カーボンナノチューブ上の空間はキャップ部材で閉鎖されていることが望ましく、これにより、特殊なパッケージを使用しなくても済み、低価格化が可能になる。
さらに、蓋をした後にメモリを何層にも積み重ねることができ、集積度を高めることもでき、ビット単価を下げることが可能になる。 In addition, it is desirable that the space on the carbon nanotube is closed with a cap member, which eliminates the need for using a special package, and enables cost reduction.
Furthermore, the memory can be stacked in layers after the lid is closed, the degree of integration can be increased, and the bit unit price can be lowered.

また、基板を半導体基板とし、カーボンナノチューブが半導体基板に形成されたドレイン領域に接触するドレイン電極上に垂直配向させることによって、従来の半導体メモリセルと同様な構成を有する不揮発性メモリを構成することが可能になる。 In addition, a nonvolatile memory having a configuration similar to that of a conventional semiconductor memory cell is configured by using a substrate as a semiconductor substrate and vertically aligning carbon nanotubes on a drain electrode that contacts a drain region formed on the semiconductor substrate. Is possible.

本発明では、
（１）カーボンナノチューブの向きを揃え、１本の連続したカーボンナノチューブで可動部を構成できるので、電気特性が安定し、
繰り返し疲労にも強くでき、歩留まりの向上と信頼性の向上を達成できる。
（２）可動空間の形成をウエット処理に頼らずに行えるので、歩留まりの向上をはかることができる。
（３）可動空間を保持したまま、密閉構造を作ることができるので、多層高密度配置が可能になり、パッケージ自体の省略や既存の安価のパッケージが利用できる等、集積度の向上や低価格化に有利になる。
（４）多値論理記録が可能になり、集積度の向上が可能になる。 In the present invention,
(1) The orientation of the carbon nanotubes is aligned, and the movable part can be composed of one continuous carbon nanotube, so that the electrical characteristics are stable,
It can withstand repeated fatigue and can improve yield and reliability.
(2) Since the movable space can be formed without relying on wet processing, the yield can be improved.
(3) Since the sealed structure can be made while maintaining the movable space, it is possible to arrange multiple layers at a high density, and the degree of integration is improved and the price is low, such as omission of the package itself and the use of an existing inexpensive package. It becomes advantageous for the conversion.
(4) Multi-level logical recording becomes possible, and the degree of integration can be improved.

また、本発明の電子デバイスは、ナノサイズの非常に微細な機械的スイッチを構成するものであるので、オフ時の電気抵抗を実効的に無限大としてリーク電流を極端に低減することができるとともに、オン時にはカーボンナノチューブの低抵抗性を利用して大電流を流すことが可能になるので、パワートランジスタとの置き換えも可能になる。 In addition, since the electronic device of the present invention constitutes a nano-sized very fine mechanical switch, the electrical resistance when turned off can be effectively made infinite and the leakage current can be extremely reduced. Since it is possible to flow a large current by utilizing the low resistance of the carbon nanotubes when turned on, it is possible to replace with a power transistor.

本発明は、アトラクタ電極或いはリリース電極となる第１電極及び第２電極を、絶縁層／第１電極／絶縁層／第２電極／絶縁層からなり且つ前記第１電極及び第２電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している積層電極として構成するか、或いは、絶縁層を介して３層以上の電極を積層し且つ前記電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している少なくとも一対の積層電極として構成し、互いに対向する積層電極の間において基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブ成長させて、カーボンナノチューブとアトラクタ電極との接触状態でスイッチング動作或いはメモリ動作を行うものである。 In the present invention, the first electrode and the second electrode, which are attractor electrodes or release electrodes, are composed of insulating layer / first electrode / insulating layer / second electrode / insulating layer, and the carbon of the first electrode and the second electrode. The surface facing the nanotube is configured as a laminated electrode that is recessed from the end of the insulating layer, or three or more electrodes are stacked via the insulating layer, and the surface facing the carbon nanotube of the electrode There the insulating layer end and at least a pair of laminated electrodes are recessed constructed from the, by the carbon nanotube growth oriented in a direction perpendicular to the main surface of the substrate between the laminated electrodes facing each other, the carbon A switching operation or a memory operation is performed in a contact state between the nanotube and the attractor electrode.

なお、スイッチとメモリは、本来同じものであり、見方を変えるとスイッチともメモリとも言えるものである。
例えば、スイッチはＯＮとＯＦＦの状態を作るものであり、スイッチのＯＮを１に、スイッチのＯＦＦを０に対応させれば、メモリとしても扱える。 The switch and the memory are essentially the same, and can be said to be a switch and a memory from a different perspective.
For example, the switch creates ON and OFF states, and can be handled as a memory if the switch is set to 1 and the switch is set to 0.

勿論、製品仕様とするためにはワード線とビット線のマトリックスを設け、その交点にこれらのスイッチを配置することが必要になり、また、この交点には、トランスファーゲート（セルトランジスタ）やダイオードが必要となり、さらに、当然、周辺回路も必要になるが、ひとつひとつのセルの記憶領域に限って見ると、スイッチはメモリと見ても良い訳である。 Of course, in order to achieve product specifications, it is necessary to provide a matrix of word lines and bit lines, and to place these switches at the intersections, and at these intersections there are transfer gates (cell transistors) and diodes. Necessary, and of course, a peripheral circuit is also necessary, but when viewed only in the storage area of each cell, the switch may be regarded as a memory.

次に、記憶部分が微細なスイッチで構成されるとして、「揮発メモリ」と「不揮発メモリ」の違いを説明すると、両者の違いは、カーボンナノチューブの復元力とカーボンナノチューブと電極間に働くファンデルファールス力の大小関係で決まるものである。 Next, assuming that the memory part is composed of fine switches, the difference between “volatile memory” and “nonvolatile memory” will be explained. The difference between the two is the resilience of carbon nanotubes and the van der working between carbon nanotubes and electrodes. It is determined by the magnitude relationship of the Fars force.

即ち、カーボンナノチューブの復元力がファンデルワールス力に勝っているなら、電圧を切った後、カーボンナノチューブは、自らの復元力で電極から離れるので揮発性メモリとなり、一方、カーボンナノチューブの復元力がファンデルワールス力に劣るなら、電圧を切った後もカーボンナノチューブはファンデルワールス力により電極から離れられず、不揮発性メモリとなる。 In other words, if the restoring force of the carbon nanotubes is superior to the van der Waals force, after turning off the voltage, the carbon nanotubes are separated from the electrode by their own restoring force and become a volatile memory, whereas the restoring force of the carbon nanotubes If the van der Waals force is inferior, the carbon nanotube is not separated from the electrode by the van der Waals force even after the voltage is turned off, and becomes a non-volatile memory.

この、ファンデルワールス力は、カーボンナノチューブと接する部分の材質や、接触面積によるので、材料やこれら面積を変えることで適宜調整が可能であり、また、カーボンナノチューブの復元力も、カーボンナノチューブの長さ（支点から接触部分までの長さ）や、カーボンナノチューブの太さ（触媒の種類や触媒のサイズに依存）、カーボンナノチューブの層数やカイラリティー（グラファイトシートの巻き方）等を変えることによって適宜調整することができる。 This van der Waals force depends on the material of the part in contact with the carbon nanotubes and the contact area, so it can be adjusted appropriately by changing the material and these areas, and the restoring force of the carbon nanotubes is also the length of the carbon nanotubes. (Length from fulcrum to contact part), carbon nanotube thickness (depending on catalyst type and catalyst size), number of carbon nanotube layers and chirality (graphite sheet winding), etc. Can be adjusted.

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施例１のカーボンナノチューブデバイスを説明する。
図１参照
まず、上図に示すように、シリコン基板１１上にスパッタ法によりＴｉＮからなる下部電極１２を形成したのち、スパッタ法或いはＣＶＤ法を用いて厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ_２膜３４、厚さが、例えば、１００ｎｍのＡｌからなる導電体膜、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ_２膜３６、厚さが、例えば、１００ｎｍのＡｌからなる導電体膜、及び、厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ_２膜３８を順次堆積させる。 Here, with reference to FIG.1 and FIG.2, the carbon nanotube device of Example 1 of this invention is demonstrated.
Refer to FIG. 1. First, as shown in the upper figure, after a lower electrode 12 made of TiN is formed on a silicon substrate 11 by sputtering, an SiO ₂ film having a thickness of, for example, 300 nm using sputtering or CVD. 34, a conductor film made of Al with a thickness of 100 nm, for example, a SiO ₂ film 36 with a thickness of 300 nm, a conductor film with a thickness of, for example, 100 nm, and a thickness of 300 nm, for example. The SiO ₂ films 38 are sequentially deposited.

次いで、ドライエッチングを施すことによって、幅が０．２μｍの可動空間３９を形成するとともに、ＳｉＯ_２膜３８／アトラクタ電極５０／ＳｉＯ_２膜３６／アトラクタ電極４９／ＳｉＯ_２膜３４からなる積層電極４７と、ＳｉＯ_２膜３８／リリース電極５２／ＳｉＯ_２膜３６／リリース電極５１／ＳｉＯ_２膜３４からなる積層電極４８とを形成する。 Next, dry etching is performed to form a movable space 39 having a width of 0.2 μm, and a laminated electrode 47 composed of SiO ₂ film 38 / attractor electrode 50 / SiO ₂ film 36 / attractor electrode 49 / SiO ₂ film 34. Then, a laminated electrode 48 composed of the SiO ₂ film 38 / release electrode 52 / SiO ₂ film 36 / release electrode 51 / SiO ₂ film 34 is formed.

次いで、選択エッチングを行なうことによって、アトラクタ電極４９，５０及びリリース電極５１，５２の露出端面をサイドエッチングすることによって凹部５３〜５６を形成する。 Next, by performing selective etching, the exposed end surfaces of the attractor electrodes 49 and 50 and the release electrodes 51 and 52 are side-etched to form the recesses 53 to 56.

次いで、マスク蒸着法を用いてＣｏ膜を可動空間３９から露出した下部電極１２上のみに選択的に堆積させて触媒層１３とする。 Next, a Co film is selectively deposited only on the lower electrode 12 exposed from the movable space 39 using a mask vapor deposition method to form the catalyst layer 13.

次いで、Ｃ_２Ｈ_２ガスを用いたＣＶＤ法によって触媒層１３を成長起点としてカーボンナノチューブ束５７を成長させることによって、カーボンナノチューブデバイスの基本構成が完成する。 Next, the basic structure of the carbon nanotube device is completed by growing the carbon nanotube bundle 57 using the catalyst layer 13 as a growth starting point by the CVD method using C ₂ H ₂ gas.

この場合、カーボンナノチューブ束５７を構成する各カーボンナノチューブは基板に対し垂直に成長するので、アトラクタ電極４９，５０及びリリース電極５１，５２の端面に形成された凹部５３〜５６には入り込めず成長段階でアトラクタ電極４９，５０或いはリリース電極５１，５２と付着することがないので、スイッチ動作の信頼性は格段に向上するとともに、カーボンナノチューブ５８〜６０が密に生えてカーボンナノチューブ束となった場合には凹部５３〜５６が唯一の可動空間となるので動作自由度が向上する。 In this case, since the carbon nanotubes constituting the carbon nanotube bundle 57 grow perpendicular to the substrate, the carbon nanotube bundles 57 cannot grow into the recesses 53 to 56 formed on the end faces of the attractor electrodes 49 and 50 and the release electrodes 51 and 52. Since it does not adhere to the attractor electrodes 49 and 50 or the release electrodes 51 and 52 at the stage, the reliability of the switch operation is remarkably improved, and the carbon nanotubes 58 to 60 grow densely to form a carbon nanotube bundle. Since the concave portions 53 to 56 are the only movable spaces, the degree of freedom of operation is improved.

図１の下図は、等価回路図であり、２つのスイッチが並列接続された構造となる。 The lower diagram of FIG. 1 is an equivalent circuit diagram in which two switches are connected in parallel.

図２参照
図２は、本発明の実施例１のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図であり、ここではカーボンナノチューブ束５７の動作が理解しやすいように３本のカーボンナノチューブ５８〜６０で代表させて示している。
なお、ここでは、触媒層は図示を省略する。 See Figure 2 Figure 2 is an explanatory view of the operation of the carbon nanotube device of Example 1 of the present invention, where a representative carbon nanotube 58 to 60 operation is likely as three understanding of the carbon nanotube bundles 57 It shows.
Here, the illustration of the catalyst layer is omitted.

この場合、アトラクタ電極５０とカーボンナノチューブ５８〜６０の間に電圧を掛けると、両者の間に静電気力が働き、特に、アトラクタ電極５０近傍のカーボンナノチューブ５８は、凹部５４に引き込まれるように入り込み、アトラクタ電極５０に付着する。 In this case, when a voltage is applied between the attractor electrode 50 and the carbon nanotubes 58 to 60, an electrostatic force acts between the attractor electrode 50 and the carbon nanotube 58 in the vicinity of the attractor electrode 50. It adheres to the attractor electrode 50.

一方、解除する場合には、アトラクタ電極５０とカーボンナノチューブ５８〜６０の間の電圧を一旦ゼロにした後、カーボンナノチューブ５８〜６０とリリース電極５２との間に電圧を印加すると、リリース電極５２からの電界は、まず近傍のカーボンナノチューブ６０に力を及ぼし、アトラクタ電極５０近傍のカーボンナノチューブ５８近傍のカーボンナノチューブ５８へも力を及ぼし、アトラクタ電極５０からカーボンナノチューブ５８を引き離すことによって、スイッチの解除がなされる。 On the other hand, when canceling the voltage, once the voltage between the attractor electrode 50 and the carbon nanotubes 58 to 60 is made zero, and then a voltage is applied between the carbon nanotubes 58 to 60 and the release electrode 52, the release electrode 52 The first electric field exerts a force on the carbon nanotube 60 in the vicinity and also exerts a force on the carbon nanotube 58 in the vicinity of the carbon nanotube 58 in the vicinity of the attractor electrode 50, and the switch is released by pulling the carbon nanotube 58 away from the attractor electrode 50. Made.

なお、同様に下の左右２つの電極間にもスイッチが構成され、上段のスイッチと同じ動作を行なう。
この場合、可動空間３９の幅が広く、カーボンナノチューブ束５７を構成するカーボンナノチューブの数が多い場合は、１方の電極から他方の電極に及ぼす電界の力が弱まるので、電圧を高くしなければならないので、可動空間３９の幅は狭い方が望ましい。 Similarly, a switch is formed between the lower left and right electrodes, and performs the same operation as the upper switch.
In this case, when the width of the movable space 39 is wide and the number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube bundle 57 is large, the force of the electric field exerted from one electrode to the other electrode is weakened. Therefore, it is desirable that the width of the movable space 39 is narrow.

次に、図３及び図４を参照して、本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、リリース電極を下側に、アトラクタ電極を上側にしただけで実質的構成は上記の実施例１と同様であるが、この場合には、アトラクタ電極及びリリース電極の端部に形成した凹部のみが実質的な可動空間となる。
なお、触媒層を図示を省略する。
図３参照
図３の上図は本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、また、下図はその等価回路図である。
この場合には、リリース電極６３，６５を下側に、アトラクタ電極６４，６６を上側にしたものであり、各積層電極６１，６２自体で独立のスイッチ或いはメモリを構成するものである。
なお、メモリの詳細な構成は別途後述する。 Next, the carbon nanotube device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The carbon nanotube device according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the above-described embodiment just by setting the release electrode on the lower side and the attractor electrode on the upper side. Although it is the same as that of Example 1 , in this case, only the recessed part formed in the edge part of an attractor electrode and a release electrode becomes a substantial movable space.
The catalyst layer is not shown.
The upper part of FIG. 3 reference figures 3 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 2 of the present invention, also shown below is an equivalent circuit diagram.
In this case, the release electrodes 63 and 65 are on the lower side and the attractor electrodes 64 and 66 are on the upper side, and each laminated electrode 61 and 62 itself constitutes an independent switch or memory.
The detailed configuration of the memory will be described later separately.

図３の下図に等価回路図を示すように、下部電極１２を共通電極として、並列接続された４つのスイッチを構成することができる。
メモリとして考えるならば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つの状態を記憶できるので、２ビット（００，０１，１０，１１）の多値記憶が可能になるので、従来の２倍の記録密度を達成することができる。 As shown in an equivalent circuit diagram in the lower diagram of FIG. 3 , four switches connected in parallel can be configured with the lower electrode 12 as a common electrode.
If considered as a memory, four states of A, B, C, and D can be stored, so that multi-value storage of 2 bits (00, 01, 10, 11) is possible, so that the recording density is double that of the conventional case. Can be achieved.

図４参照
図４は、本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図であり、ここでは、動作を理解しやすくするためにカーボンナノチューブ束５７の内の一本のカーボンナノチューブ５８の動作のみを示している。
なお、実際にはカーボンナノチューブ束５７の動作であるので、アトラクタ電極及びリリース電極の端部に形成した凹部５３〜５６のみが実質的な可動空間となる。 See Figure 4. Figure 4 is an explanatory view of the operation of the carbon nanotube device of Example 2 of the present invention, where, in order to facilitate the understanding of the operation of one carbon nanotube 58 of the carbon nanotube bundles 57 Only the operation is shown.
Since the operation of the carbon nanotube bundle 57 is actually performed, only the concave portions 53 to 56 formed at the end portions of the attractor electrode and the release electrode become a substantial movable space.

図に示すように、アトラクタ電極６４に電圧を印加することによって形成されたカーボンナノチューブ５８の曲がりは、リリース電極６３に電圧を印加することによって形成されるカーボンナノチューブ５８の曲がりによりリセットされ、逆に、リリース電極６３に電圧を印加することによって形成されたカーボンナノチューブ５８の曲がりは、アトラクタ電極６４に電圧を印加することによって形成されるカーボンナノチューブ５８の曲がりによりリセットされる。 As shown in the figure, the bending of the carbon nanotube 58 formed by applying a voltage to the attractor electrode 64 is reset by the bending of the carbon nanotube 58 formed by applying a voltage to the release electrode 63, and conversely The bending of the carbon nanotube 58 formed by applying a voltage to the release electrode 63 is reset by the bending of the carbon nanotube 58 formed by applying a voltage to the attractor electrode 64.

このように、本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスにおいては、同一積層電極を構成する電極同士で、書き込みと消去を行なうことが可能になる。
これはカーボンナノチューブに許容されているゆとり（屈曲）が、一つ分の屈曲しかないことに起因しており、１つ分の屈曲は許容できるが、２つ分の屈曲は許容できないように、カーボンナノチューブの長さ、凹部５３〜５６の深さ、凹部５３〜５６の高さ、即ち、リリース電極６３，６５及びアトラクタ電極６４，６６の厚さ、カーボンナノチューブの太さ等を調整しておくことで可能になる。 Thus, in the carbon nanotube device of Example 2 of the present invention, writing and erasing can be performed between electrodes constituting the same laminated electrode.
This is because the allowance (bending) allowed for the carbon nanotube is only one bend, so that one bend is acceptable, but two bends are not acceptable. The length of the carbon nanotube, the depth of the recesses 53 to 56, and the height of the recesses 53 to 56, that is, the thickness of the release electrodes 63 and 65 and the attractor electrodes 64 and 66, the thickness of the carbon nanotube, and the like are adjusted. This is possible.

なお、この様な動作はカーボンナノチューブ５８がＳｉＯ_２膜３４，３６，３８の端部に付着・固定していては実現できないが、カーボンナノチューブ５８はＳｉＯ_２膜３４，３６，３８の近傍を垂直方向に成長していくので、ＳｉＯ_２膜３４，３６，３８の端部に付着することはない。 Such an operation cannot be realized if the carbon nanotubes 58 are attached and fixed to the ends of the SiO ₂ films 34, 36, 38, but the carbon nanotubes 58 are perpendicular to the vicinity of the SiO ₂ films 34, 36, 38. Since it grows in the direction, it does not adhere to the ends of the SiO ₂ films 34, 36, 38.

また、実際のカーボンナノチューブ束５７の動きとしては、カーボンナノチューブ束５７全体が動くものではなく、各電極の近傍に位置するカーボンナノチューブ５８のみが動くだけであるので、上述のように、２つの積層電極６１，６２おいて独立に動くスイッチを構成する。 In addition, as the actual movement of the carbon nanotube bundle 57, the entire carbon nanotube bundle 57 does not move, but only the carbon nanotube 58 located in the vicinity of each electrode moves. The electrodes 61 and 62 constitute a switch that moves independently.

このように、本発明の実施例２においては、開口部内にカーボンナノチューブが林立していても、凹部近傍のカーボンナノチューブだけが動けば良いので、開口部のサイズを自由に設定することができる。 Thus, in Example 2 of the present invention, even if carbon nanotubes stand in the opening, only the carbon nanotubes near the recess need to move, so the size of the opening can be freely set.

また、凹部近傍のカーボンナノチューブのみを動作させているので、対向する積層電極側からの電界を及ぼす必要がないので、低電圧動作が可能になる。
また、２つの積層電極６１，６２によって独立に動く２個のスイッチあるいはメモリを構成しているので、集積度を２倍にすることができる。 Further, since only the carbon nanotubes in the vicinity of the recesses are operated, it is not necessary to apply an electric field from the opposite laminated electrode side, so that low voltage operation is possible.
In addition, since two switches or memories that move independently by the two stacked electrodes 61 and 62 are configured, the degree of integration can be doubled.

次に、図５を参照して、本発明の実施例３のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、上述の実施例２のカーボンナノチューブデバイスにキャップを設けただけであるので概念的構成図のみを示す。 Next, the carbon nanotube device of Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 5 , but only a cap is provided on the carbon nanotube device of Example 2 described above, so only a conceptual configuration diagram is shown. .

図５参照
図５は、本発明の実施例３のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、積層電極６１，６２及びカーボンナノチューブ束５７の頂部を覆うようにキャップ層６７を設けたものであり、カーボンナノチューブ束５７はカーボンナノチューブが密集して生えているので、カーボンナノチューブ１本１本の隙間の奥深くまでキャップ層６７が入り込んで成長できず、図示したように、カーボンナノチューブ束５７の頂部にだけキャップ層６７が設けられた状態となる。
この場合のキャップ層６７は絶縁体でも導電体でも良く、導電体で構成する場合には、下部電極１２と同じ電極としての機能を持たせても良い。 See Figure 5. Figure 5 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 3 of the present invention, which cap layer 67 is provided so as to cover the top of the stacked electrodes 61 and 62 and the carbon nanotube bundles 57 Since the carbon nanotube bundles 57 are densely grown, the cap layer 67 cannot enter and grow deep into the gap between the carbon nanotubes one by one. Only the cap layer 67 is provided.
In this case, the cap layer 67 may be an insulator or a conductor. When the cap layer 67 is composed of a conductor, the cap layer 67 may have the same function as the lower electrode 12.

この実施例３のカーボンナノチューブデバイスの基本的動作は上記の実施例２と全く同様であるが、この実施例３においては、１つ１つのスイッチは可動空間を保有した小さな言わばパッケージに格納された状態になる。 The basic operation of the carbon nanotube device of Example 3 is exactly the same as that of Example 2 described above, but in this Example 3 , each switch is housed in a small package having a movable space. It becomes a state.

このパッケージは、凹部５３〜５６の微小空間が閉じることなく維持されるばかりでなく、カーボンナノチューブ束５７の長手方向の動きを阻害することもないので、スイッチやメモリを何層にも重ねて形成することができ、３次元的に集積度を向上することができる。 In this package, not only the minute spaces of the recesses 53 to 56 are maintained without being closed, but also the movement of the carbon nanotube bundle 57 in the longitudinal direction is not hindered. And the degree of integration can be improved three-dimensionally.

また、キャップ層６７を設けることによって、パッケージを必要としないか或いは汎用のパッケージで済ますことができるため、大幅なコスト低減が可能になる。 Further, by providing the cap layer 67, a package is not required or a general-purpose package can be used, so that a significant cost reduction can be achieved.

次に、図６を参照して、本発明の実施例４のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、積層数を多くしただけで実質的構成は上記の実施例１のカーボンナノチューブデバイスと同様であるので、概念的構成図及び等価回路図のみを示す。 Next, with reference to FIG. 6 , the carbon nanotube device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. However, the substantial configuration is the same as the carbon nanotube device according to the first embodiment just by increasing the number of stacked layers. Only a conceptual configuration diagram and an equivalent circuit diagram are shown.

図６参照
図６の左図は本発明の実施例４のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、また、右図はその等価回路図である。
図に示すように、ここでは８層の電極を設けており、左右両側の積層電極６８，６９が１対となって１つのスイッチを構成する。 Left side of FIG. 6 reference 6 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 4 of the present invention, also, the right view is an equivalent circuit diagram.
As shown in the figure, eight layers of electrodes are provided here, and the laminated electrodes 68 and 69 on both the left and right sides form a pair to constitute one switch.

また、図６の右図の等価回路図に示すように、ＳｉＯ_２膜７０を介して多層の電極７１，７２を設けることによって、メモリ容量を積層数に応じて格段に増加することができ、８層の場合にはＡ〜Ｈの８つの状態を実現することができる。 In addition, as shown in the equivalent circuit diagram on the right side of FIG. 6 , by providing the multilayer electrodes 71 and 72 via the SiO ₂ film 70, the memory capacity can be significantly increased according to the number of layers, In the case of eight layers, eight states A to H can be realized.

次に、図７を参照して、本発明の実施例５のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、積層数を多くしただけで実質的構成は上記の実施例２のカーボンナノチューブデバイスと同様であるので、概念的構成図及び等価回路図のみを示す。 Next, with reference to FIG. 7 , the carbon nanotube device of Example 5 of the present invention will be described. However, the substantial configuration is the same as the carbon nanotube device of Example 2 just by increasing the number of stacked layers. Only a conceptual configuration diagram and an equivalent circuit diagram are shown.

図７参照
図７の左図は本発明の実施例５のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、また、右図はその等価回路図である。
図に示すように、ここでは８層の電極を設けており、左右両側の積層電極６８，６９が独立に２つのスイッチを構成する。 Left side of FIG. 7 reference 7 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 5 of the present invention, also, the right view is an equivalent circuit diagram.
As shown in the figure, eight layers of electrodes are provided here, and the laminated electrodes 68 and 69 on both the left and right sides independently constitute two switches.

また、図７の右図の等価回路図に示すように、ＳｉＯ_２膜７０を介して多層の電極７１，７２を設けることによって、メモリ容量を積層数に応じて格段に増加することができるとともに、左右の積層電極６８，６９が独立に２つのスイッチを構成するので、８層の場合にはＡ〜Ｐの１６の状態を実現することができる。 In addition, as shown in the equivalent circuit diagram on the right side of FIG. 7 , by providing the multilayer electrodes 71 and 72 via the SiO ₂ film 70, the memory capacity can be remarkably increased according to the number of stacked layers. Since the left and right laminated electrodes 68 and 69 independently constitute two switches, 16 states A to P can be realized in the case of eight layers.

次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例６のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、動作が異なるだけで実質的構成は上記の実施例１のカーボンナノチューブデバイスと同様であるので、構成及び動作のみを示す。 Next, a carbon nanotube device according to Example 6 of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 , but the structure is substantially the same as that of the carbon nanotube device according to Example 1 except for the operation. Therefore, only the configuration and operation are shown.

図８参照
図８の上図は本発明の実施例６のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、また、下図はその等価回路図である。
図に示すように、一本のカーボンナノチューブ５８によってＡ〜Ｄの４つの状態を実現するロータリースイッチを構成することになる。 The upper part of FIG. 8 see Figure 8 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 6 of the present invention, also shown below is an equivalent circuit diagram.
As shown in the figure, a single carbon nanotube 58 constitutes a rotary switch that realizes four states A to D.

図９参照
図９は、本発明の実施例６のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図であり、下部電極１２に一方の極性の電圧を印加した状態で電極７１，７２の内のいずれかに他方の極性の電圧を印加することによって、カーボンナノチューブ５８は電圧が印加された電極７１，７２のいずれかに吸引されて付着することによってスイッチング動作を行なうが、一つの電極にしか接続できないのでロータリースイッチを構成する。 9. FIG. 9 is an explanatory view of the operation of the carbon nanotube device of Example 6 of the present invention. In the state in which the voltage of one polarity is applied to the lower electrode 12, the other of the electrodes 71 and 72 is on the other side. rotary switch by applying a polarity of the voltage, since the carbon nanotubes 58 performs the switching operation by attaching is attracted to one of the electrodes 71 and 72 to which a voltage is applied, can only connect to one electrode of the Configure.

次に、図１０を参照して、本発明の実施例７のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、積層数が異なるだけで実質的構成は上記の実施例６のカーボンナノチューブデバイスと同様であるので、概念的構成図及び等価回路図のみを示す。 Next, the carbon nanotube device of Example 7 of the present invention will be described with reference to FIG. 10. However, since the substantial structure is the same as that of the carbon nanotube device of Example 6 described above except that the number of stacked layers is different, Only a conceptual configuration diagram and an equivalent circuit diagram are shown.

図１０参照
図１０の上図は本発明の実施例７のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図であり、また、下図はその等価回路図である。
図に示すように、電極７１，７２の積層数を８層としているので、一本のカーボンナノチューブ５８によってＡ〜Ｐの１６の状態を実現するロータリースイッチを構成することになる。 The upper part of FIG. 10 reference figures 10 is a conceptual configuration diagram of a carbon nanotube device of Example 7 of the present invention, also shown below is an equivalent circuit diagram.
As shown in the figure, since the number of stacked electrodes 71 and 72 is eight, a single carbon nanotube 58 constitutes a rotary switch that realizes 16 states A to P.

次に、図１１を参照して、本発明の実施例８のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、各積層電極の構成は上記の各実施例のいずれかと同様であるが、カーボンナノチューブを中心にして３個以上の積層電極を円周上に配置したものである。 Next, a carbon nanotube device of Example 8 of the present invention will be described with reference to FIG. 11. The structure of each stacked electrode is the same as that of any of the above examples, but the carbon nanotube is the center. Three or more laminated electrodes are arranged on the circumference.

図１１参照
図１１は、本発明の実施例８のカーボンナノチューブデバイスの概念的平面図であり、上図は開口部７３の中央部に設けた細いカーボンナノチューブ束７４を中心にして４個の積層電極７５を円周上に配置した場合を示し、下部は６個の積層電極７５を配置した場合を示している。 Figure 11 Referring to FIG. 11 is a schematic plan view of a carbon nanotube device of Example 8 of the present invention, the above figure is a thin carbon nanotube bundles 74 provided at the center portion in the center of four stacked openings 73 The case where the electrode 75 is arrange | positioned on the periphery is shown, and the lower part has shown the case where the six laminated electrodes 75 are arrange | positioned.

この場合、各積層電極７５とカーボンナノチューブ束７４との間に印加する電圧を低くすれば屈曲せずに撓む動作を行い、電圧を高くすれば上記の実施例１或いは実施例６と同様の動作を行なうことになる。 In this case, if the voltage applied between each laminated electrode 75 and the carbon nanotube bundle 74 is lowered, the bending operation is performed without bending , and if the voltage is increased, the same operation as in the first or sixth embodiment is performed. The operation will be performed.

この本発明の実施例８においては、一本のカーボンナノチューブ束を中心にして３個以上の積層電極７５を配置しているので、実現できる状態数を配置する積層電極７５の数に応じて増大することができる。
なお、配置する積層電極７５の数が奇数の場合には、上記の実施例２と同様に各積層電極７５が単独のスイッチを構成することになる。 In the eighth embodiment of the present invention, since three or more laminated electrodes 75 are arranged around a single carbon nanotube bundle, the number of states that can be realized increases according to the number of laminated electrodes 75 arranged. can do.
When the number of laminated electrodes 75 to be arranged is an odd number, each laminated electrode 75 constitutes a single switch as in the second embodiment.

次に、図１２を参照して、本発明の実施例９のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、基本的構成は上記の実施例８と同様であるが、カーボンナノチューブ束が開口部を満たすようにしたものである。 Next, the carbon nanotube device of Example 9 of the present invention will be described with reference to FIG. 12. The basic configuration is the same as that of Example 8 , but the carbon nanotube bundle fills the opening. It is a thing.

図１２参照
図１２は、本発明の実施例９のカーボンナノチューブデバイスの概念的平面図であり、上図は開口部７３を満たすカーボンナノチューブ束７６を中心にして４個の積層電極７５を円周上に配置した場合を示し、下部は６個の積層電極を配置した場合を示している。 See FIG. 12
FIG. 12 is a conceptual plan view of the carbon nanotube device according to the ninth embodiment of the present invention, and the upper figure has four stacked electrodes 75 arranged on the circumference around the carbon nanotube bundle 76 filling the opening 73. The lower part shows a case where six laminated electrodes are arranged.

この場合も、各積層電極７５とカーボンナノチューブ束７６との間に印加する電圧を低くすれば屈曲せずに撓む動作を行い、電圧を高くすれば上記の実施例１或いは実施例６と同様の動作を行なうことになる。 Also in this case, if the voltage applied between each laminated electrode 75 and the carbon nanotube bundle 76 is lowered , an operation of bending without bending is performed, and if the voltage is increased, the same operation as in the first or sixth embodiment is performed. Will be performed.

この本発明の実施例９においては、カーボンナノチューブ束７６を中心にして３個以上の積層電極７５を配置しているので、実現できる状態数を配置する積層電極７５の数に応じて増大することができる。
なお、配置する積層電極７５の数が奇数の場合には、上記の実施例２と同様に各積層電極７５が単独のスイッチを構成することになる。 In the ninth embodiment of the present invention, since three or more laminated electrodes 75 are arranged around the carbon nanotube bundle 76, the number of states that can be realized increases according to the number of laminated electrodes 75 arranged. Can do.
When the number of laminated electrodes 75 to be arranged is an odd number, each laminated electrode 75 constitutes a single switch as in the second embodiment.

次に、図１３を参照して、本発明の実施例１０のカーボンナノチューブデバイスを説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同様であるが、スイッチ電極を構成するカーボンナノチューブと同時にカーボンナノチューブプラグを同時に成長させるものである。 Next, a carbon nanotube device of Example 10 of the present invention will be described with reference to FIG. 13. Although the basic configuration is the same as that of Example 1 , the carbon nanotubes constituting the switch electrode and carbon Nanotube plugs are grown simultaneously.

図１３参照
まず、シリコン基板８１上にゲート絶縁膜８２を介してゲート電極８３を設けたのち、ソース領域８４及びドレイン領域８５を形成し、次いで、ソース領域８４、ドレイン領域８５及びゲート電極８３の表面にＣｏシリサイド電極８６を形成したのち、全面に層間絶縁膜８７を形成する。 See FIG. 13
First, a gate electrode 83 is provided on a silicon substrate 81 via a gate insulating film 82, a source region 84 and a drain region 85 are formed, and then a Co region is formed on the surfaces of the source region 84, the drain region 85, and the gate electrode 83. After the silicide electrode 86 is formed, an interlayer insulating film 87 is formed on the entire surface.

次いで、ＭＯＳＦＥＴ領域を覆うようにリフトオフ用のレジストパターン（図示を省略）を形成したのち、スパッタ法を用いてＴｉＮからなる下部電極１２、ＳｉＯ_２膜３４、Ａｌからなる導電体膜３５、ＳｉＯ_２膜３６、Ａｌからなる導電体膜３７、及び、ＳｉＯ_２膜３８を順次堆積させる。 Then, Chi was to form a resist pattern for lift-off so as to cover the MOSFET region (not shown), the lower electrode 12, SiO ₂ film 34, conductive film 35 made of Al formed of TiN by using a spatter method, A SiO ₂ film 36, a conductor film 37 made of Al, and a SiO ₂ film 38 are sequentially deposited.

次いで、レジストパターンを除去したのち、ドライエッチングを施すことによって、可動空間３９を形成するとともに、ＳｉＯ_２膜３８／アトラクタ電極４２／ＳｉＯ_２膜３６／リリース電極４３／ＳｉＯ_２膜３４からなる一対の積層電極４０，４１を形成する。
なお、このドライエッチング工程において、ＭＯＳＦＥＴのＣｏシリサイド電極８６に対するビアホール８８を形成する。 Next, after removing the resist pattern, dry etching is performed to form a movable space 39 and a pair of SiO ₂ film 38 / attractor electrode 42 / SiO ₂ film 36 / release electrode 43 / SiO ₂ film 34. The stacked electrodes 40 and 41 are formed.
In this dry etching process, a via hole 88 for the Co silicide electrode 86 of the MOSFET is formed.

次いで、サイドエッチングを行なうことによってアトラクタ電極４２及びリリース電極の露出端部を選択的に除去して凹部を形成したのち、可動空間３９に露出する下部電極１２上及びＣｏシリサイド電極８６上に選択的に触媒微粒子（図示を省略）を散布し、次いで、Ｃ_２Ｈ_２ガスを用いたＣＶＤ法によってカーボンナノチューブ束５７とカーボンナノチューブ束プラグ８９を同時に成長させることによって、カーボンナノチューブデバイスの基本構成が完成する。 Next, by performing side etching to selectively remove the exposed end portions of the attractor electrode 42 and the release electrode to form a recess, it is selectively formed on the lower electrode 12 and the Co silicide electrode 86 exposed in the movable space 39. The basic structure of the carbon nanotube device is completed by spraying catalyst fine particles (not shown) on the substrate and then simultaneously growing the carbon nanotube bundle 57 and the carbon nanotube bundle plug 89 by the CVD method using C ₂ H ₂ gas. To do.

このように、カーボンナノチューブデバイスを半導体集積回路装置に集積化する場合に、カーボンナノチューブデバイス駆動用のトランジスタを始めとするＭＯＳＦＥＴに対するプラグの少なくとも一部をカーボンナノチューブデバイスを構成するカーボンナノチューブ束と同時に形成することができる。 In this way, when integrating carbon nanotube devices in a semiconductor integrated circuit device, at least a part of plugs for MOSFETs, including transistors for driving carbon nanotube devices, are formed at the same time as a bundle of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube device. can do.

次に、図１４を参照して、本発明の実施例１１のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリを説明する。
図１４参照
図１４の上図は、本発明の実施例１１のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの概念的斜視図であり、また、下図はその等価回路図である。 Next, with reference to FIG. 14, the nonvolatile memory will be described using a carbon nanotube device of Example 11 of the present invention.
See FIG. 14
The upper diagram of FIG. 14 is a conceptual perspective view of a nonvolatile memory using the carbon nanotube device of Example 11 of the present invention, and the lower diagram is an equivalent circuit diagram thereof .

この実施例１１の不揮発性メモリの動作は、上記の実施例１と同様に４つ状態を実現できるので、どの電極に付着しているかで多値論理不揮発性メモリを構成することができる。 Since the operation of the nonvolatile memory of the eleventh embodiment can realize four states as in the first embodiment, a multi-valued logical nonvolatile memory can be configured depending on which electrode it is attached to.

次に、図１５及び図１６を参照して、本発明の実施例１２のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリを説明する。
図１５及び図１６参照
図１５は、本発明の実施例１２のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの概念的斜視図であり、また、図１６はその等価回路図である。 Next, with reference to FIGS. 15 and 16 , a non-volatile memory using the carbon nanotube device of Example 12 of the present invention will be described.
See FIGS. 15 and 16
FIG. 15 is a conceptual perspective view of a nonvolatile memory using the carbon nanotube device of Example 12 of the present invention, and FIG. 16 is an equivalent circuit diagram thereof.

この実施例１２の不揮発性メモリの動作は、上記の実施例４と同様に積層数に応じた数の状態を実現できるので、どの電極に付着しているかで６値以上の多値論理不揮発性メモリを構成することができる。
なお、図においては、最下層の電極を無選択としているので、１４値となる。 Since the operation of the nonvolatile memory according to the twelfth embodiment can realize the number of states corresponding to the number of stacked layers as in the fourth embodiment, the multi-valued logic non-volatile having six values or more depends on which electrode is attached. A memory can be configured.
In the figure, since the lowermost electrode is not selected, the value is 14 values.

次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の実施例１３のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリを説明する。
図１７及び図１８参照
図１７は、本発明の実施例１３のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの概念的斜視図であり、また、図１８はその等価回路図である。 Next, with reference to FIGS. 17 and 18 , a nonvolatile memory using the carbon nanotube device of Example 13 of the present invention will be described.
17 and 18 refer to
FIG. 17 is a conceptual perspective view of a nonvolatile memory using the carbon nanotube device of Example 13 of the present invention, and FIG. 18 is an equivalent circuit diagram thereof.

この実施例１３の不揮発性メモリの動作は、上記の実施例６と同様に積層数に応じた数の状態を実現できるので、どの電極に付着しているかで６値以上（図の場合には１６値）の多値論理不揮発性メモリを構成することができる。 Since the operation of the non-volatile memory of this example 13 can realize the number of states corresponding to the number of stacked layers as in the case of the above-described example 6 , it is 6 values or more depending on which electrode is attached (in the case of the figure). 16-value) multi-valued logic nonvolatile memory can be configured.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications can be made .

また、上記の各実施例においては、基板としてシリコン基板を用いているがシリコン基板に限られるものではなく、石英基板、ガラス基板、或いは、サファイア基板、さらには、ステンレス基板等を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, a silicon substrate is used as the substrate. However, the substrate is not limited to a silicon substrate, and a quartz substrate, a glass substrate, a sapphire substrate, a stainless steel substrate, or the like may be used. Is.

また、上記の各実施例においては、下部電極としてはＴｉＮを、アトラクタ電極及びリリース電極としてはＡｌを用いているが、ＴｉＮやＡｌに限られるものではなく、Ｔｉ，Ｎｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｔ，ＷＮ，Ｆｅ，Ｍｏ等の他の導電体を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, TiN is used as the lower electrode and Al is used as the attractor electrode and the release electrode. However, the present invention is not limited to TiN or Al, but Ti, Ni, TiN, W, Cu. , Ag, Au, At, WN, Fe, Mo, or other conductors may be used.

また、上記の各実施例においては、触媒としてＣｏを用いているが、Ｃｏに限られるものではなく、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｐａ，ＴｉＣｏ等の他の触媒を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, Co is used as a catalyst. However, the catalyst is not limited to Co, and other catalysts such as Fe, Ni, Pt, Ti, Pa, TiCo may be used. is there.

上記の各実施例においては、カーボンナノチューブを成長させる際に、触媒層を使用しているが、このような平面的に拡がる触媒層である必要はなく、触媒微粒子を散布することによって形成しても良いものであり、この場合、触媒微粒子の密度によりカーボンナノチューブの密度を制御することができる。 In each of the above embodiments, a catalyst layer is used when growing carbon nanotubes. However, the catalyst layer does not have to be spread in a plane, and is formed by spraying catalyst fine particles. In this case, the density of the carbon nanotubes can be controlled by the density of the catalyst fine particles.

また、上記の実施例１０においては、プラグをカーボンナノチューブ束によって構成しているが、必ずしもカーボンナノチューブ束である必要はなく、カーボンナノチューブ束を構成しない程度に疎な密度のカーボンナノチューブで構成しても良いものであり、カーボンナノチューブデバイスとして必要とするカーボンナノチューブの本数により決定すれば良い。 In Example 10 above, the plug is formed of a carbon nanotube bundle. However, the plug is not necessarily formed of a carbon nanotube bundle, and is formed of carbon nanotubes having a sparse density that does not form a carbon nanotube bundle. The number of carbon nanotubes required as a carbon nanotube device may be determined.

また、上記の実施例１１乃至実施例１３においては、不揮発性メモリとして説明しているが、カーボンナノチューブの弾性による復元力と各電極に対する付着力を調整し、各電極に対して電圧を印加しない場合に、カーボンナノチューブが各電極から時間がたてば自然に離れるように構成すればＤＲＡＭ等の揮発性メモリとなる。 Further, in the above-described Examples 11 to 13 , although described as a non-volatile memory, the restoring force due to the elasticity of the carbon nanotube and the adhesion force to each electrode are adjusted, and no voltage is applied to each electrode. In this case, a volatile memory such as a DRAM can be obtained if the carbon nanotubes are separated from each electrode as time passes.

また、上記の実施例１１乃至実施例１３においては、トランスファーゲートとして通常のＭＯＳＦＥＴを用いているが、トランスファーゲートとして本発明のカーボンナノチューブデバイスを用いても良いものであり、その場合には、半導体を用いることなくメモリデバイスを構成することができる。 Further, in Example 11 to Example 13 above, but using a conventional MOSFET as a transfer over the gate, it is intended may be used a carbon nanotube device of the present invention as a transfer gate, in that case, A memory device can be configured without using a semiconductor.

さらに、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブを用いているが、何らかの核を基点は棒状の成長が可能な導電性の材料であれば、カーボンナノチューブの限られるものではなく、例えば、アルミ、鉄等の金属のホイスカーやＳｉも棒状成長が可能であることが知られており、このようなホイスカーや棒状半導体を用いても良いものである。 Furthermore, in each of the above embodiments, carbon nanotubes are used. However, carbon nanotubes are not limited as long as they are conductive materials capable of growing in a rod shape with any nucleus as the base point. For example, aluminum, It is known that metal whisker such as iron or Si can be grown in a rod shape, and such a whisker or a rod-shaped semiconductor may be used.

また、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブを成長させる際に、原料ガスとしてアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を用いているがＣ_２Ｈ_２に限られるものではなく、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、アルコール類、ＣＯ（一酸化炭素）等の他のガスを使用しても良いものである。 In each of the above embodiments, acetylene (C ₂ H ₂ ) is used as a source gas when growing the carbon nanotubes, but is not limited to C ₂ H ₂ , and methane (CH ₄ ), Other gases such as ethylene (C ₂ H ₄ ), alcohols, CO (carbon monoxide) may be used.

ここで、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
（付記１）基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブに隣接して設けられるとともに、絶縁層／第１電極／絶縁層／第２電極／絶縁層からなり且つ前記第１電極及び第２電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している積層電極とを備えたことを特徴とする垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記２）上記第１電極が、上記カーボンナノチューブを吸着して導通状態にする吸引電極であり、上記第２電極が前記カーボンナノチューブを前記第１電極から引き離して非導通状態にする開放電極であることを特徴とする付記１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記３）上記第１電極及び第２電極が、上記カーボンナノチューブを吸着して導通状態にする吸引電極であることを特徴とする付記１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記４）基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブを介して対向配置されるとともに、絶縁層を介して３層以上の電極を積層し且つ前記電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している少なくとも一対の積層電極とを備えたことを特徴とする垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記５）上記積層電極を円周上に３個以上或いは３対以上配置したことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記６）上記カーボンナノチューブが一本のカーボンナノチューブからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記７）上記カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ束を構成しない複数本のカーボンナノチューブからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記８）上記カーボンナノチューブがカーボンナノチューブ束からなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記９）上記カーボンナノチューブの基板と反対側の端面が固定されずに開放状態であることを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記１０）上記カーボンナノチューブの基板と反対側の端面が固定されていることを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記１１）上記カーボンナノチューブ上の空間がキャップ部材で閉鎖されていることを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。
（付記１２）上記基板が半導体基板であり、上記カーボンナノチューブが前記半導体基板に形成されたドレイン領域に接触するドレイン電極上に垂直配向していることを特徴とする付記１乃至付記１１のいずれか１に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。 Here , the detailed features of the present invention will be described again.
(Appendix 1) Carbon nanotubes oriented in a direction perpendicular to the main surface of the substrate , adjacent to the carbon nanotubes , and comprising an insulating layer / first electrode / insulating layer / second electrode / insulating layer and An electronic device using vertically aligned carbon nanotubes, comprising: a laminated electrode in which opposing surfaces of the first electrode and the second electrode facing the carbon nanotube are recessed from an end of the insulating layer .
(Supplementary Note 2 ) The first electrode is a suction electrode that adsorbs the carbon nanotubes to make the conductive state, and the second electrode is an open electrode that pulls the carbon nanotubes away from the first electrode and makes the conductive state non-conductive. An electronic device using the vertically aligned carbon nanotubes according to appendix 1, which is characterized in that it exists.
(Supplementary note 3 ) The electronic device using vertically aligned carbon nanotubes according to supplementary note 1 , wherein the first electrode and the second electrode are suction electrodes that adsorb the carbon nanotubes to make them conductive.
(Supplementary Note 4) and carbon nanotubes oriented in a direction perpendicular to the main surface of the substrate, the while being oppositely arranged with the carbon nanotubes, wherein the stacked and the electrode 3 or more layers of electrodes through the insulating layer An electronic device using vertically aligned carbon nanotubes, comprising: at least a pair of stacked electrodes whose opposite surfaces to the carbon nanotubes are recessed from the end portions of the insulating layer.
(Appendix 5 ) An electronic device using the vertically aligned carbon nanotubes according to any one of Appendix 1 to Appendix 4 , wherein three or more or three or more pairs of the stacked electrodes are arranged on the circumference.
(Additional remark 6 ) The said carbon nanotube consists of one carbon nanotube, The electronic device using the vertically aligned carbon nanotube of any one of Additional remark 1 thru | or Additional remark 5 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 7 ) The electronic device using the vertically aligned carbon nanotube according to any one of Supplementary notes 1 to 5 , wherein the carbon nanotube includes a plurality of carbon nanotubes that do not constitute a carbon nanotube bundle.
(Supplementary note 8 ) The electronic device using the vertically aligned carbon nanotube according to any one of supplementary notes 1 to 5 , wherein the carbon nanotube is a carbon nanotube bundle.
(Supplementary Note 9 ) An electronic device using the vertically aligned carbon nanotube according to any one of Supplementary notes 1 to 8 , wherein an end surface of the carbon nanotube opposite to the substrate is not fixed and is in an open state.
(Appendix 10 ) An electronic device using vertically aligned carbon nanotubes according to any one of appendices 1 to 8 , wherein an end face of the carbon nanotube opposite to the substrate is fixed.
(Additional remark 11 ) The electronic device using the vertically aligned carbon nanotube of any one of Additional remark 1 thru | or Additional remark 10 characterized by the space on the said carbon nanotube being closed with the cap member.
(Supplementary note 12 ) Any one of Supplementary notes 1 to 11 , wherein the substrate is a semiconductor substrate, and the carbon nanotubes are vertically aligned on a drain electrode in contact with a drain region formed in the semiconductor substrate. 2. An electronic device using the vertically aligned carbon nanotube according to 1.

本発明の活用例としては、不揮発性メモリが典型的なものであるが、カーボンナノチューブと弾性による復元力と付着力を調整することによってＤＲＡＭ等の揮発性メモリにも適用されるものであり、さらには、多値状態を実現できるスイッチングデバイスや、機械的スイッチと同様にリーク電流を完全に遮断する超小型電気的スイッチとしても適用されるものである。 As an application example of the present invention, a non-volatile memory is typical, but it is also applied to a volatile memory such as a DRAM by adjusting the restoring force and adhesive force by carbon nanotubes and elasticity, Furthermore, the present invention is also applied to a switching device that can realize a multi-value state, and a micro electrical switch that completely cuts off a leakage current, like a mechanical switch.

本発明の実施例１のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。 It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 1 of this invention . 本発明の実施例１のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement of the carbon nanotube device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 2 of this invention. 本発明の実施例２のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement of the carbon nanotube device of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３のカーボンナノチューブデバイスの概念的構成図である。It is a notional block diagram of the carbon nanotube device of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例４のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 4 of this invention. 本発明の実施例５のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。 It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 5 of this invention . 本発明の実施例６のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 6 of this invention. 本発明の実施例６のカーボンナノチューブデバイスの動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement of the carbon nanotube device of Example 6 of this invention. 本発明の実施例７のカーボンナノチューブデバイスの説明図である。It is explanatory drawing of the carbon nanotube device of Example 7 of this invention. 本発明の実施例８のカーボンナノチューブデバイスの概念的平面図である。It is a notional top view of the carbon nanotube device of Example 8 of the present invention. 本発明の実施例９のカーボンナノチューブデバイスの概念的平面図である。It is a notional top view of the carbon nanotube device of Example 9 of the present invention. 本発明の実施例１０のカーボンナノチューブデバイスの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the carbon nanotube device of Example 10 of this invention. 本発明の実施例１１のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの説明図である。It is explanatory drawing of the non-volatile memory using the carbon nanotube device of Example 11 of this invention. 本発明の実施例１２のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの概念的斜視図である。It is a conceptual perspective view of the non-volatile memory using the carbon nanotube device of Example 12 of this invention. 本発明の実施例１２のカーボンナノチューブデバイスの等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the carbon nanotube device of Example 12 of the present invention. 本発明の実施例１３のカーボンナノチューブデバイスを用いた不揮発性メモリの概念的斜視図である。It is a conceptual perspective view of the non-volatile memory using the carbon nanotube device of Example 13 of this invention. 本発明の実施例１３のカーボンナノチューブデバイスの等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the carbon nanotube device of Example 13 of the present invention. Ｎａｎｔｅｒｏ社の不揮発性メモリの概略的斜視図である。1 is a schematic perspective view of a non-volatile memory of Nantero. FIG. Ｎａｎｔｅｒｏ社の不揮発性メモリの具体的構成図である。It is a specific block diagram of the non-volatile memory of Nantero. 図２０に示されたワイアクロスバーメモリの途中までの製造工程の説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of the wire crossbar memory shown in FIG. 20. 図２０に示されたワイアクロスバーメモリの図２１以降の製造工程の説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of the manufacturing process subsequent to FIG. 21 for the wire crossbar memory shown in FIG. 20. 改良型カーボンナノチューブスイッチの説明図である。It is explanatory drawing of an improved carbon nanotube switch. 帯状シート電極の拡大図である。It is an enlarged view of a strip-shaped sheet electrode. 帯状シート電極の拡大図である。It is an enlarged view of a strip-shaped sheet electrode. 帯状シート電極の理想的状態を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the ideal state of a strip | belt-shaped sheet electrode. スティッキング現象の説明図である。It is explanatory drawing of a sticking phenomenon.

１１シリコン基板
１２下部電極
１３触媒層
３４ＳｉＯ_２膜
３５導電体膜
３６ＳｉＯ_２膜
３８ＳｉＯ_２膜
３９可動空間
４７積層電極
４８積層電極
４９アトラクタ電極
５０アトラクタ電極
５１リリース電極
５２リリース電極
５３〜５６凹部
５７カーボンナノチューブ束
５８〜６０カーボンナノチューブ
６１積層電極
６２積層電極
６３リリース電極
６４アトラクタ電極
６５リリース電極
６６アトラクタ電極
６７キャップ層
６８積層電極
６９積層電極
７０ＳｉＯ_２膜
７１電極
７２電極
７３開口部
７４カーボンナノチューブ束
７５積層電極
７６カーボンナノチューブ束
８１シリコン基板
８２ゲート絶縁膜
８３ゲート電極
８４ソース領域
８５ドレイン領域
８６Ｃｏシリサイド電極
８７層間絶縁膜
８８ビアホール
８９カーボンナノチューブ束プラグ
９０ドレイン電極
９１ソース電極
１０１基板
１０２絶縁膜
１０３ワード線
１０４支持部材
１０５ビット線
１０６電極
１０７電極
１１１シリコン基板
１１２ＳｉＯ_２膜
１１３ＳｉＮ支持体
１１４ストライプ状電極
１１５犠牲酸化膜
１１６触媒微粒子
１１７シート状カーボンナノチューブ
１１８帯状シート電極
１１９電極
１２０カーボンナノチューブ
１２１絶縁性支持部材
１２２絶縁性支持部材
１２３カーボンナノチューブ
１２４導電体
１２５導電体 11 Silicon substrate 12 Lower electrode 13 Catalyst layer 34 SiO ₂ film 35 Conductor film 36 SiO ₂ film
38 SiO ₂ film 39 movable spatial
47 laminated electrode 48 laminated electrode 49 attractor electrode 50 attractor electrode 51 release electrode 52 release electrode 53 to 56 recess 57 carbon nanotube bundle 58 to 60 carbon nanotube 61 laminated electrode 62 laminated electrode 63 release electrode 64 attractor electrode 65 release electrode 66 attractor electrode 67 Cap layer 68 Laminated electrode 69 Laminated electrode 70 SiO ₂ film 71 Electrode 72 Electrode 73 Opening 74 Carbon nanotube bundle 75 Laminated electrode 76 Carbon nanotube bundle
81 Silicon substrate 82 Gate insulating film 83 Gate electrode 84 Source region 85 Drain region 86 Co silicide electrode 87 Interlayer insulating film 88 Via hole 89 Carbon nanotube bundle plug 90 Drain electrode 91 Source electrode 101 Substrate 102 Insulating film 103 Word line 104 Support member 105 Bit Line 106 Electrode 107 Electrode 111 Silicon substrate 112 SiO ₂ film 113 SiN support 114 Striped electrode 115 Sacrificial oxide film 116 Catalyst fine particle 117 Sheet-like carbon nanotube 118 Strip-like sheet electrode 119 Electrode 120 Carbon nanotube 121 Insulating support member 122 Insulating support Member 123 Carbon nanotube 124 Conductor 125 Conductor

Claims

基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブに隣接して設けられるとともに、絶縁層／第１電極／絶縁層／第２電極／絶縁層からなり且つ前記第１電極及び第２電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している積層電極と
を備えたことを特徴とする垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。 Carbon nanotubes oriented perpendicular to the main surface of the substrate ;
The insulating layer is provided adjacent to the carbon nanotube, and includes an insulating layer / first electrode / insulating layer / second electrode / insulating layer, and a surface of the first electrode and the second electrode facing the carbon nanotube is the insulating layer. electronic devices using the vertically aligned carbon nanotubes, comprising the a laminated electrode is retracted from the end <br/>.

基板の主面に対して垂直方向に配向したカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブを介して対向配置されるとともに、絶縁層を介して３層以上の電極を積層し且つ前記電極の前記カーボンナノチューブとの対向面が前記絶縁層の端部より後退している少なくとも一対の積層電極と
を備えたことを特徴とする垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。 Carbon nanotubes oriented perpendicular to the main surface of the substrate ;
At least a pair of electrodes that are arranged to face each other via the carbon nanotubes, and that three or more electrodes are stacked via an insulating layer, and a surface of the electrodes facing the carbon nanotubes recedes from an end of the insulating layer. electronic devices using the vertically aligned carbon nanotubes, comprising the laminated electrode with <br/>.

前記積層電極を円周上に３個以上或いは３対以上配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の垂直配向カーボンナノチューブを用いた電子デバイス。 3. The electronic device using vertically aligned carbon nanotubes according to claim 1, wherein three or more or three or more stacked electrodes are arranged on the circumference.