JP5881127B2 - 熱音響装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱音響装置及びその製造方法に関する。

熱音響装置は、熱音響現象を利用した音響装置の一種であり、導電体に交流電流を流すと熱により音が発生する。導電体に交流電流を流すと、熱音響装置に熱が生じ、周辺の媒体へ伝播される。伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波によって、音波を発生させることができる。

非特許文献１には、熱音響装置が掲載されている。熱音響装置の音波発生器は、カーボンナノチューブフィルムを利用する。カーボンナノチューブフィルムの比表面積は高く、単位面積当たりの熱容量（２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋより小さい）が低いため、熱音響装置の内部に生じる熱が、速く周辺の媒体へ伝播できる。これにより、周波数信号の作用で、カーボンナノチューブフィルムは速く昇温または降温でき、且つ周辺の媒体と熱を交換し、周辺の媒体の密度を変化させ、音を発生させる。即ち、カーボンナノチューブフィルムの発音原理は電―熱―音である。カーボンナノチューブフィルムにより熱音響装置が発生する音波は強く、人の耳でも聞こえる音響周波数に達し、熱音響周波数（１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）は広い。

カーボンナノチューブフィルムが周辺の媒体と十分に熱交換できるようにするため、熱音響装置において、カーボンナノチューブフィルムを懸架して設置することは好ましい。この際、支持素子によってカーボンナノチューブフィルムの少なくともの一部を支持する必要がある。小さい寸法の熱音響装置において、支持素子はシリコン基板をエッチングすることで形成される。しかし、シリコン基板をエッチングする工程は複雑であり、且つコストも高い。

中国特許出願公開第１０１４５８９７５号明細書 中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書

Ｌｉｎ Ｘｉａｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｆｌｅｘｉｂｌｅ，Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ，Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ"，Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８（１２），ｐ．４５３９−４５４５

従って、前記課題を解決するために、本発明は、熱音響装置及びその製造方法を提供することであり、特に、小さい寸法の熱音響装置を簡単に製造できる方法を提供する。

本発明の熱音響装置の製造方法は、熱音響装置の基板を提供する第一ステップと、前記基板の表面に、第一電極及び第二電極を形成する第二ステップと、カーボンナノチューブアレイを成長基板から熱音響装置の前記基板に転移し、且つ前記第一電極及び前記第二電極を被覆する第三ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの前記基板に近接する表面は第二表面であり、前記第二表面と対向する表面は第一表面であり、前記カーボンナノチューブアレイの形態は第二カーボンナノチューブフィルムを前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる形態である第三ステップと、前記カーボンナノチューブアレイの第一表面をレーザーでエッチングし、前記カーボンナノチューブアレイを二つの領域に区分する第四ステップであって、前記二つの領域は保留領域及び除去領域であり、前記保留領域は前記第一電極及び前記第二電極を被覆している領域であり、前記除去領域は前記第一電極及び前記第二電極を被覆していない領域である第四ステップと、前記除去領域における前記カーボンナノチューブアレイを引き出すことによって、前記除去領域における前記カーボンナノチューブアレイを除去し、前記保留領域における前記カーボンナノチューブアレイを保留し、前記第一電極及び前記第二電極にそれぞれ支持素子を形成する第五ステップと、第一カーボンナノチューブフィルムを前記支持素子の前記第一電極及び前記第二電極と接触する表面の反対面に設置し、前記支持素子で前記第一カーボンナノチューブフィルムの少なくとも一部を懸架させる第六ステップと、を含む。

本発明の熱音響装置は、基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも二つの支持素子と、第一カーボンナノチューブフィルムと、を含む熱音響装置であって、前記第一電極及び前記第二電極は相互に間隔をあけて、基板の表面に設置され、少なくとも二つの前記支持素子は相互に間隔をあけて、前記第一電極及び前記第二電極の基板と接触する表面の反対面にそれぞれ設置され、前記第一カーボンナノチューブフィルムは、少なくとも二つの前記支持素子の前記第一電極及び前記第二電極と接触する表面の反対面に設置され、且つ前記第一カーボンナノチューブフィルムの少なくともの一部は少なくとも二つの前記支持素子によって懸架され、前記第一カーボンナノチューブフィルムは前記支持素子によって、前記第一電極及び前記第二電極とそれぞれ電気的に接続され、前記支持素子は並列に配列して設置された複数のカーボンナノチューブを含み、複数の前記カーボンナノチューブは基板の表面と垂直である。

前記支持素子はカーボンナノチューブアレイを含む。

従来の技術と比べて、熱音響装置の製造方法は以下の有益な効果を有する。カーボンナノチューブフィルムを引き出す方式によって、カーボンナノチューブアレイにおける一部のカーボンナノチューブを除去し、支持素子を形成している。これにより、該形成される支持素子のサイズは小さく、シリコン基板をエッチングする技術の代替となり、熱音響装置は音響チップに応用できる。また、従来のレーザーエッチングのような、除去領域を直接に除去する際、除去領域の面積が大きいので完全に除去することができず、効率が低いという欠点を防止することができ、且つ操作が簡単であり、エネルギーを節約できる。

本発明の実施形態１に係る熱音響装置の構造を示す図である。 本発明の実施形態１に係るカーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施形態１に係るカーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムの構造を示す図である。 本発明の実施形態２に係る熱音響装置の製造方法を示す側視図である。 本発明の実施形態２に係る熱音響装置の製造方法を示す正視図である。 本発明の実施形態２に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。 本発明の実施形態３の一つの例に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。 本発明の実施形態３のもう一つの例に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。また、以下の各実施形態において、同じ構成要素は同じ符号を付与している。

（実施形態１）
図１を参照すると、本実施形態は熱音響装置１００を提供する。熱音響装置１００は基板３０と、第一電極９０と、第二電極９２と、少なくとも二つの支持素子８０と、第一カーボンナノチューブフィルム４０と、を含む。第一電極９０及び第二電極９２は相互に間隔をあけて、基板３０の第四表面３０２に設置される。少なくとも二つの支持素子８０は相互に間隔をあけて、第一電極９０及び第二電極９２の基板３０と接触する表面の反対面にそれぞれ設置される。第一カーボンナノチューブフィルム４０は、少なくとも二つの支持素子８０の第一電極９０または第二電極９２と接触する表面の反対面に設置され、且つ少なくとも二つの支持素子８０によって懸架される。支持素子８０は導電素子である。第一カーボンナノチューブフィルム４０は支持素子８０によって、第一電極９０及び第二電極９２とそれぞれ電気的に接続される。支持素子８０は、並列に配列して設置される複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブは基板３０の第四表面３０２と垂直である。即ち、複数のカーボンナノチューブの軸向方向は基板３０の第四表面３０２と垂直である。

基板３０は硬質基板或いは軟質基板である。その材料は、金属、ガラス、石英、シリコン、二酸化ケイ素、プラスチック、樹脂の何れか一種である。樹脂は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。好ましくは、基板３０は絶縁基板である。基板３０が導電材料からなる場合、基板３０と第一電極９０及び第二電極９２との間には絶縁層が設置され、絶縁層によって、基板３０には第一電極９０及び第二電極９２が絶縁して設置される。

第一電極９０及び第二電極９２は導電性が優れる材料からなる。その材料は金属、導電ポリマー、導電ペースト、金属型カーボンナノチューブ、ＩＴＯ中の何れか一種である。第一電極９０及び第二電極９２は第一カーボンナノチューブフィルム４０とそれぞれ電気的に接続され、第一カーボンナノチューブフィルム４０に周波数信号を入力する。第一電極９０及び第二電極９２の形状及び構造に対しては特に制限がない。好ましくは、第一電極９０及び第二電極９２はストリップ状の電極層であり、基本的に相互に平行して設置される。第一電極９０及び第二電極９２の長さは第一カーボンナノチューブフィルム４０の幅以上である。第一電極９０及び第二電極９２の厚さは１μｍ〜１ｍｍであり、第一電極９０及び第二電極９２の幅は５μｍ〜１ｍｍである。

更に、熱音響装置１００は複数の第一電極９０及び複数の第二電極９２を含むことができる。複数の第一電極９０及び複数の第二電極９２は、相互に間隔をあけて交替に設置される。即ち、隣接する二つの第一電極９０の間に一つの第二電極９２が設置され、隣接する二つの第二電極９２の間に一つの第一電極９０が設置される。

少なくとも二つの支持素子８０の形状は第一電極９０及び第二電極９２の形状と基本的に対応している。好ましくは、少なくとも二つの支持素子８０はストリップ状の構造であり、基本的に相互に平行して設置される。少なくとも二つの支持素子８０の長さは第一カーボンナノチューブフィルム４０の幅以上であり、少なくとも二つの支持素子８０の高さは１０μｍ〜５ｍｍである。支持素子８０はパターン化カーボンナノチューブアレイを含む。好ましくは、支持素子８０はパターン化カーボンナノチューブアレイのみからなる。該パターン化カーボンナノチューブアレイは分子間力で相互に結合した複数のカーボンナノチューブを含む。支持素子８０の高さはパターン化カーボンナノチューブアレイの長さであり、即ち、パターン化カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの長さである。支持素子８０の幅に対しては制限がなく、好ましくは、５μｍ〜１ｍｍである。カーボンナノチューブが優れた導電性を有し、且つ第一電極９０及び第二電極９２と基本的に直交しているので、支持素子８０は第一電極９０及び第二電極９２と電気的に接続される。

更に、好ましくは、支持素子８０の数量は第一電極９０及び第二電極９２の数量の総和と同じである。即ち、各第一電極９０及び各第二電極９２に一つの支持素子８０が設置される。

第一カーボンナノチューブフィルム４０は分子間力で端と端で接続された複数のカーボンナノチューブが形成する巨視的な構造体である。好ましくは、第一カーボンナノチューブフィルム４０は、分子間力で端と端で接続された複数のカーボンナノチューブのみからなる。第一カーボンナノチューブフィルム４０は自立構造体であり、少なくとも二つの支持素子８０の表面に設置される。第一カーボンナノチューブフィルム４０が少なくとも二つの支持素子８０によって支持される。二つの支持素子８０の間に、第一カーボンナノチューブフィルム４０が懸架して設置される。第一カーボンナノチューブフィルム４０は支持素子８０と電気的に接続される。支持素子８０におけるカーボンナノチューブは第一カーボンナノチューブフィルム４０と基本的に直交し、第一カーボンナノチューブフィルム４０を第一電極９０及び第二電極９２と電気的に接続させる。熱音響装置が動作する際、第一電極９０に入力された電気信号は支持素子８０によって、第一カーボンナノチューブフィルム４０に伝導し、また支持素子８０によって、第二電極９２に伝導する。第一カーボンナノチューブフィルム４０は複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列され、且つ第一カーボンナノチューブフィルム４０の表面と基本的に平行である。好ましくは、第一カーボンナノチューブフィルム４０は複数のカーボンナノチューブのみからなる。第一カーボンナノチューブフィルム４０の長手方向は複数のカーボンナノチューブの延伸する方向であり、第一カーボンナノチューブフィルム４０の幅における方向は複数のカーボンナノチューブの延伸する方向と垂直である。

第一カーボンナノチューブフィルム４０は音波発生器である。第一カーボンナノチューブフィルム４０は、第一電極９０及び第二電極９２に入力される電気信号を熱信号に転換し、周辺の空気媒体を加熱して、音を発生する。具体的に、第一カーボンナノチューブフィルム４０は小さい単位面積当たりの熱容量を有し、第一カーボンナノチューブフィルム４０に入力された電気エネルギーを速く熱と交換し、且つ入力された電気信号によって速く昇温したり降温したりする。好ましくは、第一カーボンナノチューブフィルム４０の単位面積当たりの熱容量は、２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋより小さい。且つ、第一カーボンナノチューブフィルム４０の比表面積が高く、その厚さが薄いので、第一カーボンナノチューブフィルム４０が周辺の空気媒体と速く熱を交換し、電気信号の変化によって、周辺の空気媒体を加熱し、周辺の空気媒体の分子運動を促進し、空気媒体の密度を変化させ、音を発生させる。

好ましくは、第一カーボンナノチューブフィルム４０はカーボンナノチューブアレイから引き出すものである。第一カーボンナノチューブフィルム４０は端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。図２及び図３を参照すると、第一カーボンナノチューブフィルム４０における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。複数のカーボンナノチューブの延伸する方向は第一カーボンナノチューブフィルム４０の表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、複数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向において隣接するカーボンナノチューブと分子間力で端と端とが接続されているので、第一カーボンナノチューブフィルム４０は自立構造を実現できる。更に、第一カーボンナノチューブフィルム４０は、複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことができる。複数のカーボンナノチューブセグメントは、長軸方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントにおいて、複数のカーボンナノチューブの長さは同じである。

また、第一カーボンナノチューブフィルム４０は、少数のランダムな方向に配列されたカーボンナノチューブを含む。しかし、大部分のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されているので、このランダムな方向に配列されたカーボンナノチューブの延伸方向は、大部分のカーボンナノチューブの延伸方向には影響を与えない。具体的には、第一カーボンナノチューブフィルム４０における多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなくやや湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている多数のカーボンナノチューブの中において、隣同士のカーボンナノチューブが部分的に接触する可能性がある。実際に、第一カーボンナノチューブフィルム４０は複数の空隙を有し、即ち、隣接するカーボンナノチューブの間に空隙を有する。これにより、第一カーボンナノチューブフィルム４０は優れた透明度を有する。且つ、隣接するカーボンナノチューブの接触する部分の分子間力及び端と端で接続される部分の分子間力が第一カーボンナノチューブフィルム４０の自立構造を維持している。第一カーボンナノチューブフィルム４０の厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは、０．５ｎｍ〜１０μｍである。

自立構造体とは、支持体材を利用せず、第一カーボンナノチューブフィルム４０を独立して利用することができる形態のことである。すなわち、第一カーボンナノチューブフィルム４０を対向する両側から支持して、第一カーボンナノチューブフィルム４０の構造を変化させずに、第一カーボンナノチューブフィルム４０を懸架できることを意味する。カーボンナノチューブフィル４０におけるカーボンナノチューブが、分子間力で接続されて配列されているので、自立構造体が実現される。

カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す方法は、特許文献２に掲載されている。

（実施形態２）
図４及び図５を参照すると、本実施形態は熱音響装置１００の製造方法を提供する。熱音響装置の製造方法１００は、熱音響装置１００の基板３０を提供するステップであって、該基板３０は第四表面３０２を有するステップ（Ｓ１）と、基板３０の第四表面３０２に、第一電極９０及び第二電極９２を形成するステップ（Ｓ２）と、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から熱音響装置１００の基板３０に転移し、且つ第一電極９０及び第二電極９２を被覆するステップであって、該カーボンナノチューブアレイ１０が基板３０に近接する表面は第二表面１０４であり、第二表面１０４と対向する表面は第一表面１０１であり、カーボンナノチューブアレイ１０の形態は第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる形態であるステップ（Ｓ３）と、カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２をレーザーでエッチングし、カーボンナノチューブアレイ１０を二つの領域に区分するステップであって、該二つの領域は保留領域１２及び除去領域１４であり、保留領域１２は第一電極９０及び第二電極９２を被覆する領域であり、除去領域１４は第一電極９０及び第二電極９２を被覆しない領域であるステップ（Ｓ４）と、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出すことによって、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を除去し、保留領域１２におけるカーボンナノチューブアレイ１０を保留し、第一電極９０及び第二電極９２にそれぞれ支持素子８０を形成するステップ（Ｓ５）と、第一カーボンナノチューブフィルム４０を支持素子８０の第一電極９０及び第二電極９２と接触する表面と反対の面に設置し、支持素子８０で第一カーボンナノチューブフィルム４０の少なくとも一部を懸架させるステップ（Ｓ６）と、を含む。

ステップ（Ｓ２）において、コーティング方法、印刷方法、沈積方法、エッチング方法、電気メッキ方法或いは化学めっき方法によって、基板３０の第四表面３０２に、第一電極９０及び第二電極９２を形成する。

図６を参照すると、ステップ（Ｓ３）は、成長基板２０を提供し、成長基板２０の第三表面２０２はカーボンナノチューブアレイ１０を有しているステップであって、カーボンナノチューブアレイ１０の形態は第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる形態であるステップ（Ｓ３１）と、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から基板３０の第四表面３０２に転移するステップであって、基板３０に転移されたカーボンナノチューブアレイ１０の形態は第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる形態であるステップ（Ｓ３２）と、を含む。

第二カーボンナノチューブフィルム４２の構造は、第一カーボンナノチューブフィルム４０の構造と同じである。第二カーボンナノチューブフィルム４２及び第一カーボンナノチューブフィルム４０は異なるカーボンナノチューブアレイから引き出すことができる。即ち、第二カーボンナノチューブフィルム４２は支持素子８０を形成することに用いるカーボンナノチューブアレイから引き出す。第一カーボンナノチューブフィルム４０は他のカーボンナノチューブアレイから引き出す。

カーボンナノチューブアレイ１０は、ＣＶＤ（化学気相堆積）法によって成長基板２０の第三表面２０２から成長する。カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブは基本的に相互に平行であり、且つ成長基板２０の第三表面２０２と垂直である。隣接するカーボンナノチューブは相互に接触して、且つ分子間力で結合される。

成長条件を制御することによって、カーボンナノチューブアレイ１０は基本的に不純物を含まない。不純物は、例えば、アモルファスカーボン或いは残留した触媒の金属粒である。カーボンナノチューブアレイ１０が基本的に不純物を含まず、且つカーボンナノチューブが相互に緊密に接触して、且つ隣接するカーボンナノチューブの間に、大きい分子間力を有するので、一部のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブセグメント）を引き出す際、該一部のカーボンナノチューブと隣接するカーボンナノチューブが分子間力の作用によって端と端で接続され、連続的に引き出すことができ、巨視的なカーボンナノチューブフィルム（第二カーボンナノチューブフィルム４２）を形成する。カーボンナノチューブが端と端で接続されて引き出される前記カーボンナノチューブアレイ１０は、超配列カーボンナノチューブアレイである。超配列カーボンナノチューブアレイについては特許文献１に掲載されている。

成長基板２０は超配列カーボンナノチューブアレイの成長に適した基板であり、その材料は、例えば、Ｐ型シリコン、Ｎ型シリコン、或いは酸化シリコンである。

カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持することを前提に、カーボンナノチューブアレイ１０を基板３０に転移した後、カーボンナノチューブアレイ１０は基板３０の第四表面３０２に逆さに設置される。具体的には、カーボンナノチューブアレイ１０は第一表面１０２及び第一表面１０２と対向する第二表面１０４を含む。各カーボンナノチューブは成長基板２０の第三表面２０２から成長し、カーボンナノチューブアレイ１０を形成する。各カーボンナノチューブが成長基板２０の第三表面２０２と隣接する一端をカーボンナノチューブの下端と定義し、下端と対向する端部をカーボンナノチューブの上端と定義する。成長基板２０において、第一表面１０２はカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの下端に形成され、第二表面１０４はカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端に形成される。カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２は、成長基板２０の第三表面２０２と近接し、或いは成長基板２０の第三表面２０２に設置される。該第一表面１０２はカーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長下端である。第二表面１０４は成長基板２０の表面から離れ、カーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長上端である。カーボンナノチューブアレイ１０を基板３０に転移した後、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４は基板３０の第四表面３０２と近接し、或いは基板３０の第四表面３０２に設置される。カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２は、基板３０の第四表面３０２から離れている。

一つの例において、ステップ（Ｓ３２）は、基板３０の第四表面３０２を、カーボンナノチューブアレイ１０の成長基板２０と離れる第一表面１０４と接触させるステップ（Ｓ３２１）と、基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方を移動させて、基板３０と成長基板２０とを離れさせ、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、基板３０に転移するステップ（Ｓ３２２）と、含む。

ステップ（Ｓ３２）を常温で行うことができる。ステップ（Ｓ３２１）及びステップ（Ｓ３２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態は第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる。カーボンナノチューブアレイ１０が基板３０に転移した後、第二カーボンナノチューブフィルム４２を連続的に引き出すことができるために、基板３０の第四表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間を分子間力のみで結合する。基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（Ｆ_ＢＣ）は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力（Ｆ_ＣＣ）より小さい。また、基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（Ｆ_ＢＣ）は、成長基板２０の第三表面２０２とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（Ｆ_ＡＣ）より大きい。これにより、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、基板３０に転移させる。即ち、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣである。カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、基板３０に転移させる工程に、基板３０の第四表面３０２がカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４と接触して発生する結合力（例えば、分子間力）のみによって、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる。

Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣを満たすために、基板３０の表面は適切な表面エネルギーを有することができ、且つ基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０の間に適切な表面エネルギーを有することができる。これにより、基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０とが接触することのみによって、基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０との間に、十分な結合力（例えば、分子間力）を発生させて、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる。このように、基板３０の第四表面３０２がカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４と接触して発生する結合力（例えば、分子間力）のみによって、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させるために、適切な材料を選択して基板３０を製造する。基板３０の表面は平面である。本実施形態において、基板３０の材料はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。

もう一つの例において、基板３０の第四表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間の結合力（Ｆ_ＢＣ）を高め、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣを満たすために、基板３０の第四表面３０２は複数の微構造体を有することができる。これにより、第四表面３０２の表面積を増大でき、基板３０の材料が変化しない条件で、基板３０の第四表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間の結合力（Ｆ_ＢＣ）を高めることができる。複数の微構造体を有する第四表面３０２はカーボンナノチューブアレイ１０と接触する。微構造体は基板３０の第四表面３０２における突起或いは溝である。微構造体の形状は半球形、錐体、歯形、矩形、台形、階段形状或いは他の形状である。微構造体は点状、線状、ストリップ状、片状を呈することができる。一つの例において、複数の微構造体は相互に平行で且つ間隔をあけて設置される溝からなる構造体である。もう一つの例において、複数の微構造体は相互に平行で且つ間隔をあけて均一に分布される半球形からなる構造体である。好ましくは、複数の微構造体は基板３０の第四表面３０２に均一に分布される。更に、好ましくは、微構造体は、平滑な表面の表面積より、微構造体を有する基板３０の第四表面３０２の表面積を３０％〜１２０％増加させる。基板３０の第四表面３０２に複数の微構造体を形成することによって、第四表面３０２の吸着力を増大させ、（Ｆ_ＢＣ）を高める。従って、基板３０の材料はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）に制限されず、ほかの材料でも良い。フォトリソグラフィ法、レーザーエッチング法、化学エッチング法によって、複数の微構造体を形成できる。

基板３０を接着剤でカーボンナノチューブアレイ１０に貼り付けることはしない。従来の接着剤によっても、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣを満たし、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させることができる。しかし、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力が小さいので、従来の任意の接着剤では、Ｆ_ＢＣ＞Ｆ_ＣＣとなる。これにより、後の第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すステップを行うことができない。ステップ（Ｓ３２１）及びステップ（Ｓ３２２）において、基板３０は固体状態を維持する。

ステップ（Ｓ３２１）において、基板３０の第四表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端とを十分に接触させるために、基板３０にカーボンナノチューブアレイ１０に小さい圧力を印加できる。この圧力の大小はカーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持でき、第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができることを保証する範囲である。

更に、もう一つの例において、基板３０と成長基板２０の間にスペーサ装置を設置できる。スペーサ装置によって、基板３０の第四表面３０２と成長基板２０の第三表面２０２との距離を維持することができ、弾性代替基板３０の第四表面３０２と成長基板２０の第三表面２０２との距離が非常に小さくならないので、カーボンナノチューブアレイ１０が倒されることを防止する。

ステップ（Ｓ３２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる工程では、好ましくは、カーボンナノチューブアレイ１０におけるすべてのカーボンナノチューブを同時に成長基板２０から脱離させる。即ち、基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直であり、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの成長方向に沿って成長基板２０から脱離させる。基板３０及び成長基板２０が共に移動する場合、両者の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直である。

ステップ（Ｓ３２１）及びステップ（Ｓ３２２）において、まず、カーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から押される力を受け、次に、基板３０に向けて引かれる力を受ける。

図４及び図５を参照すると、ステップ（Ｓ４）において、レーザエッチング方法によって、カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２に少なくとも一つの溝１０６を形成する。レーザー束はカーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２を照射すると、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブがエネルギーを吸収した後、カーボンナノチューブの温度が上昇し、且つカーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されるので、カーボンナノチューブを焼き、一部のカーボンナノチューブを除去し、溝１０６を形成できる。レーザー束の走査ルートはコンピューターによって設定できるので、カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２に複雑なエッチングパターンを正確に形成できる。レーザー束の仕事率は２Ｗ〜５０Ｗであることができる。レーザー束の走査速度は０．１ｍｍ/秒〜１００００ｍｍ/秒であることができる。レーザー束の幅は１μｍ〜４００μｍであることができる。本実施形態において、ＹＡＧレーザーによってレーザー束を発射し、波長は１．０６μｍであり、仕事率は３．６Ｗであり、レーザー束の走査速度は１００ｍｍ/秒である。

溝１０６の深さはカーボンナノチューブアレイ１０の高さ以下である。好ましくは、溝１０６の深さは０．５μｍ〜１０μｍである。溝１０６の最小の幅は１μｍである。溝１０６の深さ及び幅は、保留領域１２及び除去領域１４におけるカーボンナノチューブを有効に分離し、カーボンナノチューブ同士の間における分子間力を低下させ、後で除去領域１４におけるカーボンナノチューブを引き出す際、保留領域１２におけるカーボンナノチューブを引き出さないことを保証する。

溝１０６の長さは制限されず、長くても良い。溝１０６はカーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２に線状のパターンを形成でき、保留領域１２及び除去領域１４を区分する。好ましくは、保留領域１２及び除去領域１４を溝１０６によって、完全に区分できる。即ち、保留領域１２及び除去領域１４はそれぞれの単独の領域であり、保留領域１２は除去領域１４と接触しない。また、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出す角によって、第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出す工程を停止できる。これにより、保留領域１２及び除去領域１４はそれぞれの単独の領域でなくても良い。

保留領域１２及び除去領域１４は基板３０の第四表面に設置される第一電極９０及び第二電極９２の位置によって区分する。即ち、第一電極９０及び第二電極９２の位置をコンピューターに設定することによって、溝１０６の位置を制御し、保留領域１２及び除去領域１４を区分する。

ステップ（Ｓ５）において、基板３０に転移したカーボンナノチューブアレイ１０から第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すことができるので、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出すことによって、除去領域１４におけるカーボンナノチューブを除去できる。溝１０６が保留領域１２及び除去領域１４におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力を減少させるので、除去領域１４の辺縁におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出す際、引き出した第二カーボンナノチューブフィルム４２は弱い分子間力で、カーボンナノチューブアレイ１０と分離する。従って、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出す工程は、保留領域１２におけるカーボンナノチューブアレイ１０に影響を与えない。これにより、基板３０の表面に保留領域１２のみを存在し、パターン化のカーボンナノチューブアレイ１０を獲得し、即ち、支持素子８０を獲得する。

ステップ（Ｓ５）が従来のカーボンナノチューブフィルムを引き出すステップと異なるのは、以下の点である。基板３０に移転させ、且つ形成される除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０から、第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すことである。これは、成長基板２０に直接に成長したカーボンナノチューブアレイ１０から、第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すことではない。好ましくは、第二カーボンナノチューブフィルム４２は、基板３０の表面に逆さに設置されるカーボンナノチューブアレイ１０から引き出される。即ち、カーボンナノチューブアレイ１０の成長下部から第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出す。

ステップ（Ｓ５）は引き道具５０で、基板３０の表面における除去領域１４のカーボンナノチューブアレイ１０における一部のカーボンナノチューブセグメントを選択するステップ（Ｓ５１）と、引き道具５０を移動させることによって、特定の速度で選択したカーボンナノチューブセグメントを引き、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブセグメントを引き出し、連続な第二カーボンナノチューブフィルム４２を形成するステップ（Ｓ５２）と、を含む。ステップ（Ｓ５１）において、特定の幅を有する接着テープ或いは接着性を有するストリップを採用し、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０と接触させ、特定の幅を有するカーボンナノチューブセグメントを選択する。ステップ（Ｓ５２）において、選択したカーボンナノチューブセグメントの引き出す方向は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの成長方向と角αを成す。角αは０°〜９０°（０°は含まず）であり、好ましくは、３０°〜９０°である。

ステップ（Ｓ３２）はステップ（Ｓ５）と異なる。ステップ（Ｓ３２）はカーボンナノチューブアレイ１０全体を成長基板２０から脱離させ、カーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から脱離した後でも、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持できることを目指す。ステップ（Ｓ５）はカーボンナノチューブアレイ１０から第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すことを目指す。従って、カーボンナノチューブアレイ１０全体が基板３０から脱離せず、一部のカーボンナノチューブ、例えば、カーボンナノチューブセグメントを基板３０から脱離させ、引き出したカーボンナノチューブセグメントが隣接するカーボンナノチューブセグメントを動かし、隣接するカーボンナノチューブセグメントが端と端で接続されて引き出され、次々に基板３０から脱離する。

ステップ（Ｓ６）において、第一カーボンナノチューブフィルム４０を支持素子８０の表面に設置する。第一カーボンナノチューブフィルム４０が少なくとも二つの支持素子８０に支持され、且つ第一カーボンナノチューブフィルム４０の一部が懸架される。

本実施形態において、カーボンナノチューブアレイ１０を基板３０に移転し、且つカーボンナノチューブアレイ１０の形態は第二カーボンナノチューブフィルム４２をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる。カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２に溝１０６を形成し、除去領域１４と保留領域１２とを区分し、除去領域１４におけるカーボンナノチューブアレイ１０を引き出すことによって、除去領域１４におけるカーボンナノチューブを除去し、パターン化カーボンナノチューブアレイを形成する。これにより、レーザーエッチングのような、除去領域１４を直接に除去する際、除去領域１４の面積が大きいので完全に除去することができず、効率が低いという欠点を防止することができ、且つ操作が簡単であり、エネルギーを節約できる。また、基板３０に転移したカーボンナノチューブアレイ１０をパターン化して、且つ第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出すことによって、緻密且つ小さい寸法を有する支持素子８０を形成する。これにより、熱音響装置は小さい寸法を有することができ、小さい音響チップを形成でき、イヤホン、携帯電話などの小さい寸法を有する電子設備に応用できる。

（実施形態３）
図７を参照すると、本実施形態は熱音響装置１００の製造方法を提供する。本実施形態の熱音響装置１００の製造方法は実施形態２の熱音響装置１００の製造方法と基本的に同じであるが、ステップ（Ｓ３２）のカーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から基板３０の第四表面３０２に転移する方法が異なる。具体的には、本実施形態において、ステップ（Ｓ３２）は、基板３０をカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４に設置するステップであって、基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間に液相状態の媒体６０を設置するステップ（Ｓ３２１）と、基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間に設置された液相状態の媒体６０を固体の媒体６０’に固化させるステップ（Ｓ３２２）と、基板３０及び成長基板２０うちの少なくとも一方を移動させて、基板３０と成長基板２０とを離れさせ、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、基板３０に転移するステップ（Ｓ３２３）と、温度を上昇させることによって、基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間の固体の媒体６０’を除去するステップであって、固体の媒体６０’を除去した後、カーボンナノチューブアレイ１０の形態はカーボンナノチューブフィルム４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる形態であるステップ（Ｓ３２４）と、を含む。

ステップ（Ｓ３２１）において、液相状態の媒体６０を細かい液滴或いは液膜の形態でカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４に設置する。液相状態の媒体６０は水或いは低分子量有機溶剤である。低分子量有機溶剤はエチルアルコール、アセトン、メチルアルコールの何れか一種である。液相状態の媒体６０がカーボンナノチューブアレイ１０に浸透して、カーボンナノチューブアレイ１０の形態に影響を与えることを防止するために、液相状態の媒体６０の量は少ない。好ましくは、液相状態の媒体６０はカーボンナノチューブを濡らさない液体であり、例えば、水である。カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４における液相状態の媒体６０は複数の液滴からなり、或いは液膜からなる。その液滴の直径及び液膜の厚さはそれぞれ１０ｎｍ〜３００μｍである。基板３０及びカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４は液相状態の媒体６０とそれぞれ接触する。

ステップ（Ｓ３２１）において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を基本的に維持し、カーボンナノチューブフィルム４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証させる。基板３０はできるだけカーボンナノチューブアレイ１０に圧力を印加しない。或いは基板３０がカーボンナノチューブアレイ１０に圧力（ｆ）を印加する際、印加される圧力は小さい。この圧力の大きさは、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持でき、カーボンナノチューブフィルム４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出させるように選択される。

一つの例において、ステップ（Ｓ３２１）は、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４に層状の液相状態の媒体６０を形成するステップ（Ｓ３２１１）と、基板３０の表面を、液相状態の媒体６０を形成したカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４と接触させるステップ（Ｓ３２１２）と、含む。具体的に、液相状態の媒体６０を液滴に形成し、或いは液相状態の媒体６０を霧化させ、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４にスプレーする。

もう一つの例において、ステップ（Ｓ３２１）は、基板３０の表面に層状の液相状態の媒体６０を形成するステップ（Ｓ３２１１）と、液相状態の媒体６０を形成した基板３０の表面を、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４と接触させるステップ（Ｓ３２１２）と、含む。具体的に、液相状態の媒体６０を液滴に形成し、或いは液相状態の媒体６０を霧化させ、弾性代替基板３０の表面にスプレーする。

ステップ（Ｓ３２２）において、基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間に設置された液相状態の媒体６０を固体の媒体６０’に固化させる。具体的には、温度を液相状態の媒体６０の凝固点以下に低下させる。基板３０及びカーボンナノチューブアレイ１０は液相状態の媒体６０と接触しているので、液相状態の媒体６０を固化した後、基板３０及びカーボンナノチューブアレイ１０は緊密に結合される。基板３０をカーボンナノチューブアレイ１０と更に緊密に結合させるために、好ましくは、基板３０の材料は液相状態の媒体６０に対して濡れ性の良い材料である。

一つの例において、基板３０、液相状態の媒体６０、カーボンナノチューブアレイ１０及び成長基板２０からなる積層構造体の温度を、低温箱７０の中で凝固点以下に低下させる。例えば、該低温箱７０は冷蔵庫の冷凍室である。

図８を参照すると、もう一つの例において、ステップ（Ｓ３２２）において、液相状態の媒体６０をカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４に設置する際、まず、基板３０の温度を凝固点以下に低下させる。次に、温度を凝固点以下に低下させた基板３０を、液相状態の媒体６０を有するカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４と接触させる。具体的には、低温箱７０の温度を凝固点以下に低下させて、基板３０を低温箱７０に特定の時間を置いた後、取り出す。基板３０の温度は、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４における液相状態の媒体６０を固体の媒体６０’に変化させることができる。これにより、基板３０、液相状態の媒体６０、カーボンナノチューブアレイ１０及び成長基板２０からなる前記積層構造体を、低温箱７０に置く必要がなくなる。

ステップ（Ｓ３２３）において、カーボンナノチューブアレイ１０が基板３０と結合し、成長基板２０から分離する。好ましくは、カーボンナノチューブアレイ１０におけるすべてのカーボンナノチューブを同時に成長基板２０から脱離させる。即ち、基板３０及び成長基板２０うちの少なくとも一方の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直であり、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの成長方向に沿って成長基板２０から脱離させる。基板３０及び成長基板２０が共に移動する際、両者の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直である。

ステップ（Ｓ３２４）において、温度を上昇させることによって、固体の媒体６０’を液相状態の媒体６０に溶解させ、且つ液相状態の媒体６０を乾燥させ、或いは固体の媒体６０’を直接に昇華させ、固体の媒体６０’を除去する。固体の媒体６０’を除去する工程は、カーボンナノチューブアレイ１０の形態に影響を与えない。固体の媒体６０’の厚さが薄いので、固体の媒体６０’を除去した後、カーボンナノチューブアレイ１０は弾性代替基板３０の表面と接触でき、且つ分子間力で結合する。

固体の媒体６０’を除去した後、カーボンナノチューブフィルム４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できるようにするために、ステップ（Ｓ３２１）からステップ（Ｓ３２４）まで、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を基本的に維持する必要がある。

本実施形態において、カーボンナノチューブアレイ１０を転移する工程において、固体の媒体６０’によって、カーボンナノチューブアレイ１０と基板３０との間の結合力を増加させて、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０と分離させることができる。また、第二カーボンナノチューブフィルム４２を引き出す前に、固体の媒体６０’を除去し、カーボンナノチューブアレイ１０と基板３０との間の結合力を、第二カーボンナノチューブフィルム４２を連続的に引き出すことができるまでに減少させる。これにより、基板３０の材料は制限されず、弾性基板或いは硬質基板でもよい。

カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から基板３０に移転することによって、カーボンナノチューブアレイが設置される基板３０としてコストが低い材料を選択することができ、カーボンナノチューブアレイ１０の生産者は、カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板に転移することで、カーボンナノチューブアレイ１０と基板３０とを共にユーザーに提供する一方で、コストが高い成長基板２０は回収することができるので、生産プロセスを簡単にでき、生産コストを低くすることができる。

１０ カーボンナノチューブアレイ
１０２ 第一表面
１０４ 第二表面
１０６ 溝
１２ 保留領域
１４ 除去領域
２０ 成長基板
２２ スペーサ装置
２０２ 第三表面
３０ 基板
３０２ 第四表面
３０４ 微構造体
４０ 第一カーボンナノチューブフィルム
４２ 第二カーボンナノチューブフィルム
５０ 引き工具
６０ 液相状態の媒体
６０’ 固体の媒体
７０ 低温箱
８０ 支持素子
９０ 第一電極
９２ 第二電極
１００ 熱音響装置

Claims (3)

1. 熱音響装置の基板を提供する第一ステップと、
   前記基板の表面に、第一電極及び第二電極を形成する第二ステップと、
   カーボンナノチューブアレイを成長基板から熱音響装置の前記基板に転移し、且つ前記第一電極及び前記第二電極を被覆する第三ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの前記基板に近接する表面は第二表面であり、前記第二表面と対向する表面は第一表面であり、前記カーボンナノチューブアレイの形態は第二カーボンナノチューブフィルムを前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる形態である第三ステップと、
   前記カーボンナノチューブアレイの第一表面をレーザーでエッチングし、前記カーボンナノチューブアレイを二つの領域に区分する第四ステップであって、前記二つの領域は保留領域及び除去領域であり、前記保留領域は前記第一電極及び前記第二電極を被覆している領域であり、前記除去領域は前記第一電極及び前記第二電極を被覆していない領域である第四ステップと、
   前記除去領域における前記カーボンナノチューブアレイを引き出すことによって、前記除去領域における前記カーボンナノチューブアレイを除去し、前記保留領域における前記カーボンナノチューブアレイを保留し、前記第一電極及び前記第二電極にそれぞれ支持素子を形成する第五ステップと、
   第一カーボンナノチューブフィルムを前記支持素子の前記第一電極及び前記第二電極と接触する表面の反対面に設置し、前記支持素子で前記第一カーボンナノチューブフィルムの少なくとも一部を懸架させる第六ステップと、を含むことを特徴とする熱音響装置の製造方法。
2. 基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも二つの支持素子と、第一カーボンナノチューブフィルムと、を含む熱音響装置であって、
   前記第一電極及び前記第二電極は相互に間隔をあけて、基板の表面に設置され、
   少なくとも二つの前記支持素子は相互に間隔をあけて、前記第一電極及び前記第二電極の基板と接触する表面の反対面にそれぞれ設置され、
   前記第一カーボンナノチューブフィルムは、少なくとも二つの前記支持素子の前記第一電極及び前記第二電極と接触する表面の反対面に設置され、且つ前記第一カーボンナノチューブフィルムの少なくともの一部は少なくとも二つの前記支持素子によって懸架され、
   前記第一カーボンナノチューブフィルムは前記支持素子によって、前記第一電極及び前記第二電極とそれぞれ電気的に接続され、
   前記支持素子は並列に配列して設置された複数のカーボンナノチューブを含み、
   複数の前記カーボンナノチューブの軸向方向は基板の表面と垂直であることを特徴とする熱音響装置。
3. 前記支持素子はカーボンナノチューブアレイを含むことを特徴とする、請求項２に記載の熱音響装置。