カーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブを分別する方法
【課題】カーボンナノチューブを特性毎に分別する。
【解決手段】本発明の例に関わるカーボンナノチューブの分別装置は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブＳＣＮＴと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブＭＣＮＴとが共通に導入される導入部２と、第１及び第２のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部４Ａ，４Ｂと、第１及び第２のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する搬送部３と、搬送部３に隣接して配置され、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して磁場Ｈを印加する磁場発生部５とを具備し、第１の磁気特性と磁場Ｈとの相互作用によって、第１のカーボンナノチューブＳＣＮＴと第２のカーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する。
【解決手段】本発明の例に関わるカーボンナノチューブの分別装置は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブＳＣＮＴと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブＭＣＮＴとが共通に導入される導入部２と、第１及び第２のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部４Ａ，４Ｂと、第１及び第２のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する搬送部３と、搬送部３に隣接して配置され、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して磁場Ｈを印加する磁場発生部５とを具備し、第１の磁気特性と磁場Ｈとの相互作用によって、第１のカーボンナノチューブＳＣＮＴと第２のカーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブを分別する方法に係り、特に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、１枚のグラファイトシートを丸めた円筒状の物質であり、カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ程度から数十ｎｍの極めて微細で安定な構造を有している。カーボンナノチューブは、フォトリソグラフィによる微細加工の限界を超えた、より微細なナノ電子デバイス材料として注目されている。また、近年では、カーボンナノチューブがバリスティック伝導を示す可能性があることも示唆されており、高速動作が可能なトランジスタの材料としての期待されている。
【０００３】
カーボンナノチューブを用いてトランジスタ等の電子デバイスを作製するためには、カーボンナノチューブの電子的特性、特にそのバンドギャップを所定の値に揃えることが求められる。
【０００４】
しかしながら、カーボンナノチューブは、カイラリティ（螺旋度）、直径、及び長さなどの幾何学的な構造によって、その電子的特性を決定づけるバンドギャップは変動し、金属的な性質を示したり半導体的な性質を示したりする。
【０００５】
カーボンナノチューブの合成方法としては、現在、炭化水素触媒分解法など種々の方法が知られているが、合成段階で幾何学的な構造をそろえることは極めて困難である。そのため、同一条件下で合成されたカーボンナノチューブであっても、それらの特性は、通常ばらばらになってしまう。
【０００６】
例えば、特許文献１には、形成された複数のカーボンナノチューブ表面を金属層で覆う技術が開示されている。この技術によって、金属層によって表面が覆われたカーボンナノチューブのすべては、金属的な性質を示す。しかし、この場合、半導体的性質を示すカーボンナノチューブも、金属的な性質を有してしまい、カーボンナノチューブの半導体的性質を活用することはできない。
【０００７】
また、近年では、カーボンナノチューブを用いたトランジスタの作製方法において、「建設的破壊」と呼ばれる手法を用いて、トランジスタに使用するための半導体的性質を有するカーボンナノチューブが、選択的に取得されている。この方法では、複数のカーボンナノチューブがシリコン基板上に並べられ、各カーボンナノチューブに電圧が印加される。これによって、金属的性質のカーボンナノチューブのみを、電圧の印加によって選択的に焼き切り、半導体的性質のカーボンナノチューブのみを基板上に残存させている。この場合、金属的な性質を有するカーボンナノチューブは消失するので、金属的な性質を有するカーボンナノチューブを他のデバイスに活用できない。
【０００８】
以上のような方法を用いて、カーボンナノチューブの特性が分別されているが、カーボンナノチューブの実用化のためには、カーボンナノチューブの特性を簡便且つ効率的に特定することが求められている。さらには、特性の異なるカーボンナノチューブを用途に応じて有効に使い分け、カーボンナノチューブを用いたデバイスの特性のばらつきを抑制することが求められる。
【特許文献１】特表２００５−５３２９１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、カーボンナノチューブをその特性毎に分別する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例に関わるカーボンナノチューブの製造装置は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと前記第１の磁気特性とは異なった第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとが共通に導入される導入部と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブを、前記導入部から前記第１及び第２の回収部まで搬送する搬送部と、前記搬送部に隣接して配置され、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに対して磁場を印加する磁場発生部と、を具備し、前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを備える。
【００１１】
本発明の例に関わるカーボンナノチューブを分別する方法は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとを同時に導入する工程と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに磁場を与え、前記磁場と前記第１の磁気特性との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと第２のカーボンナノチューブとを分別する工程と、前記分別された前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを、それぞれ異なって回収する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の例によれば、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
［概要］
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態の概要について説明する。
【００１５】
（１） カーボンナノチューブの特性
はじめに、カーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube）の特性について、述べる。
【００１６】
一般に、グラファイトやカーボンナノチューブのような六員環から構成される物質は、反磁性磁場配向により、磁場と反対方向に磁化される反磁性（第１の磁気特性）の性質を有する。
但し、カーボンナノチューブは、同一条件下であっても、カーボンナノチューブ毎の形成過程の違いによって、カイラリティ（螺旋度）や単層（Single Wall）／多層構造（Multi Wall）の違いが生じ、バンド構造などの特性の異なるカーボンナノチューブが形成される。尚、カイラリティとは、カーボンナノチューブを構成するグラフェンシートのねじれ方のことである。
【００１７】
これによって、金属的な性質を有するカーボンナノチューブ（以下、金属性カーボンナノチューブと呼ぶ）と、半導体的な性質を有するカーボンナノチューブ（以下、半導体性カーボンナノチューブと呼ぶ）とが、同一条件下の同一基板上に形成される。
【００１８】
金属性カーボンナノチューブのバンド構造は、金属のバンド構造と同じく、価電子帯と伝導帯とが直接接触した構造となり、半導体性カーボンナノチューブのバンド構造は、半導体のバンド構造と同じく、価電子帯と導電帯との間に禁制帯（バンドギャップ）が存在する構造になる。カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさは、０ｅＶ以上２．５ｅＶ以下程度の大きさを有する。バンドギャップの大きさが０ｅＶのカーボンナノチューブは、金属性カーボンナノチューブである。
【００１９】
このようなバンド構造の違いによって、半導体性カーボンナノチューブの伝導帯中には、自由電子がほとんど存在せず、金属性カーボンナノチューブの伝導帯中には、自由電子が潤沢に存在する。尚、金属性カーボンナノチューブの伝導帯に存在する荷電子の数はカーボンナノチューブを構成する炭素数とほぼ同程度と見積もることができる。これは、カーボンナノチューブを構成する炭素（Ｃ）はｓｐ３混成軌道を形成しているため、４本の結合手のうち３つの結合手は隣接する炭素との共有結合に使われ、残りの１つが不対電子として残り、この不対電子が自由電子の振舞うためである。
【００２０】
このように、金属性カーボンナノチューブは伝導帯中に自由電子が多数存在するため、金属性カーボンナノチューブは、その表面の自由電子に起因して、パウリ常磁性（第２の磁気特性）を示し、正の磁化率を有する。
カーボンナノチューブと同様にグラフェンシートからなるグラファイトは、自由電子が伝導帯中に十分に存在すると、そのパウリ常磁性係数は、０．３５×１０−６〜０．７×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］を示す（例えば、V.Yu. Osipov, pp. 1225-1234, Carbon, 44 (2006) 参照）。
【００２１】
一方、上記のように、半導体性カーボンナノチューブは、反磁性（第１の磁気特性）の磁気特性を示し、負の磁化率を有する。半導体性カーボンナノチューブにおいて、室温における反磁性係数は、約−５×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］程度の大きさを示す（例えば、O. Chauvet, Phys. Rev., B52, R6963 (1995) 参照）。反磁性材料は磁場の印加に対して、その磁場の磁束密度を減少させる方向に、電子のスピンが向き、常磁性材料は磁場と同一方向に電子のスピンが向く。尚、磁束密度を減少させる方向とは、同じ磁極の磁石同士が反発する方向である。
このように、反磁性の性質を有する半導体性カーボンナノチューブは、常磁性の性質を有する金属性カーボンナノチューブとは異なって、印加された磁場の方向に対して反発する方向の力を受ける。
【００２２】
また、半導体性カーボンナノチューブは、一般的な半導体材料と同じく、バンドギャップを有している。半導体性カーボンナノチューブにおいて、そのバンドギャップの大きさは、例えば、０ｅＶより大きく２．５ｅＶ以下程度を示す。半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさも、金属性と半導体性のカーボンナノチューブの違いと同様に、カイラリティや単層／多層構造に起因して、半導体性カーボンナノチューブ毎に異なった大きさになる。
【００２３】
通常の半導体と同様に、半導体性カーボンナノチューブに、そのバンドギャップの大きさに対応する光又は熱エネルギーが与えられると、価電子帯中の自由電子が励起され、その自由電子は伝導帯へ遷移する。
【００２４】
（２） カーボンナノチューブの分別
上記のように、カーボンナノチューブにおいては、半導体的な性質を有するカーボンナノチューブと金属的な性質を有するカーボンナノチューブとで、磁気特性が異なる。
【００２５】
以下で述べる実施形態並びに応用例においては、半導体性カーボンナノチューブ（反磁性）と金属性カーボンナノチューブ（表面電子に起因して常磁性）とに磁場を印加した際の、反発力の発生の有無を利用し、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとを分別する装置及び方法について、説明する。
【００２６】
図１を用いて、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブを分別するための原理について、説明する。図１は、カーボンナノチューブを分別するための原理を説明するための模式図である。
【００２７】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは反磁性を有する。一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、表面の自由電子に起因して、常磁性を有する。
半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、磁性体（例えば、磁石）１１を接近させると、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、その磁気特性である反磁性（負の磁化率）により、磁性体１１の磁場方向と反対方向に磁化する。そのため、半導体性カーボンナノチューブには、磁性体が発する磁力線（磁場）ＭＦＬと反対の向きの磁力線ＭＦＬ’が発生する。
【００２８】
半導体性／金属性カーボンナノチューブに磁性体１１を接近させていくと、磁性体１１と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間の磁力線ＭＦＬ，ＭＦＬ’の相互作用が強くなる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、その反磁性に起因する反発力Ｆが与えられる。
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの磁気特性は常磁性（正の磁化率）であるため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁性体１１の磁力線（磁場）の向きと同じ方向に弱い磁化を示す。そのため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと磁性体１１との間の相互作用は実質的に生じない。
【００２９】
このように、反磁性の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、反発力は発生するが、常磁性の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴには、反発力（及び吸引力）は発生しない。
この反発力Ｆによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、加速度が与えられ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴはその加速度の方向に移動する。
【００３０】
上述のように、本発明の実施形態においては、磁気特性の違いに起因する反発力の有無を利用して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが混在したカーボンナノチューブの集まりの中から、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを選択的に取り出し、カーボンナノチューブの特性に応じて分別する。
【００３１】
さらに、本発明の実施形態においては、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、バンドギャップの大きさ毎に分別する構成及び方法についても説明する。
【００３２】
半導体材料に、熱エネルギーの印加またはレーザ光の照射によりある一定以上のエネルギーを与えると、価電子帯にある電子がバンドギャップを超えて伝導帯に移ることが知られている。この現象を利用して、本発明の実施形態においては、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさ毎に分別する。
【００３３】
図２に示すように、外部から光又は熱エネルギーＥが、バンドギャップＥｇ１，Ｅｇ２の大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。尚、ここでは、バンドギャップＥｇ２がバンドギャップＥｇ１よりも大きく、又、外部エネルギーＥは、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であり、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーより小さい場合について、説明する。
【００３４】
与えられたエネルギーＥの大きさが、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であって、価電子帯の電子が伝導帯にまで遷移されるのに十分な大きさを有していると、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、擬似的に金属的な性質を示す。つまり、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１の磁気特性は、電子が励起されている間、一時的に常磁性になる。
【００３５】
一方、与えられたエネルギーＥが、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーよりも小さい場合、そのバンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、その価電子帯の電子が伝導帯まで遷移しない。そのため、その半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、外部エネルギーが与えられても、反磁性のままである。
【００３６】
そして、外部からエネルギーを与えた状態下において、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブの分別と同様に、一時的に常磁性を示す励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１と反磁性を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２とに磁場Ｈを与える。すると、一方の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２にのみ反発力Ｆが生じ、他方の励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１には反発力は生じない。
【００３７】
このように、共通の外部エネルギーＥが複数のカーボンナノチューブに外部から与えた状態で、磁場を印加することによって、与えられたエネルギーＥより大きいバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブ（励起状態の半導体性カーボンナノチューブ）の集まりの中から取り出せる。
【００３８】
それゆえ、本発明の実施形態においては、照射する光源の波長の長さや与える熱量の大きさを制御して、半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさに応じたエネルギーを与えることで、任意のバンドギャップの大きさのカーボンナノチューブを選択的に分別する。
【００３９】
以上のように、本発明の実施形態では、磁気特性の違いを利用することによって、金属性と半導体性のカーボンナノチューブのように、バンドギャップの大きさが異なるカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。
【００４０】
これによって、本発明の実施形態では、カーボンナノチューブの特性を分別するために、例えば、金属的性質のカーボンナノチューブを電気的に溶断するような、いずれか一方の特性を有するカーボンナノチューブを破壊する手法を用いずともよくなる。
【００４１】
したがって、本発明の実施形態によれば、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。また、本発明の実施形態によれば、同じ基板上に形成された半導体性又は金属性カーボンナノチューブの両方を活用できる。
【００４２】
［実施形態］
以下、図３乃至図１８を参照して、本発明の各実施形態について、説明する。
【００４３】
（１） 第１の実施形態
以下、図３乃至７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブを分別する方法として、カーボンナノチューブの特性・性質に応じて、カーボンナノチューブを分別する分別装置及び分別方法について、説明する。
【００４４】
（ａ） カーボンナノチューブの分別装置
図３及び図４は、カーボンナノチューブの分別装置の１つの構成例を示している。
【００４５】
図３は、カーボンナノチューブの分別装置の鳥瞰図を示している。図４（ａ）は、図に示される装置の平面構造を示す図である。また。図４（ｂ）は、図３に示される装置の磁場印加方向から見た断面図である。尚、図３及び図４は、本実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置１Ａの主要な構成要素を示しているのであって、図３及び図４に示される構成に他の要素を付加してもよいのは、もちろんである。
【００４６】
図３及び図４に示されるカーボンナノチューブの分別装置１Ａは、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを導入する導入部２、カーボンナノチューブを搬送する搬送部３、その特性がそれぞれ異なるカーボンナノチューブのそれぞれを回収する第１及び第２の回収部４Ａ，４Ｂ、そして、搬送部２上の複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加する磁場Ｈを発生する磁場発生部５とを有する。
【００４７】
複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、導入部２から搬送部３上に導入される。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、炭化水素触媒分解法、アーク放電法、レーザアブレーション法、及びプラズマ合成法等のうち、いずれか１つの合成方法が用いられて、形成される。但し、本実施形態で用いるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの合成方法は、ここで述べた合成方法に限定されない。
【００４８】
形成された複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴにおいて、カーボンナノチューブを構成するグラフェンシートのねじれ方（カイラリティ）や、単層（Single Wall）構造、多層（Multi Wall）構造など、カーボンナノチューブの構造が異なっていたりする。
【００４９】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶ以上から２．５ｅＶ以下程度になっている。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、上記のような構造の違いを一因として、ばらつきが生じている。
【００５０】
このように、同一基板上に同じ条件下で形成されたカーボンナノチューブであっても、それらの構造及びバンドギャップは均一ではない。それゆえ、装置１Ａ内に導入れた複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性は、その構造及びバンドギャップに起因してそれぞれ異なり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが混在している。尚、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶである。また、第１の実施形態においては、説明の簡単化のため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、単一の大きさとする。
【００５１】
搬送部３は、例えば、ベルトコンベアであって、カーボンナノチューブが搭載されるステージが、ある方向に沿って可動する。搬送部３は、この可動ステージによって、搭載されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する。本実施形態においては、搬送部３がカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴを搬送するための力のことを、搬送ベクトルと呼ぶ。図中において、搬送ベクトルを“Ｖ”と表記する。搬送部３は、所定の大きさの搬送ベクトルを有しており、その搬送ベクトルの大きさに基づいて、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴを搬送する。
【００５２】
磁場発生部５は、搬送部３のある領域３Ｂに隣接して設けられる。磁場発生部５は、所定の大きさの磁場Ｈを発生し、その磁場Ｈを搬送部３上の複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに印加する。磁場Ｈの方向は、例えば、図中のＡからＡ’へ向かう方向に設定される。磁場発生部５は、例えば、電磁コイルや磁石が用いられるが、その構成については、後述する。
【００５３】
ここで、搬送部３の構造の詳細について述べる。
磁場発生部５と隣接する搬送部３内の領域３Ｂにおいて、磁場発生部５が発生する磁場Ｈが、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに印加される。以下では、搬送部３内の領域３Ｂのことを、磁場印加領域３Ｂと呼ぶ。
この磁場印加領域３Ｂにおいて、搬送部３は、第１の回収部４Ａ側と第２の回収部４Ｂ側との２つの方向に分岐する。以下、第１の回収部４Ａ側へ分岐する部分３Ｄを第１の分岐部３Ｄと呼び、第２の回収部４Ｂ側へ分岐する部分を、第２の分岐部３Ｃと呼ぶ。また、搬送部３において、導入部２から磁場印加領域３Ｂまでの部分を共通部３Ａと呼ぶ。
【００５４】
分岐部３Ｃ及び共有部３Ａは、例えば、磁場印加領域３Ｂを介して導入部２から回収部４Ｂまで、Ｂ−Ｂ’方向に沿って直線状に延在している。分岐部３Ｃの搬送ベクトル方向は、例えば、共有部３Ａから磁場印加領域３Ｂ内までの搬送ベクトルと同じ方向になっている。このため、共有部３Ａと分岐部３Ｃとの間の搬送ベクトル方向は、Ｂ−Ｂ’方向に沿っている。
【００５５】
分岐部３Ｄは、磁場印加領域３Ｂから回収部４Ａまで、共有部３Ａ及び分岐部３Ｃの延在方向に対して水平斜め方向に延在している。このため、分岐部３Ｄの搬送ベクトル方向は、共有部３Ａと分岐部３Ｃとの間の搬送ベクトル方向（Ｂ−Ｂ’方向）とは異なった方向となっている。
尚、共通部３Ａ及び磁場印加領域３Ｂ内の搬送ベクトルの大きさ、第１の分岐部３Ｄ内の搬送ベクトルの大きさ、第２の分岐部３Ｃ内の搬送ベクトルの大きさは、同じ大きさであっても良いし、それぞれ異なる大きさであっても良い。
【００５６】
磁場印加領域３Ｂ内において、共通部３Ａを介して搬送された複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、それらの磁気特性と与えられた磁場Ｈとの相互作用により、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとに、分別される。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴと磁場Ｈとの相互作用の詳細については、後述する。
【００５７】
金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを搬送するための分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、分岐部３Ｃを介して、回収部４Ｂ内に回収される。分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、分岐部３Ｄを介して、回収部４Ａ内に回収される。
このように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとは、それぞれ異なった回収部４Ａ，４Ｂ内に回収される。
【００５８】
本実施形態において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、磁場印加領域３Ｂ内で、磁場Ｈが与えられる。この磁場Ｈと反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間に、反発力が生じる。一方、常磁性を示す金属カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈに起因した反発力は生じない。
【００５９】
反発力が与えられる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、反発力（磁場）の方向と搬送ベクトル方向との合成ベクトル方向に加速度が与えられる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄ内へはじき出され、分岐部３Ｄ上に移動する。
【００６０】
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、反発力が生じないので、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｃ内へ、搬送ベクトルによって移動する。
【００６１】
このように、磁場Ｈの作用によって、異なる磁気特性を有する半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、磁場印加領域３Ｂからそれぞれ異なった分岐部３Ｃ，３Ｄへ分けて、移動させることができる。
【００６２】
尚、この装置の系全体は、例えば、真空状態にされることが好ましい。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが、空気中の窒素分子などと衝突することによって、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄへはじき出されなくなるのを低減できる。この結果として、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを正確に分別できる。また、系全体の温度も制御され、例えば、一定の温度に設定されることが好ましい。
【００６３】
以上のように、本発明の第１の実施形態では、半導体性／金属性カーボンナノチューブの磁気特性の違いを利用して、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとを分別できる。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブを、それらの特性に応じて、簡便且つ効率的に分別できる。
また、本実施形態によれば、金属性及び半導体性のカーボンナノチューブを、それらの特性を損なうことなく、分別できる。それゆえ、同じ基板上に形成された金属性カーボンナノチューブ及び半導体性カーボンナノチューブの両方を、効率的に活用できる。
【００６５】
（ｂ） カーボンナノチューブの分別方法
以下、図５乃至図７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別方法について、説明する。尚、ここでは、図４に示されるカーボンナノチューブの選別装置１Ａも用いて、カーボンナノチューブの分別方法について、説明する。
【００６６】
まず、図４及び図５（ａ）に示されるように、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴが、導入部２から共通部３Ａ内に導入される。導入されたカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、それらの特性に応じた分別はなされておらず、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが混在している。上記のように、このようなカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性の違いは、カーボンナノチューブのカイラリティや単層／多層構造の違いに起因する。
共有部３Ａ内においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ及び金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、搬送ベクトルによって搬送される。
【００６７】
そして、図５（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、搬送ベクトルによって、搬送部３（例えば、ベルトコンベア）内の共通部３Ａから磁場印加領域３Ｂ内へ搬送ベクトル方向（Ｂ−Ｂ’方向）に沿って搬送される。
【００６８】
磁場印加領域３Ｂ内には、磁場発生部５が生じる磁場Ｈが供給されている。これによって、磁場印加領域３Ｂ内に搬送されたカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、磁場Ｈが印加される。図５中においては、磁場Ｈのベクトル方向は、Ａ−Ａ’方向になっている。但し、磁場Ｈのベクトル方向は、搬送ベクトル方向と交差する方向であればよく、搬送ベクトルと直交する方向に限定されない。
【００６９】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気特性は、反磁性（第１の磁気特性）である。そのため、その磁気特性と磁場Ｈとの相互作用により、反発力Ｆが、磁場印加領域３Ｂ内の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、与えられる。
また、磁場印加領域３Ｂ内において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの磁気特性（第２の磁気特性）は常磁性であるため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴに、反発力Ｆが与えられることはなく、また、磁場Ｈと磁気特性との相互作用も小さい。このため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈの影響をほとんど受けない。
【００７０】
ここで、図６を用いて、磁場Ｈと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間に生じる反発力Ｆの大きさについて、説明する。
【００７１】
図６に示すように、磁場発生源としての磁気双極子１１は、カーボンナノチューブＳＣＮＴと距離ｒを有している。磁気双極子１１は、磁気モーメントｍ１を有し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは磁気モーメントｍ２を有している。
【００７２】
この場合、磁気モーメントｍ１の磁気双極子１１が発する磁場Ｈ［Ａ／ｍ］において、距離ｒにおける磁場Ｈの大きさは、以下のように示される。
【数１】
【００７３】
（式１）において、θ＝０°のとき、磁場（磁界の強さ）Ｈは次のように表される。
【数２】
【００７４】
一方、双極子１１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁化される。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気モーメントｍ２は、カーボンナノチューブの単位体積あたりの磁化Ｉ、カーボンナノチューブの体積Ｖより、次のように示される。
【数３】
【００７５】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴの単位体積あたりの磁化Ｉは、質量磁化率χを用いて、以下のように示される。
【数４】
【００７６】
この２つの式を用いて、磁気モーメントｍ２は、以下の（式５）のように示される。
【数５】
【００７７】
磁気双極子１１の磁気モーメントｍ１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが受ける相互エネルギーＵは、（式６）のように示される。
【数６】
【００７８】
この（式６）により、磁気双極子１１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブが受ける力（反発力）Ｆ［Ｎ］は、θ＝０°のとき、次式のように示される。
【数７】
【００７９】
上述の（式２）において、例えば、距離ｒが１［ｃｍ］であって、磁気双極子１１の磁気モーメントｍ１が２×１０−７［Ｗｂ・ｍ］である場合、磁場Ｈは、２．４×１０４［Ａ／ｍ］になる。
【００８０】
また、例えば、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの直径は１０［ｎｍ］、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの長さは１００［ｎｍ］とする。この場合、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの体積Ｖは、７．７×１０−２４［ｍ−３］になる。
また、上記の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを構成するためのグラフェンシートの大きさは、３１．４［ｎｍ］×１００［ｎｍ］になる。図７に示される六員環１２において、１つの六員環に含まれる炭素原子の数は２個であり、共有結合をなす炭素の原子間距離ｄ＝０．１３９７［ｎｍ］なので、上記の大きさを有するグラフェンシート中に、炭素環は８０個×３００個、含まれる。１個の炭素原子の質量は、２×１０−２３［ｇ］であるので、上記のグラフェンシート（半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ）の質量ｍＳＣＮＴは、１×１０−２１［ｋｇ］になる。また、カーボンナノチューブの質量磁化率は５×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］であるが、この質量磁化率を体積磁化率に変換すると、１×１０−１１［Ｈ／ｍ］になる。
【００８１】
位置ｒ（＝１［ｃｍ］）における半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気モーメントｍ２は、（式５）によって、１．９×１０−３０［Ｗｂ・ｍ］になる。これらの磁気モーメントｍ１，ｍ２により、磁気双極子１１から距離ｒ離れた半導体性カーボンナノチューブが受ける力（反発力）Ｆは、（式７）に基づいて、５×１０−２３［Ｎ］になる。また、この力Ｆ（＝ｍＳＣＮＴ×ａ）を受けたカーボンナノチューブＳＣＮＴの加速度ａは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの質量ｍＳＣＮＴが１×１０−２１［ｋｇ］であるので、ａ＝０．０５［ｍ／ｃｍ２］になる。
【００８２】
このように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場Ｈによって、反発力Ｆが与えられ、上記の加速度を得て、分岐部３Ｄ側に移動する。
【００８３】
尚、ここで求められた半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが受ける力（反発力）は、一例であって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの形状（長さ及び太さ）や、磁気源１１（磁場発生部５）と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの距離に応じて、変化するのはもちろんである。
【００８４】
図５（ｂ）に示すように、磁場印加領域３Ｂは搬送ベクトルを有しているため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに与えられる反発力（加速度）Ｆの方向は、磁場ベクトル方向と搬送ベクトル方向との合成ベクトル方向となる。
【００８５】
これによって、図５（ｃ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトル方向（図中Ａ−Ａ’方向）と異なる方向に移動し、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄ内に、はじき出される。尚、上記のように、磁場Ｈの大きさ及びそれに起因する反発力Ｆは、磁場発生部５と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの距離に依存する。それゆえ、磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが磁場発生部５側から分岐部３Ｄまで移動するように、磁場印加領域３Ｂの幅及び長さが適宜設計されることが好ましい。
【００８６】
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈによる相互作用を受けないので、搬送ベクトル方向に沿って、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｃ内へ搬送される。
【００８７】
そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、分岐部３Ｄが有する搬送ベクトルによって搬送され、図４に示される回収部４Ａ内に回収される。金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、分岐部３Ｃが有する搬送ベクトルによって搬送され、回収部４Ｂ内に回収される。
【００８８】
以上のように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ及び金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、それらの異なる磁気特性と印加された磁場Ｈとの相互作用によって分別され、それぞれ異なった回収部４Ａ，４Ｂに回収される。
【００８９】
このように、本発明の第１の実施形態においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが反磁性を有し、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが常磁性を有しているように、磁気特性が異なっていることを利用して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する。
【００９０】
より具体的には、磁場Ｈを外部からカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、反磁性に起因する反発力を生じさせることによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが混在している集まりの中から、選択的に取り出している。
【００９１】
本実施形態では、カーボンナノチューブの特性及び構造を個別に調べずとも良く、また、上記の装置１Ａ（図３及び図４参照）のように簡便な装置で、一度に複数のカーボンナノチューブを、その特性（例えば、バンドギャップの大きさ）ごとに分別できる。
それゆえ、本実施形態に係るカーボンナノチューブの分別方法によれば、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをバンドギャップの大きさに応じて、分別できる。
【００９２】
又、本実施形態では、カーボンナノチューブが元来有する特性を利用しているので、カーボンナノチューブを分別するために、カーボンナノチューブに対して処理を施す必要はなく、形成時の状態のままのカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。さらに、複数のカーボンナノチューブに対して、それらの特性を損なうような処理や不要な特性のカーボンナノチューブを破壊するような処理を施す必要はなく、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとの両方を、形成時の特性のままで有効に利用することができる。
【００９３】
それゆえ、本実施形態のカーボンナノチューブの分別方法によれば、異なる特性のカーボンナノチューブを、特性に応じて適したデバイスにそれぞれ効率的に活用できる。
【００９４】
（２） 第２の実施形態
図８及び図９を用いて、本発明の第２の実施形態としてのカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法について、説明する。尚、第１の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて行う。
【００９５】
第１の実施形態においては、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、ある搬送ベクトルを有する搬送部３上に配置して、搬送部３内の磁場印加領域３Ｂを経由して、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂに機械的に搬送する例について述べた。
第２の実施形態においては、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、真空中、気体中或いは液体中を自由落下させて、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する例について説明する。
【００９６】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置の鳥瞰図及び断面図をそれぞれ示している。尚、図８及び図９は、本実施形態に係る分別装置の主要な構成要素を示すのであって、この構成に他の要素をさらに付加してもよいのは、もちろんである。
【００９７】
搬送部３の全体は、例えば、地表に対して直立した円筒から構成される。搬送部３を構成する円筒の内部は、例えば、真空状態である。又は、搬送部３を構成する円筒の内部は、気体又は液体で満たされる。搬送部３は、第１の実施形態と同様に、共通部３Ａ、磁場印加領域３Ｂ及び２つの分岐部３Ｃ，３Ｄを有する。また、磁場印加領域３Ｂに隣接して、磁場発生部５が配置される。磁場印加領域３Ｂにおいて、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、磁場Ｈが印加される。
【００９８】
第１の実施形態と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとが、導入部２内から搬送部３内に投入される。尚、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶであり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶより大きく、２．５ｅＶ以下程度である。
【００９９】
例えば、搬送部３の内部が、真空状態にされた場合、カーボンナノチューブは、自由落下により、導入部２から、搬送部３内の磁場印加領域３Ｂを通過し、回収部４Ａ，４Ｂに向かう。
【０１００】
また、搬送部３の内部に、気体又は液体が充填されている場合、それらの気体及び液体に流れを付与することができる。但し、この場合、気体及び液体の流れ（以下、流体と呼ぶ）が層流となる必要がある。流体が層流となるか乱流となるかは、レイノルズ数（Reynolds number）で表される指標に基づく。
レイノルズ数Ｒｅは、慣性力と流体の粘性による摩擦力との比で定義される無次元数であり、次の式で表される。
【数８】
【０１０１】
この（式８）において、Ｕは流体の特性速度（［ｍ／ｓ］）を示し、Ｌは特性長さ（［ｍ］）を示す。また、μは粘度又は粘性係数（［ｍ２／ｓ］）、ρは流体の密度（［Ｐａ・ｓ］）、νは流体の動粘度又は動粘性係数（［ｋｇ／ｍ３］）を、それぞれ示している。
【０１０２】
上式にから算出されるレイノルズ数Ｒｅが小さいということは相対的に粘性作用が強い流れということになり、レイノルズ数Ｒｅが大きいということは相対的に慣性作用が強い流れということになる。
【０１０３】
レイノルズ数Ｒｅが乱流と層流とを区別する指標に用いられる場合、一般に、円管内を流れる流体のレイノルズ数が２０００程度以下で層流、レイノルズ数が４０００程度以上を乱流とされている。また、流体中を流れる対象物体が平板の場合、レイノルズ数が４０００００以下であると、層流になる。
【０１０４】
本実施形態のように、カーボンナノチューブが流体の流れる方向に搬送される場合、気体／液体を適宜選択することで、落下（沈降）速度、換言すると搬送ベクトルの大きさ、を調整できる。これによって、磁場印加領域３Ｂ内におけるカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴの通過時間の最適条件を調整でき、カーボンナノチューブＭＣＮＴ、ＳＣＮＴに印加される磁場Ｈの積算時間を長くできる。
【０１０５】
搬送部３内に注入される液体に非導電性溶媒が用いられた場合、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに局所的に流れる渦電流を閉じ込める効果がある。
また、液体に導電性溶媒が用いられた場合、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴと導電性溶媒との間に、擬似的な電流ループを形成することができる。そのため、渦電流が流れる時間を一定に保つことができ、半導体性／金属性カーボンナノチューブの分離性に有効である。
【０１０６】
ブラウン運動による沈降速度の低下やカーボンナノチューブの移動（落下及び沈降）による乱流が生じる可能性がある。この影響は、液体、気体、真空の順で大きくなる。
【０１０７】
尚、気体を搬送部３内に充填する場合には、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、不活性な気体を用いることが好ましい。
【０１０８】
第１の実施形態のように、カーボンナノチューブを、例えば、ベルトコンベアを用いて機械的に搬送する場合、搬送速度（搬送ベクトル）を一定に保ち易い。しかし、機械部（ベルトコンベア）の振動、カーボンナノチューブと可動床との間に発生する分子間力（静電気力）による付着などに起因して、分別エラーが生じることが懸念される。
【０１０９】
これに対して、第２の実施形態のように、カーボンナノチューブを自由落下や沈降により搬送する場合には、機械的な振動や可動ステージ（ベルト）との間の付着などは生じず、また、カーボンナノチューブを分別するための装置自体も簡便化できる。
【０１１０】
さらに、導入部２から磁場印加領域３Ｂへの落下（沈降）速度は、真空、気体、液体の順に遅くなる。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの落下速度が遅くなる結果として、磁場印加部の通過時間が長くなり、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加される磁場Ｈの積算時間が増える。このため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとの分別効率を上げることができる。
【０１１１】
したがって、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。さらに、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの分別の精度を向上できる。
【０１１２】
（３） 第３の実施形態
本発明の第３の実施形態においては、図１０乃至図１２を用いて、基板２０から分離する前のカーボンナノチューブに対して、カーボンナノチューブをそれらの特性・性質に応じて分別する方法について、説明する。尚、第１及び第２の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１１３】
カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、例えば、図１０に示すように、基板２０上に形成された多孔質層２５を利用して形成される場合がある。多孔質層２５は複数の細孔Ｏを有する。細孔Ｏは基板２０上面に対して垂直方向に延在し、それらの細孔Ｏは、多孔質層２５内にほぼ規則的に配置されている。多孔質層２５には、アルマイト層、ゼオライト層、メソポーラスシリカ層などが用いられる。
【０１１４】
例えば、多孔質層２５にアルマイト層を用いる場合、細孔Ｏはアルミニウムを陽極酸化することによって形成できる。具体的には、希硫酸を電解液として用いて、アルミニウムを陽極で電解し、酸化させる。これによって、アルマイトからなる多孔質層２５と、多数の細孔Ｏが形成される。この場合、細孔Ｏの底部、つまり、基板上に、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の多孔質層（アルマイト層）が残存する。そこで、陽極酸化後に、全面ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）または全面スパッタなどによって、細孔Ｏの底部に形成された多孔質層２５を除去し、基板２０表面を露出させる。
【０１１５】
このような多孔質層２５を利用した形成方法において、形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、例えば、図１１に示される構造を有する。
【０１１６】
カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、細孔Ｏ底部の基板２０表面の触媒粒子（例えば、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ））を核に、細孔の延在方向に沿って成長し、細孔Ｏ内に形成される。この触媒粒子を核に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴまたは金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのいずれかが、形成される。
【０１１７】
また、カーボンナノチューブは、基板２０表面の触媒粒子を核に、バンブーライク（Bamboo-like）構造と呼ばれる構造を有して、形成される場合がある。バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴは、細孔Ｏの延在方向に沿って、複数回にわたって段階的に成長することによって形成され、１本のカーボンナノチューブ内に竹の節のような接合部Ｊを有している。そのカーボンナノチューブＢＣＮＴは、その接合面Ｊを境界に、異なる特性・性質を有する場合がある。その一例として、１本のバンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴにおいて、基板２０側の部分は金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴになり、カーボンナノチューブが有する接合部（節）Ｊを境界に上側の部分は、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴになる。
【０１１８】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴ及びバンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴの底面が、基板２０に直接接触し、触媒粒子がカーボンナノチューブの上端側に存在する場合もある。本実施形態においては、上記のように製造されたカーボンナノチューブに対して、半導体性の特性を有するカーボンナノチューブ又はその一部分を、その磁気特性と磁場Ｈとの相互作用（反発力Ｆ）によって、カーボンナノチューブＳＣＮＴを基板２０又は触媒粒子から切断し、バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴにおいては接合部Ｊを境界に切断する。これによって、半導体性のカーボンナノチューブが選択的に取り出される。具体的な方法については、以下の通りである。
【０１１９】
まず、硫酸などの薬液を用いて、触媒粒子が除去される。カーボンナノチューブの底面に触媒粒子がある場合、触媒粒子の除去の結果として、それらのカーボンナノチューブは、薬液内に、分離される。例えば、薬液内に分散したカーボンナノチューブは、第１及び第２の実施形態で述べた手法を用いて、半導体性カーボンナノチューブが選択的に取り出される。
また、カーボンナノチューブの上端側に触媒粒子がある場合、即ち、カーボンナノチューブの底面が基板２０と接合している場合、触媒粒子は薬液によって除去されるが、カーボンナノチューブは基板２０と接合した状態を保持する。
特に、触媒粒子が強磁性体である場合、後述の方法を用いることができない。そのため、半導体性カーボンナノチューブを基板２０から選択的に分離する前に、薬液によって触媒粒子を除去しておくことが好ましい。
【０１２０】
そして、図１２に示すように、基板２０の上下を反転させて、多孔質層２５が下側、基板２０が上側になるようにする。そして、磁場発生部５が発生させる磁場Ｈが、基板２０の裏面側から、基板２０上に形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、印加される。
【０１２１】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、その磁気特性（反磁性）と磁場との相互作用による反発力Ｆによって、基板２０から切断される。そして、切断された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、図１２に示す例では、自由落下し、回収部４Ｃ内に回収される。
一方で、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは常磁性を有しているため、磁場Ｈに起因した反発力Ｆは与えられない。それゆえ、接合部Ｊにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは接合状態を保ったまま、基板２０上に残存する。
【０１２２】
また、バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴは、図１１に示すように、接合部Ｊを有している。この接合部Ｊの原子間の結合力は、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの本体部分の原子間の結合力に比べて弱い。
【０１２３】
本実施形態においては、基板２０上のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、希釈したＰＤＭＳ（ポリジメチルソロキシ酸）等の薬液を用いた弱いエッチング処理が施される。ＰＤＭＳ等の薬液を用いた処理は、硫酸を用いた処理の前に行っても良いし、硫酸を用いた処理の後に行っても良い。
【０１２４】
このエッチング溶液（ＰＤＭＳ）の濃度は、カーボンナノチューブが分解されない濃度であって、カーボンナノチューブの本体部分にほぼダメージを与えない濃度である。但し、上述のように、接合部Ｊの結合力は弱いため、低濃度の溶液であっても、接合部Ｊの境界部分における結合力はさらに弱くなる。
【０１２５】
そして、上述と同様に、図１２に示すように、基板２０の上下を反転させて、多孔質層２５が下側、基板２０が上側になるように、配置する。そして、磁場発生部５が発生させる磁場Ｈが、基板２０の裏面側から、基板２０上に形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、印加される。
【０１２６】
ＰＤＭＳを用いたエッチング処理により、接合部Ｊの結合は弱くなっているので、半導体性の部分（単に、半導体性カーボンナノチューブと呼ぶ）ＳＣＮＴは、その磁気特性（反磁性）と磁場との相互作用による反発力Ｆによって、接合部Ｊを境界に、基板２０上の部分から切断される。そして、切断された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、図１２に示す例では、自由落下し、回収部４Ｃ内に回収される。
一方で、金属性の部分（単に、金属性カーボンナノチューブと呼ぶ）ＭＣＮＴは常磁性を有しているため、磁場Ｈに起因した反発力Ｆは与えられない。それゆえ、接合部Ｊにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは接合状態を保ったまま、基板２０上に残存する。以上のように、それぞれ異なるバンドギャップの大きさを有する半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、分別できる。
【０１２７】
本実施形態では、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが基板２０上から分離されていない状態で、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別できる。そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを磁場Ｈに起因した相互作用によって基板２５から分離し、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを基板２５上に残存させる。
【０１２８】
このように、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性（バンドギャップの大きさ）に応じた分別と、カーボンナノチューブＳＣＮＴの基板２０からの分離とを同時に実行できる。それゆえ、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの製造を、簡便且つ効率的に実行できる。
【０１２９】
また、ある特性のカーボンナノチューブ（本例では、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴ）は基板２５上に残存するので、そのカーボンナノチューブＭＣＮＴを後述するデバイスに適用する場合に、そのデバイスの製造工程を簡便化且つ効率化できる。
【０１３０】
したがって、本発明の第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。
【０１３１】
（４） 第４の実施形態
図１３乃至図１５を用いて、本発明の第４の実施形態について、説明する。尚、第１乃至第３の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１３２】
第１乃至第３の実施形態においては、磁気特性の違いによって、半導体性のカーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性のカーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する装置及び方法について説明した。
上記のように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶであり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶより大きく、２．５ｅＶ以下である。このバンドギャップの範囲において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、それらが同一の形成条件で、同一の基板上に形成されていても、それぞれ異なった大きさのバンドギャップを有する場合がある。
半導体性カーボンナノチューブをより好ましいデバイスに適用するためには、半導体性カーボンナノチューブを、バンドギャップの大きさに応じて、さらに分別することが望まれる。
【０１３３】
それゆえ、本発明の第４の実施形態においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、大きさの異なるバンドギャップ（Ｅｇ＞０）毎に分別する方法について、説明する。
【０１３４】
上述のように、本発明の第１乃至第３の実施形態は、カーボンナノチューブ内の自由電子の存在の有無に起因する磁気特性の違いに着目して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別している。
【０１３５】
ここで、本発明の第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態に加えて、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を分別する。このため、本実施形態においては、磁場印加領域３Ｂを通過している途中に、バンドギャップの大きさの違いを利用する前処理を施す。
【０１３６】
具体的には、あるバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブに対して、その価電子帯の電子を伝導帯まで遷移させるエネルギーＥを与える。
【０１３７】
このエネルギーＥを与えるため、例えば、図１３及び図１４に示すように、カーボンナノチューブ分別装置１Ｃ，１Ｄは、励起部８Ａ，８Ｂをさらに備える。
【０１３８】
図１３及び図１４は、本実施形態に係るカーボンナノチューブの選別装置１Ｃ，１Ｄの構成をそれぞれ示している。図１３（ａ）及び図１４（ａ）は装置１Ｃ，１Ｄの平面構造を示し、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）は装置１Ｃ，１Ｄの断面構造を示す。
【０１３９】
図１３に示す例のカーボンナノチューブの分別装置１Ｃにおいて、励起部８Ａは、例えば、レーザ装置である。レーザ装置８Ａは、例えば、レーザ発振器８１と、レンズやミラーから構成される光学系８２を備えている。レーザ発振器８１は、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、色素レーザなどのうち、少なくともいずれか１つが用いられる。ＹＡＧレーザ及びガラスレーザの出力する光の波長は、１．０６μｍ程度である。ルビーレーザの出力する光の波長は、０．６９μｍ程度である。色素レーザの出力する光の波長は、０．４〜０．７μｍ程度である。
【０１４０】
レーザ装置８Ａは、例えば、磁場印加領域３Ｂ内のカーボンナノチューブＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、レーザ光を照射し、光エネルギーをカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＭＴ２に与える。
【０１４１】
このように、レーザ光を複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＭＴ２に照射することによって、複数のカーボンナノチューブのうち、その光の波長に対応したバンドギャップエネルギー以下の半導体性カーボンナノチューブを、選択的に励起状態にする。
【０１４２】
また、励起部は、レーザ装置８Ａの代わりに、図１４に示すカーボンナノチューブの分別装置１Ｄのように、加熱装置８Ｂであっても良い。
【０１４３】
加熱装置８Ｂは、例えば、ニクロム線８５を有する。加熱装置８Ｂは、搬送部３の共通部３Ａ内から磁場印加領域３Ｂ内において、ニクロム線８５に電流を流すことによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して直接加熱や輻射による熱量を与える。与えられた熱量に対応するバンドギャップのエネルギー以下の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、レーザ光を照射した場合と同様に、励起状態になる。
尚、外部エネルギーを与えられてからカーボンナノチューブが励起状態になるまでの応答速度は、レーザ装置８Ａを用いた光励起の場合に比較して、加熱装置８Ｂを用いた熱励起の場合には遅くなる。それゆえ、図１４に示すように、カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２が磁場印加領域３Ｂ内に到達するまでに励起状態になるように、共通部３Ａから磁場印加領域３Ｂまでの範囲を加熱領域として、共通部３Ａ内においても、搬送中のカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、熱量を与えておくことが好ましい。
【０１４４】
ここで、図１５を用いて、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に光を照射して、半導体性カーボンナノチューブを励起状態にする場合について説明する。ここでは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２のバンド構造が、直接遷移型の場合について説明する。
【０１４５】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１のバンドギャップＥｇ１は、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップＥｇ２より小さい。そして、レーザ装置８Ａは、波長λのレーザ光を出力する。そのレーザ光のフォトンエネルギーＥを、プランク定数ｈ、光速ｃ及び波長λで示す場合、Ｅ＝ｈｃ／λになる。このフォトンエネルギーが、外部エネルギーＥとして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。ここでは、外部エネルギー（フォトンエネルギー）Ｅの大きさは、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であり、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーよりも小さい場合について、説明する。
【０１４６】
このレーザ光が照射された複数のカーボンナノチューブのうち、外部エネルギーＥ＝ｈｃ／λ以下のバンドギャップ（バンドギャップエネルギー）Ｅｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、図１５（ａ）に示すように、波長λ１のレーザ光を吸収し、電子が価電子帯Ｅｖから伝導帯Ｅｃへ遷移し、励起状態となる。そのため、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴ１の表面は自由電子が増加し、擬似的に金属性の性質に変化する。その結果として、励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１の磁気特性も反磁性的な性質よりも、常磁性的な性質が強くなる。
【０１４７】
一方、図１５（ｂ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、外部エネルギーＥ＝ｈｃ／λよりも大きいバンドギャップエネルギーＥｇ２を有する。そのため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、レーザ光を吸収することはなく、励起状態にもならない。それゆえ、カーボンナノチューブ表面の自由電子は増えず、常磁性的性質が発現せず、バンドギャップＥｇ２を有するカーボンナノチューブＣＮＴ２は反磁性を示す。
【０１４８】
また、図１４に示すように、加熱処理によって、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１を、励起状態にする場合においても、レーザ光の照射を用いた場合と同様である。
即ち、バンドギャップＥｇ１におけるキャリアのバンド間遷移が生じる熱エネルギーが、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１に外部エネルギーＥとして与えられると、電子の熱励起により、価電子帯にあった電子が伝導帯に遷移する。このように、半導体性カーボンナノチューブは励起状態になり、そのカーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は常磁性的な性質が強くなる。これに対して、与えられた熱エネルギーが、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップエネルギーＥｇ２より小さければ、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、励起状態にならない。それゆえ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、反磁性を示す。
【０１４９】
そして、図１３及び図１４に示すように、磁場印加領域３Ｂ内において、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１と非励起状態（定常状態）の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２とに、外部エネルギーＥが供給されるのと同時に、磁場Ｈが供給される。非励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は反磁性なので、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、磁場Ｈとの相互作用によって、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄへはじき出される。
励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、上記のように、常磁性を強く示すようになる。それゆえ、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は磁場Ｈに起因する反発力を受けずに、搬送ベクトルによって、磁場印加領域３Ｂから分岐部３Ｃに搬送される。レーザ光が照射されなくなると、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、励起状態から定常状態に戻る。
【０１５０】
そして、バンドギャップＥｇ１，Ｅｇ２の大きさがそれぞれ異なる複数の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、バンドギャップの大きさ毎に異なる回収部４Ａ，４Ｂにそれぞれ回収される。
【０１５１】
尚、図１５では、半導体性カーボンナノチューブのバンド構造が、直接遷移型である場合を例に説明したが、間接遷移型でもよいのはもちろんである。間接遷移型の半導体性カーボンナノチューブにおいても、そのバンドギャップに応じたエネルギーよりも大きいエネルギーを吸収し、励起された電子が緩和されるときに、フォノンとの相互作用によって電子が熱せられて、カーボンナノチューブが励起状態になる。
【０１５２】
以上のように、外部エネルギーＥを与えることによって、そのエネルギーＥ以下のバンドギャップの大きさ（バンドギャップエネルギー）を有する半導体性カーボンナノチューブは励起状態になる。そして、励起状態になった半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、その伝導帯内に励起された電子が潤沢に存在する状態になるので、擬似的に金属性カーボンナノチューブになる。その結果として、励起状態の半導体性カーボンナノチューブの磁気特性は、常磁性を示す。
【０１５３】
一方、与えられたエネルギーよりも大きいバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブは、励起状態にならない。それゆえ、外部エネルギーを与えても、定常状態のままの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、反磁性を示す。この反磁性を示すカーボンナノチューブは、与えられた磁場Ｈによって、反発力が生じる。
【０１５４】
このように、本実施形態においては、外部エネルギーを与えて、半導体性カーボンナノチューブを励起状態にすることによって、そのエネルギーの大きさに対応するバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブの磁気特性が、一時的に変化することを利用して、異なるバンドギャップの大きさの半導体性カーボンナノチューブを分別できる。
【０１５５】
さらに、レーザ光の照射によってカーボンナノチューブを励起させる場合、照射するレーザ光の波長λは、使用するレーザ発振器８１の種類を変更することによって、変化できる。それゆえ、カーボンナノチューブが取りうるバンドギャップ（０＜Ｅｇ≦２．５）の範囲の中で、レーザ光の波長λを選択することで、所望のバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブを、分別できる。これと同様に、加熱による熱エネルギーを与えて、カーボンナノチューブを励起させる場合においても、加熱温度を制御することによって、所望するバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブを、分別できる。これは、半導体性カーボンナノチューブを用いたデバイスの特性の向上や、それらの特性のばらつきの抑制に貢献できる。
【０１５６】
尚、本実施形態においては、第１の実施形態に述べたカーボンナノチューブの分別装置１Ａに、励起部（レーザ装置）８Ａ又は励起部（加熱装置）８Ｂを備えた例を述べた。ただし、第２又は第３の実施形態に述べた装置の構成（図８、図９及び図１２参照）に、カーボンナノチューブに外部エネルギーを与えることができるように、励起部８Ａ又は励起部８Ｂをさらに具備しても、本実施形態と同様の効果が得られるのは、もちろんである。
【０１５７】
したがって、本発明の第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブ、特に、半導体的な特性を示すカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。
【０１５８】
（５） 第５の実施形態
図１６を用いて、本発明の第５の実施形態について、説明する。尚、第１乃至第４の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。図１６（ａ）は装置１Ｅの平面構造を示し、図１６（ｂ）は装置１Ｅの断面構造を示す。
【０１５９】
図１６に示すカーボンナノチューブの分別装置１Ｅは、振動部９をさらに備える。
振動部９は、カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、水平方向又は垂直方向の微振動を与える。例えば、この振動部９は、磁場発生部５と同様に、磁場を発生させることによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの反磁性を利用して、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴに振動を与える。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、振動部９は、図中の手前側から奥行き側、又は、奥行き側から手前側に向かって、交互に磁場を発生させる。即ち、カーボンナノチューブが搬送ベクトルによって搬送されることで、カーボンナノチューブＳＣＮＴに、ＢからＢ’（またはＢ’からＢ）に向かう方向と水平な方向の微振動が与えられる。または、カーボンナノチューブＳＣＮＴに、搬送部２のカーボンナノチューブが搭載される面に対して垂直方向（Ｃ−Ｃ’方向）の微振動が与えられる。
【０１６０】
このように、搬送中の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに選択的に振動を与えることで、カーボンナノチューブと可動ステージ（ベルトコンベア）との間に発生する分子間力（静電気力）による付着や、複数のカーボンナノチューブを搬送した場合における、カーボンナノチューブ間の付着及び絡まりに起因した分別エラーを、抑制できる。
【０１６１】
尚、振動部９が生じる振動は、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが特性毎に分別されるまでに与えられていればよい。そのため、振動部９は、搬送部３の共有部３Ａ及び磁場印加領域３Ｂまでの区間内に配置されていればよい。
【０１６２】
以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、第１乃至第３の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブを特性毎に分別でき、さらに、その分別の精度も向上できる。
【０１６３】
尚、図１６においては、第１の実施形態に示す装置に振動部９を備えた例を示しているが、これに限定されず、第２乃至第４に示す構成に対して、振動部９を付加した構成であってもよいのは、もちろんである。
【０１６４】
特に、第３の実施形態のように、磁場による反発力によって、半導体性カーボンナノチューブを選択的に切断して、特性ごとに分別する場合には、振動による外力をカーボンナノチューブに与えることができる。これは、半導体性カーボンナノチューブの切断による分別を効率化できる。また、エッチングによるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのダメージを低減できる。
【０１６５】
（６） 第６の実施形態
第１乃至第５の実施形態においては、主に、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置の全体構成について述べた。ここでは、図１７及び図１８を用いて、磁場発生部５の構成例について説明する。尚、第１乃至第５の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１６６】
図１７に示す例において、磁場発生部５は、電磁石から構成される。電磁石は、強磁性体（例えば、鉄（Ｆｅ））５１と、その磁性体５１に巻きつけられた導線（コイル）とを備える。導線５１には、電源５３と、スイッチ５４とが接続されている。
スイッチ５４がオフからオンに切り替えられることによって、導線５２に電流Ｉが流れ、磁性体５１が磁化する。これによって磁場Ｈが発生する。尚、スイッチがオフにされている時には、電流Ｉは導線５２に流れないので、磁場Ｈは発生しない。電磁石が発する磁場Ｈの方向は、磁場発生部５を配置した側から分岐部３Ｄ側に向かう方向（図１７中のＡからＡ’に向かう方向）に設定され、それに伴って、電流Ｉを流す向き及び導線５２の巻き方が設定されている。
【０１６７】
電磁石から構成される磁場発生部５は、導線５２を流れる電流の大きさを調整することにより、磁束密度を変化できる。それゆえ、電磁石を用いることによって、カーボンナノチューブに供給する磁場Ｈの大きさを、簡便に変化させることができる。
よって、例えば、磁石の往復運動などのように、永久磁石を動作させて、磁場を変化させる場合に比べて、機械的な振動などに起因する、磁場による反発力以外の外力がカーボンナノチューブに与えられることを防止できる。その結果、搬送されるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの分別の精度を向上できる。
【０１６８】
図１８は、図１７とは異なった磁場発生部５の構成例を示している。図１８に示す例では、磁場発生部５は、円筒状の回転部表面に磁性体（強磁性体）５７，５８が設けられた構造を有している。回転部には、Ｎ極の磁性体５７とＳ極の磁性体５８とが交互に配置されている。
図１８（ａ）に示される磁場発生部５は、磁場印加領域３Ｂの側部に隣接して配置されている。磁場発生部５は、搬送部のカーボンナノチューブが搭載される面表面に対して垂直方向に回転軸を有している。また、図１８（ｂ）に示される磁場発生部５は、磁場印加領域３Ｂの下方に設けられている。磁場発生部５は、搬送部のカーボンナノチューブが搭載される面表面に対して平行方向に回転軸を有している。
【０１６９】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示される磁場発生部５において、磁場Ｈの発生時に、回転部が高速に回転する。尚、回転部の回転方向は時計周り又は反時計回りのどちらであってもよい。
【０１７０】
このように、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示される磁場発生部５は、反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、最初は、磁場印加領域３Ｂに引き寄せるような磁場を与え、その後、磁場印加領域３Ｂからはじきだすような磁場を与える。この一連の動作（回転）によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトルとほぼ同じ方向に引き寄せられ、ある初速度を有した状態で、磁場印加領域３Ｂ内において、強い反発力を受ける。そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトル方向と磁場ベクトル方向との合成ベクトル方向に移動する。その結果として、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを精度良く分別することができる。
【０１７１】
以上のように、図１７及び図１８に示される構成によって、磁場発生部５は磁場印加領域３Ｂ内に、磁場Ｈを供給する。
【０１７２】
これによって、第１乃至第５の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別方法及び分別方法を用いて、特性（バンドギャップの大きさ）に応じて、カーボンナノチューブが分別される。
【０１７３】
［応用例］
図１９乃至図２１を用いて、本発明の実施形態の応用例について、説明する。尚、第１乃至第６の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１７４】
図１９に示すカーボンナノチューブの分別装置は、複数の磁場発生部５１〜５ｎが、直列に配列されている。この構成によれば、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、複数の磁場印加領域３Ｂ１〜３Ｂｎ内に、順次搬送される。
【０１７５】
複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを一度に大量に搬送する場合、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが磁場Ｈに起因した反発力が与えられても、反発力によるカーボンナノチューブの移動が他のカーボンナノチューブの存在によって妨げられてしまい、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが分別されずに、混在した状態で回収されてしまう場合がある。
【０１７６】
図１９に示す例のように、複数の磁場発生部５１〜５ｎを備えることで、半導体性カーボンナノチューブが１つめの磁場発生部５１の磁場Ｈによっては分別されず、その半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとともに、回収部４Ｂ側の分岐部３Ｃ１に搬送された場合、２つめの磁場発生部５２において、磁場Ｈが半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに再度供給される。そして、２つめの磁場発生部５２が発する磁場Ｈに起因した反発力によって、反磁性の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが、分岐部３Ｄ側へ分別される。
【０１７７】
このように、半導体性カーボンナノチューブの磁気特性（反磁性）と磁場Ｈとの相互作用を利用したカーボンナノチューブの分別を、複数回繰り返すことで、特性（バンドギャップの大きさ）の異なるカーボンナノチューブの分別を、精度良く実行できる。
【０１７８】
尚、磁場発生部５１〜５ｎのそれぞれが発生させる磁場Ｈの大きさは、すべて同じであってもよいし、それぞれ異なる大きさであってもよい。
【０１７９】
又、図２０に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２と金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別した後、それに連続して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさ毎に分別してもよい。
【０１８０】
図２０に示す装置においては、はじめに、磁場印加領域３Ｂ１内で、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２と金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが、磁場Ｈとそれらの磁気特性の相互作用によって、分別される。
【０１８１】
これによって、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、回収部４Ｂ内に回収される。
一方、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、分岐部３Ｄ１を経由して、磁場印加領域３Ｂ２内に搬送される。
【０１８２】
磁場印加領域３Ｂ２内において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１を励起させる外部エネルギーＥ（ここでは、光エネルギー）が、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。尚、外部エネルギーＥの大きさは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１のバンドギャップに対応するエネルギーの大きさ以上であって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップに対応するエネルギーの大きさより小さい。
【０１８３】
外部エネルギーＥを与えられることで、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は励起状態になり、一時的に常磁性を示すようになる。一方、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、励起状態になるのに十分なエネルギーが与えられないので、励起状態にならない。それゆえ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、反磁性のままである。
【０１８４】
これにより、磁場印加領域３Ｂ２内において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、その磁気特性（反磁性）と磁場Ｈとの反発力によって、分岐部３Ｄ２側にはじき出され、回収部４Ａ２内に回収される。一方、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は磁場Ｈによる反発力を受けない。そのため、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、分岐部３Ｃ２側へ搬送され、回収部４Ａ１内に回収される。
【０１８５】
以上のように、カーボンナノチューブの特性に応じた選別を、より効率的に実行できる。
【０１８６】
尚、図２０においては、１つの励起部８Ａを備えた装置の例を示しているが、これに限定されず、図２１に示すように、励起部８Ａを複数個備えた構成であっても良い。複数の励起部８Ａを備えた場合、励起部８Ａが出力する外部エネルギーの大きさをそれぞれ異ならせることで、バンドギャップの大きさ毎の分別が、より細分化して行える。図２１を用いて、より具体的に説明する。
【０１８７】
図２１に示す例では、励起部８Ａ１及び励起部８Ａ２は、それぞれ異なる波長λ１，λ２のレーザ光を発するレーザ発振部をそれぞれ用いている。
【０１８８】
例えば、図２０に示す例と同様に、まず半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが、磁場印加領域３Ｂ１内で、選別される。
【０１８９】
選別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、それぞれ異なる大きさのバンドギャップを有する。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１はバンドギャップＥｇ１を有し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２はバンドギャップＥｇ２を有する。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、バンドギャップＥｇ３を有する。これらのバンドギャップＥｇ１、Ｅｇ２，Ｅｇ３において、バンドギャップＥｇ３が最もバンドギャップエネルギーが大きく、バンドギャップＥｇ１が最もバンドギャップが小さい。バンドギャップＥｇ２は、バンドギャップＥｇ１とバンドギャップＥｇ２との間の大きさのバンドギャップエネルギーである。
【０１９０】
半導体カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、分岐部３Ｄ１から磁場印加領域３Ｂ２に搬送される。
磁場印加領域３Ｂ２において、半導体カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３に対して、エネルギーＥ１が与えられる。このエネルギーＥ１は、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上の大きさであって、バンドギャップＥｇ２，Ｅｇ３に対応するエネルギーより小さい。それゆえ、磁場印加領域３Ｂ２内において、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１はエネルギーＥ１によって励起状態になり、バンドギャップＥｇ２，Ｅｇ３をそれぞれ有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は定常状態のままである。
【０１９１】
これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、磁場発生部５２が生じる磁場Ｈとの相互作用により、分岐部３Ｄ２内にはじき出される。一方、励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、搬送ベクトルによって、分岐部３Ｃ２を経由して、回収部４Ａ１内に回収される。
【０１９２】
さらに、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は磁場印加領域３Ｂ３に搬送され、その領域３Ｂ３内において、励起部８Ａ２によって、エネルギーＥ２が与えられる。エネルギーＥ２は、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギー以上の大きさであって、バンドギャップＥｇ３に対応するエネルギーより小さい。それゆえ、磁場印加領域３Ｂ３内において、バンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は励起状態になり、バンドギャップＥｇ３をそれぞれ有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は定常状態のままである。これによって、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ２の磁気特性は、励起状態の間、常磁性を示し、磁場Ｈによる反発力を受けなくなる。一方、バンドギャップＥｇ３を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、磁場Ｈによる反発力を受ける。したがって、バンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、分岐部３Ｃ３を経由して、回収部４Ａ２に回収される。一方、バンドギャップＥｇ３を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、分岐部３Ｄ３を経由して、回収部４Ａ３に回収される。
【０１９３】
このように、異なる大きさのエネルギーを、半導体性カーボンナノチューブに順次与えることによって、エネルギーに対応するバンドギャップの大きさ毎に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３を分別できる。
【０１９４】
尚、図２０及び図２１においては、励起部８Ａ１，８Ａ２は、レーザ装置を用いているが、それに限定されず、加熱装置によって熱エネルギーを半導体性カーボンナノチューブに与えてもよいし、レーザ装置と加熱装置とを併用した構成であってもよい。
【０１９５】
図１９乃至図２１を用いて説明したように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別方法を適宜組み合わせることで、特性（バンドギャップの大きさ）に応じたカーボンナノチューブの分別の精度及び効率を向上できる。
【０１９６】
［適用例］
以下、図１乃至図２１を参照して説明したカーボンナノチューブの分別装置／分別方法によって分別されたカーボンナノチューブの適用例について、説明する。
【０１９７】
（Ａ） カーボンナノチューブに対する処理
図２２乃至図２７を参照して、デバイスにカーボンナノチューブに適用する際に、カーボンナノチューブに対して施す処理について説明する。
【０１９８】
（１）カーボンナノチューブの形状の均一化
図２２を用いて、カーボンナノチューブに対する処理の１つとして、カーボンナノチューブの形状（長さ）をそろえる方法について、説明する。
【０１９９】
カーボンナノチューブは、例えば、図１０及び図１１を用いて説明したように、アルマイトなどの多孔質層２５の細孔内に形成される場合がある。
【０２００】
この場合、形成されたカーボンナノチューブＣＮＴは、基板表面に交差する方向に成長する。尚、形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴは、半導体性カーボンナノチューブ及び金属性カーボンナノチューブの両方を含んでいる。
【０２０１】
この際、図２２（ａ）に示すように、カーボンナノチューブＣＮＴの上端が、細孔の開口部から突出するように、形成される。多孔質層２５の上面をストッパとして、カーボンナノチューブＣＮＴの上端を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、研削する。すると、図２２（ｂ）に示すように同一基板上に形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴの長さが、ほぼ同じになる。
【０２０２】
この後、上述の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置／分別方法を用いて、その長さが同じにされたカーボンナノチューブが、半導体性及び金属性の特性に応じて、分別される。
【０２０３】
このように、同一基板上に形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴにおいて、それらのカーボンナノチューブＣＮＴの長さを同じ長さにすることによって、金属性／半導体性カーボンナノチューブＣＮＴを後述のデバイスに適用するときに、素子特性のばらつきを抑制できる。
【０２０４】
（２） カーボンナノチューブの配置制御
ここでは、カーボンナノチューブを基板上の所定の位置に配置するための方法について、説明する。尚、ここで述べる方法は、金属性カーボンナノチューブ及び半導体性カーボンナノチューブに共通に適用できる。
【０２０５】
（ａ） 第１例
カーボンナノチューブが含まれる溶液を、溶液の流速及び流し込む時間を制御して、基板上に流した場合、複数のカーボンナノチューブは溶液が流れる方向に沿って基板上に配列する性質がある。
ここでは、この性質を利用して、複数のカーボンナノチューブを同時に基板上の所定位置に配置する方法の一例について、図２３乃至図２５を用いて、説明する。
【０２０６】
まず、図２３（ａ）に示すように、基板２０上に、多孔質層（例えば、アルマイト層）が、形成される。そして、この多孔質層２５の細孔内に、例えば、絶縁体２６が埋め込まれる。尚、細孔内に埋め込まれる材料は、絶縁材料に限定されず、多孔質層２５と細孔内に埋め込まれる材料とのエッチング選択比が確保できれば、導電材料や半導体材料でもよい。
【０２０７】
そして、図２３（ｂ）に示すように、多孔質層が選択的に除去される。すると、絶縁層２６が、基板２０上に残存し、ピラー状の絶縁層２６（以下、ピラー２６と呼ぶ）が基板２０上に配列された構造になる。上記のように、多孔質層に形成される細孔Ｏは、ほぼ規則的な配列を有するため、その細孔に埋めこまれたピラー２６も、基板２０上に規則的に配列する。
【０２０８】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、複数のピラー２６が配列された基板２０上に、上述の各実施形態によって分別されたカーボンナノチューブＣＮＴが含まれる溶液が、溶液の流速及び流し込み時間を制御して、流し込まれる。図２４に示す例において、溶液が流れる方向は、例えば、ｘ方向に沿う方向に設定される。
そして、溶液を揮発させると、カーボンナノチューブＣＮＴは、ｘ方向に沿って配列するとともに、ｙ方向に隣接する複数のピラー２６間に配置される。
【０２０９】
このように、複数のカーボンナノチューブＣＮＴを、溶液の流す方向とピラー２６の位置に応じて、基板２０上に規則的に同時に配置できる。
【０２１０】
尚、図２３及び図２４においては、多孔質層を用いて、基板２０上にピラー２６を形成したが、これに限定されず、絶縁体や導電体からなる立体的な構造体を、ＲＩＥ法やフォトリソグラフィ技術を用いて、基板２０上の所定位置に形成してもよい。
【０２１１】
また、基板２０上にピラー２６に形成する代わりに、図２５に示すように、基板２０内に、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥを用いて、溝Ｚを形成し、その基板２０上に、カーボンナノチューブＣＮＴが含まれる溶液を流してもよい。図２５（ａ）は、基板２０上に配置されたカーボンナノチューブの平面図を示し、図２５（ｂ）は図２５（ａ）のｙ方向に沿う断面図を示している。
この場合、カーボンナノチューブＣＮＴは、溝Ｚの位置に応じて、基板２０上に規則的に配置できる。尚、溝Ｚは、基板２０上に形成された層間絶縁層内に形成されてもよい。また、図２４（ｂ）では、溝Ｚの形状は矩形状を有しているが、これに限定されず、溝Ｚの形状は、図２４（ｃ）に示すように、例えば、三角形状（Ｖ字状）など、他の形状を有してもよい。
【０２１２】
このように、ピラー（構造体）２６が形成された基板上や溝Ｚが形成された基板上に、カーボンナノチューブを含む溶液を流すことによって、ピラー２６や溝Ｚの位置に沿って、複数のカーボンナノチューブの配置を同時に制御できる。
【０２１３】
この方法によって、半導体性／金属性カーボンナノチューブを適用したデバイスを、所定の位置に配置されるように、制御できる。また、上述の方法によれば、複数のカーボンナノチューブの配置を同時に制御できるので、カーボンナノチューブを用いたデバイスの生産効率を向上できる。
【０２１４】
（ｂ） 第２例
図２６を用いて、カーボンナノチューブの配置を制御するための方法の一例について、説明する。
カーボンナノチューブの端部を酸素雰囲気中において開端すると、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が、開端部分に付与されることが知られている。ここでは、カーボンナノチューブの端部に官能基を付与し、付与した官能基の特性を利用して、カーボンナノチューブの配置を制御する方法の一例について、説明する。
【０２１５】
図２６（ａ）に示すように、例えば、レジスト３０が、基板２０上に塗布される。そして、レジスト３０中に、カーボンナノチューブＣＮＴａが分散される。
【０２１６】
カーボンナノチューブＣＮＴａは、第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって、その特性（バンドギャップの大きさ）に応じて、分別されている。分別されたカーボンナノチューブＣＮＴａは、端部が開端され、その開端部に、磁性を有する原子又はその原子を含むキレートＲが付与（化学修飾とも呼ばれる）される。
【０２１７】
そして、図２６（ｂ）に示すように、磁場Ｈが、レジスト３０上のカーボンナノチューブＣＮＴａに対して供給される。磁場Ｈの方向は、例えば、基板２０表面に対して水平方向になっている。カーボンナノチューブＣＮＴａは、磁場Ｈが与えられることによって、レジスト３０中を電気泳動し、原子又はキレートが付与された端部が磁場Ｈの方向に沿う方向を向く。
これによって、複数のカーボンナノチューブＣＮＴａが、基板２０上のレジスト３０内で同じ方向に配向される。
【０２１８】
また、カーボンナノチューブの開端部には、磁性を有する原子又はキレートＲの代わりに、荷電性を有する原子又はその原子を含むキレートＲが付与されてもよい。
荷電性の原子及びその原子を含むキレートＲを付与した場合には、図２６（ｃ）に示すように、磁場の代わりに、電場Ｅが用いられる。この場合においても、電場Ｅの方向に沿って、カーボンナノチューブＣＮＴａがレジスト内で配向する。
【０２１９】
尚、磁性を有する原子／キレートと荷電性を有する原子／キレートの両方を、カーボンナノチューブの開端部に付与してもよい。
【０２２０】
以上のように、カーボンナノチューブの開端部に、磁性・荷電性を有する原子又はキレートを付与することによって、磁場又は電場を用いて、基板２０上における複数のカーボンナノチューブＣＮＴａの配置（配向）を制御することができる。
【０２２１】
（ｃ） 第３例
図２７を用いて、カーボンナノチューブの配置を制御するための方法について、説明する。
本例においては、カーボンナノチューブの開端部に付与（化学修飾）される官能基の特性を利用して、複数のカーボンナノチューブの基板上での配置を制御し、それとともに、カーボンナノチューブ同士を電気的に接続するための方法について、説明する。
【０２２２】
硫黄（Ｓ）が、金（Ａｕ）と接触すると、硫黄と金との間で共有結合が形成されることが知られている。本例では、この作用を利用して、カーボンナノチューブの配置を制御し、且つ、カーボンナノチューブの配置を固定する例について、説明する。
【０２２３】
まず、硫黄が含まれている気体雰囲気中で、カーボンナノチューブの端部が開端され、硫黄（Ｓ）を含むチオール基（−ＳＨ）が、カーボンナノチューブＣＮＴｂの開端部に付与される。
【０２２４】
また、カーボンナノチューブが配置される基板２０上において、例えば、金（Ａｕ）から構成される金属膜２８Ａが、カーボンナノチューブＣＮＴｂの端部が、配置される所定の位置に選択的に形成される。尚、金属膜２８Ａは、金（Ａｕ）に限定されず、チオール基と共有結合をなす膜であればよい。
【０２２５】
図２７（ａ）に示す基板２０上には、カーボンナノチューブの配向方向を制御するためのピラー２６も形成されている。
【０２２６】
そして、チオール基Ｓが付与されたカーボンナノチューブＣＮＴｂを含む溶液が、金属膜２８Ａが形成された基板２０上に流し込まれる。
【０２２７】
この際、チオール基が付与されたカーボンナノチューブの先端部は、金属膜２８Ａに引き寄せられる。そして、チオール基が含んでいる硫黄（Ｓ）と金（Ａｕ）は共有結合をなし、この結合力によって、カーボンナノチューブＣＮＴａの先端が金属膜２８Ａ上に固定される。
【０２２８】
また、チオール基を付与する代わりに、カーボンナノチューブの開端部に、ペプチドを付与してもよい。ペプチドは複数のアミノ酸の重合体であり、本例で付与されるペプチドは、例えば、無機材料結合ペプチドである。無機材料結合ペプチドとは、ある特定の無機材料との組み合わせによって、それらの相互作用に起因した結合が生じるペプチドのことである。無機材料結合ペプチドと結合する無機材料は、例えば、鉛（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）及びチタン（Ｔｉ）等の金属、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、モリブデン酸カルシウム（ＣａＭｏＯ４）等の無機化合物、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの半導体材料、が挙げられる。例えば、チタン（Ｔｉ）と結合する無機材料結合ペプチドの配列は、Ｋをリシン、Ａをアラニン、Ｄをアスパラギン酸と表記した場合、ＫＡＫＡＫＡＫＡの配列、ＤＫＤＫＤＫＤＫの配列、ＤＡＤＡＤＡＤＡの配列を有する。
【０２２９】
図２７（ｂ）に示すように、無機材料結合ペプチドＰＴを用いる場合においても、カーボンナノチューブＣＮＴｃの開端部に無機材料結合ペプチドＰＴが付与され、基板２０上の所定の位置に、無機材料膜２８Ｂが形成される。形成される無機材料膜２８Ｂは、付与された無機材料結合ペプチドとの間で結合をなす組み合わせの材料である。
【０２３０】
そして、無機材料結合ペプチドＰＴが付与されたカーボンナノチューブＣＮＴｃを含む溶液が、基板２０上に流され、カーボンナノチューブＣＮＴｃが、基板２０上に配置される。カーボンナノチューブＣＮＴｃの無機材料結合ペプチドＰＴが付与された部分と無機材料膜２８Ｂとが、それらの間に生じる相互作用により、結合する。これによって、カーボンナノチューブＣＮＴｃの端部が、無機材料膜２８Ｂ上に固定される。
【０２３１】
図２６に示す例において、金属膜２８Ａ又は無機材料膜２８Ｂは、複数のカーボンナノチューブＣＮＴａ，ＣＮＴｂに共有されている。
【０２３２】
図２５を用いて説明した第１例のように、カーボンナノチューブを含む溶液を基板上に流し込むだけでは、カーボンナノチューブ同士が電気的に接続されない場合がある。一方、本例では、カーボンナノチューブＣＮＴａ，ＣＮＴｂは導電性の膜を共有するので、直接接触せずとも、導電性の膜２８Ａ，２８Ｂを介して、電気的に接続される。
【０２３３】
金属膜２８Ａや導電性の無機材料膜２８Ｂは、例えば、カーボンナノチューブを適用したデバイスの電極や配線として、用いてもよい。また、金属膜２８Ａや導電性の無機材料膜２８Ｂは、カーボンナノチューブが固定された後に、所定の配線レイアウトとなるように、選択的にパターニングが施されてもよい。
【０２３４】
（Ｂ） カーボンナノチューブを用いた素子
以下、図２８乃至図３５を用いて、本発明の各実施形態によって分別されたカーボンナノチューブの適用したデバイスについて説明する。
【０２３５】
（１） スイッチング素子
以下、図２８を参照して、本発明の実施形態によって分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたスイッチング素子について、説明する。
【０２３６】
上述のように、半導体性カーボンナノチューブは反磁性を有し、印加された磁場に対して反発力が生じる。このような磁場の印加により反発する性質を利用して、半導体性カーボンナノチューブは、例えば、ナノサイズのスイッチング素子（以下、ＮＥＭＳ（Nano Electronics Mechanical Structure）スイッチ素子と呼ぶ）に、適用される。
【０２３７】
図２８は、半導体性カーボンナノチューブを用いたＮＥＭＳスイッチ素子の構造及び動作を説明するための模式図である。
まず、ＮＥＭＳスイッチ素子の構造について説明する。
【０２３８】
ＮＥＭＳスイッチ素子６０は、基板２０上に設けられる。基板２０は、半導体基板（例えば、シリコン基板）や絶縁性基板（例えば、ガラス基板）、或いは、層間絶縁膜が、用いられる。
【０２３９】
基板２０上に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが設けられる。尚、ここでは、説明の簡単化のため、１つの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを図示しているが、複数の半導体性カーボンナノチューブから構成されるカーボンナノチューブの束でも良い。
【０２４０】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端は、例えば、アンカーとしての導電材６１によって、基板２０上に固定される。導電材６１は、例えば、配線層としても機能する。また、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端と接触するように、電極６２が基板２０上に設けられる。
【０２４１】
ＮＥＭＳスイッチ素子６０に磁場Ｈを与えるため、アクチュエータとしての磁場発生部６５が設けられる。磁場発生部６５が発生する磁場Ｈと反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの相互作用によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと電極６２との接触／非接触が制御され、ＮＥＭＳスイッチ素子６０がオン／オフされる。図２７に示す例では、磁場Ｈの向きは、基板２０の底面側から基板２０の上面側へ向かう方向になっている。
【０２４２】
外部から磁場が印加されない時、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端と電極６２が接触し、カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたＮＥＭＳスイッチ素子６０はオン状態となる。一方、外部から磁場Ｈが印加された時、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの反磁性によって、半導体性カーボンナノチューブに磁場Ｈに対する反発力が、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに与えられ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端は電極６２から離れる。このため、このＮＥＭＳスイッチ素子６０はオフ状態になる。
【０２４３】
磁場Ｈが与えられていない状態を通常状態とした場合、このＮＥＭＳスイッチ素子６０は、ノーマリーオン型のスイッチ素子となる。
【０２４４】
尚、図２８に示す構成において、半導体性カーボンナノチューブを用いたＮＥＭＳスイッチ６０と磁場発生部６５とが同一のチップ上に形成される場合には、アクチュエータとしての磁場発生部６５は、カーボンナノチューブＳＣＮＴよりも下層に形成されることが好ましい。そして、ＮＥＭＳスイッチ素子としてのカーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場発生部６５を覆う層間絶縁膜上に配置される。
また、ＮＥＭＳスイッチ素子６０と磁場発生部６５とが異なるチップ上にそれぞれ形成される場合には、磁場発生部６５が形成されたチップ上に、ＮＥＭＳスイッチ素子６０が形成されたチップが積層されることが好ましい。
【０２４５】
以上のように、本発明の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが分別され、その分別されたカーボンナノチューブＳＣＮＴが、例えば、ＮＥＭＳスイッチ素子に適用される。分別されたカーボンナノチューブの特性（バンドギャップの大きさ）は、実施形態で述べた方法によって、ほぼ同じ特性を有している。それゆえ、特性の同じカーボンナノチューブを適用することによって、ＮＥＭＳスイッチの特性ばらつきを抑制できる。
【０２４６】
したがって、本発明の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法を用いることによって、特性のばらつきを抑制したＮＥＭＳスイッチを提供できる。
【０２４７】
（２） トランジスタ
図２９乃至図３２を参照して、本発明の実施形態によって分別された半導体性カーボンナノチューブを、電界効果トランジスタに適用する例について、説明する。
【０２４８】
（ａ） 構造
図２９を用いて、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いた電界効果トランジスタの構造について、説明する。以下では、カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いた電界効果トランジスタのことを、ＣＮＴトランジスタと呼ぶ。
【０２４９】
図２９（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの平面構造を示している。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図を示し、図２９（ｃ）は、図２９（ａ）のＷ−Ｗ線に沿う断面図を示している。尚、Ｌ−Ｌ線は、ＣＮＴトランジスタのチャネル長方向の断面に対応し、Ｗ−Ｗ線は、ＣＮＴトランジスタのチャネル幅方向の断面に対応している。
【０２５０】
図２９に示すように、ＣＮＴトランジスタのゲート電極４１は、基板２０内に形成された溝内に設けられている。ゲート電極４１は、ｙ方向（チャネル幅方向）に延在している。尚、基板２０は、シリコン基板などの半導体基板でもよいし、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板や絶縁性基板でもよい。
【０２５１】
ゲート電極４１上及び基板２０上には、ゲート絶縁膜４２が設けられる。
ゲート絶縁膜４２上には、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが設けられている。カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端及び他端には、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂが設けられている。
【０２５２】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、ゲート電極４１と対向する部分がチャネル領域ＣＨとして機能する。また、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、電極４４ａ，４４ｂと接触する部分が、それぞれソース／ドレインとして機能する。
【０２５３】
カーボンナノチューブＳＣＮＴ及びソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂ上には、層間絶縁膜４７が設けられる。
【０２５４】
トランジスタに用いた半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、本発明の実施形態で述べた方法によって分別された半導体性のカーボンナノチューブである。
【０２５５】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、ＣＮＴトランジスタに適用できる。
【０２５６】
第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によれば、半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさがほぼ同じもの分別できる。それゆえ、同じバンドギャップの大きさを有する複数の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、ＣＮＴトランジスタにそれぞれ適用できるので、ＣＮＴトランジスタの特性のばらつきを抑制できる。
【０２５７】
尚、図２９には、説明の簡単化のため、１つのＣＮＴトランジスタに、１つの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが含まれた構成を示している。しかし、１つのＣＮＴトランジスタに、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴを用いてもよい。この場合、従来では、カーボンナノチューブの本数のばらつきによって、ＣＮＴトランジスタのオン電流がばらつくことがある。しかし、ＣＮＴトランジスタに用いる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によれば、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、ほぼ同様の特性（バンドギャップ）を有するように、分別できる。これによって、複数のカーボンナノチューブがＣＮＴトランジスタに含まれた場合においても、ＣＮＴトランジスタのオン電流のばらつきは抑制される。
【０２５８】
したがって、本発明の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法を用いることによって、特性のばらつきを抑制したＣＮＴトランジスタを提供できる。
【０２５９】
（ｂ） 製造方法
以下、図２９乃至図３２を用いて、カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタ（ＣＮＴトランジスタ）の製造方法について、説明する。尚、図２９乃至図３２においては、１つのＣＮＴトランジスタ形成領域を図示している。
【０２６０】
はじめに、図３０を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３０（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３０（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６１】
図３０（ａ）に示すように、基板２０内に、ｙ方向（チャネル幅方向）に延在する溝が形成される。そして、基板２０表面に、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの薄膜体積技術によって、ゲート電極材が堆積される。そして、そのゲート電極材に対して、例えば、エッチバックやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を施し、金属膜を溝内に自己整合的に残存させる。これによって、ゲート電極４１が基板２０内に形成される。
そして、図３０（ｂ）に示すように、基板２０上及びゲート電極４１上に、ゲート絶縁膜４１が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法を用いて、形成される。
【０２６２】
次に、図３１を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３１（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３１（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６３】
図３１（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜４２上に、レジスト３０が塗布され、さらに、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴがレジスト上に分散される。この半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、実施形態で述べた装置及び方法によって、特性（バンドギャップの大きさ）に応じて分別されたカーボンナノチューブである。
【０２６４】
こで、カーボンナノチューブＳＣＮＴの特性及び配置の均一化のため、例えば、図２６を用いて説明した方法のように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの端部に、磁性・荷電性を有する原子又はその原子を含むキレートを予め付与しておき、レジスト３０内のカーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、ｘ方向に沿った磁場又は電場を印加し、カーボンナノチューブの配列を制御してもよい。また、図２７を用いて説明した方法を用いてもよい。即ち、カーボンナノチューブＳＣＮＴの端部に、チオール基や無機材料結合ペプチドを予め付与すると共に、基板２０上の所定の位置に、チオール基や無機材料結合ペプチドと結合をなす膜を形成して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを基板２０上の所定の位置に固定し、カーボンナノチューブＳＣＮＴの配置を制御する。
【０２６５】
そして、図３１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、レジスト３０Ａがパターニングされる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのうち、チャネル領域となる部分は、レジスト３０Ａで覆われる。また、半導体性カーボンナノチューブのうち、ソース／ドレイン領域となる部分は、露出される。
【０２６６】
この工程において、例えば、ＣＮＴトランジスタの形成領域（以下、トランジスタ形成領域と呼ぶ）をそれぞれ区画するために、基板２０内に素子分離溝（図示せず）が形成される。カーボンナノチューブの長さが不均一の場合、あるカーボンナノチューブが互いに隣接するトランジスタ形成領域間を架橋することがある。しかし、素子分離溝形成時のＲＩＥによって、素子分離領域（素子分離溝）上のカーボンナノチューブは、ＲＩＥにより分断される。それゆえ、１つのカーボンナノチューブが、２つのトランジスタ形成領域に、不要に跨って、素子不良を引き起こすのを防止できる。
【０２６７】
続いて、図３２を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３２（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３２（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６８】
図３２（ａ）に示すように、レジスト３０Ａ上及び半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ上に、例えば、スパッタ法によって、金属膜４４が堆積される。この際、チャネル領域となるカーボンナノチューブＳＣＮＴの部分は、レジスト３０Ａによって覆われている。そのため、チャネル領域上においては、金属膜４４はそのレジスト３０Ａ上に堆積される。また、ソース／ドレイン領域となるカーボンナノチューブＳＣＮＴの部分には、金属膜４４が直接接触して形成される。
【０２６９】
そして、レジスト３０Ａが剥離されると、それと同時に、レジスト３０Ａ上の金属膜４４も剥離される。そのため、図３２（ｂ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴにおいて、チャネル領域となる部分は露出し、ソース／ドレイン領域となる部分には、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂが形成される。
【０２７０】
この後、図２９に示すように、層間絶縁膜４７が、カーボンナノチューブ４７を覆うように、基板２０上に形成される。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたＣＮＴトランジスタが完成する。
【０２７１】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、半導体性カーボンナノチューブが分別される。そして、図２９乃至図３２を用いた製造方法によって、分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを適用した電界効果トランジスタ（ＣＮＴトランジスタ）が作製される。
【０２７２】
（３） 配線
図３３及び図３４を参照して、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって分別された金属性カーボンナノチューブの適用例について、説明する。
【０２７３】
（ａ） 構造
金属性カーボンナノチューブは、アルミニウムや銅などの金属より低抵抗（優れた導電性）を有するため、例えば、半導体集積回路の配線に用いることができる。
【０２７４】
図３３は、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬの構造を示している。尚、図２９を用いて説明したＣＮＴトランジスタと共通する部材については、共通の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２７５】
図３３（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの平面構造とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３３（ａ）に示すように、ＣＮＴトランジスタにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰは、層間絶縁膜４７内に埋め込まれ、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂに接続される。コンタクトプラグＣＰとしてのカーボンナノチューブＭＣＮＴは、例えば、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴを束状にして、用いられる。金属性カーボンナノチューブを用いた配線ＣＬは、層間絶縁膜４８内に形成される。
【０２７６】
また、図３３（ｂ）に示すように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、半導体基板をチャネル領域とする電界効果トランジスタ（例えば、ＭＯＳトランジスタ）のコンタクトプラグＣＰや配線ＣＬに適用できるのは、もちろんである。
図３３（ｂ）に示されるＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタは、半導体基板２０内に、ソース／ドレインとなる２つの拡散層（以下、ソース／ドレイン拡散層と呼ぶ）４６ａ，４６ｂを有している。ソース／ドレイン拡散層４４ａ，４４ｂ間のチャネル領域上には、ゲート絶縁膜４２を介して、ゲート電極４１が設けられている。そして、コンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、ソース／ドレイン拡散層４６ａ，４６ｂに接続される。
【０２７７】
尚、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、トランジスタのソース／ドレイン４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂに接続されるコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬに用いられた例が示されているが、多層配線技術によって、これらの層よりも上層のコンタクト（ビア）や配線に用いられても良いのはもちろんである。
【０２７８】
第１乃至第６の実施形態で述べたように、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブが分別されているので、本適用例によれば、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのみから構成されるコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬを形成できる。それゆえ、特性（バンドギャップの大きさ）がほぼ同じカーボンナノチューブを用いることによって、コンタクト及び配線の電気特性の均一化を図ることができる。
【０２７９】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、コンタクトプラグＣＰや配線ＣＬに適用できる。
【０２８０】
（ｂ） 製造方法
図３４を用いて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬの製造方法について、説明する。尚、図３４に示される製造工程は、図２９乃至図３２を用いて説明した製造工程に続く工程である。
【０２８１】
図３４（ａ）及び図３４（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタが形成された後における、コンタクトプラグ／配線形成工程の一工程をそれぞれ示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。
【０２８２】
図３４の（ａ）に示すように、層間絶縁膜４７がＣＮＴトランジスタを覆うように形成された後、層間絶縁膜４７内にコンタクトホールＱが形成される。これによって、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂ表面が露出する。
そして、第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、形成されたコンタクトホールＱ内に導入される。コンタクトホールＱ内には、１本以上の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが導入される。
【０２８３】
この際、導入された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、コンタクトホールＱの上端から突出する場合がある。そこで、図２２を用いて説明した方法と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴに対して、層間絶縁膜４７をストッパとして、ＣＭＰが施される。
【０２８４】
これによって、図３４の（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブＭＣＮＴが研削され、コンタクトプラグＣＰとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの上端が、層間絶縁膜４７の上端と、ほぼ一致する高さにされる。
【０２８５】
続いて、層間絶縁膜４８が、層間絶縁膜４７上に堆積される。層間絶縁膜４８内には、所定の配線レイアウトになるように、溝Ｚが形成される。そして、例えば、図２４を用いて説明した方法と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、溝Ｚに配置される。これによって、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの配置が制御される。
この際、配線ＣＬとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの配置を固定するために、例えば、図２７を用いて説明した方法を用いてもよい。即ち、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの端部に、チオール基や無機材料結合ペプチドをあらかじめ付与し、例えば、Ａｕ膜や無機材料膜のように、チオール基やペプチドと結合をする膜（図示せず）を、溝Ｚ内の所定の位置に形成する。
そして、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが層間絶縁膜４７，４８上に導入され、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いた配線ＣＬが、溝Ｚに形成された金属膜又は無機材料膜（図示せず）と結合をなして、所定の位置に固定して配置される。
また、この場合、カーボンナノチューブが、金属膜や導電性の無機材料を介して、電気的に接続される。それゆえ、カーボンナノチューブＭＣＮＴ同士の接触不良によって、配線ＣＬの電気的特性が劣化するのを防止できる。
【０２８６】
このように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬが完成する。
【０２８７】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、金属性カーボンナノチューブが分別される。そして、図３３を用いた製造方法によって、分別された金属性カーボンナノチューブを適用したコンタクトプラグ及び配線が作製される。
【０２８８】
（４） エミッタ素子
図３５を用いて、本発明の実施形態によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、例えば、ディスプレイなどの電子放出源（エミッタ素子）に適用した例ついて、説明する。以下、カーボンナノチューブを用いたエミッタ素子のことを、ＣＮＴエミッタ素子と呼ぶ。
【０２８９】
図３５は、金属性カーボンナノチューブを適用したマルチエミッタ７０を示している。
【０２９０】
マルチエミッタ７０は、真空状態の筐体７２内に、カソード電極２０Ａと、メッシュ状のアノード電極７１を有している。アノード電極７１とカソード電極２０Ａには、スイッチ７３を介して、電源７４が接続される。
【０２９１】
アノード電極７１において、カソード電極２０Ａと対向する面には、蛍光体（図示せず）が設けられている。
【０２９２】
カソード電極２０Ａ上には、複数のＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴが設けられている。複数のＣＮＴエミッタは、例えば、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴである。
【０２９３】
図３５に示される複数の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、例えば、多孔質層を利用して、基板２０Ａ表面に対して垂直方向に沿って成長するように形成される。そして、これらの金属カーボンナノチューブＭＣＮＴは、第３の実施形態で述べた分別方法を用いて、基板２０Ａ上に選択的に残存されたカーボンナノチューブである。
【０２９４】
この場合、ＣＮＴエミッタ素子に用いられる金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、多孔質層を用いて形成する際に、マトリクス状に配列するように基板２０Ａ上に形成されるため、エミッタ素子としてのカーボンナノチューブＭＣＮＴを改めて配列する必要はない。それゆえ、第３の実施形態のようにカーボンナノチューブを形成・分別することで、ＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴ及びマルチエミッタ７０の製造工程を簡略化できる。
そして、これらの複数のＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴの一端（先端）は、アノード電極７１側に向いている。それゆえ、電子はカーボンナノチューブＭＣＮＴの急峻な先端から放出されるため、電子を放出させるための駆動電圧を低減できる。
【０２９５】
尚、基板２０Ａは、カソード電極として機能することが好ましく、金属や半導体などの導電性を有する基板が用いられる。但し、その表面に導電膜を有する絶縁性基板であってもよいのは、もちろんである。また、図３５においては、基板２０Ａ（カソード電極）上の多孔質層が除去された例が示されているが、多孔質層を基板２０上に残存させてもよい。さらに、残存された多孔質層上に、エミッタ素子としての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの先端に近接して設けられたグリッド電極を備えていてもよい。このグリッド電極によって、エミッタ素子からの電子の放出を制御できる。
【０２９６】
さらに、エミッタ素子の特性の均一化を図るため、図２２を用いて説明したように、カーボンナノチューブの先端に対してＣＭＰを施して、カーボンナノチューブの長さが同じになっていることが好ましい。
【０２９７】
尚、第１及び第２の実施形態を用いて分別された金属性カーボンナノチューブを、基板２０Ａ上に分散させて、ＣＮＴエミッタ素子に適用してもよいのはもちろんである。
【０２９８】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって、カーボンナノチューブが特性毎に分別される。そして、分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、エミッタ素子に適用できる。
【０２９９】
［その他］
本発明の実施形態においては、カーボンナノチューブを例に、その磁気特性の違いを利用して、複数のカーボンナノチューブを特性・性質毎に分別する方法について、説明した。しかし、本発明の例は、カーボンナノチューブに限定されない。
【０３００】
同一条件下で同一基板上に形成された微細な構造体（生成物）、特に、六員環から構成される構造体において、その構造体の磁気特性（常磁性／反磁性）に違いが生じていれば、本発明の例は適用でき、磁気特性の違いを利用して、複数の構造体を性質・特性毎に分別できる。それゆえ、カーボンナノチューブ以外の微細な構造体においても、本発明の実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
【０３０１】
本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０３０２】
【図１】本発明の実施形態を説明するための模式図。
【図２】本発明の実施形態を説明するための模式図。
【図３】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための鳥瞰図。
【図４】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための平面図。
【図５】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図６】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図７】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図８】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための鳥瞰図。
【図９】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための断面図。
【図１０】第３の実施形態を説明するための模式図。
【図１１】第３の実施形態を説明するための模式図。
【図１２】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置及び分別方法を説明するための断面図。
【図１３】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１４】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１５】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブを分別する方法を説明するための図。
【図１６】第５の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１７】第６の実施形態を説明するための模式図。
【図１８】第６の実施形態を説明するための模式図。
【図１９】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２０】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２１】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２２】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２３】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２４】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２５】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２６】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２７】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２８】スイッチ素子の構造及び動作を説明するための図。
【図２９】トランジスタの構造を説明するための図。
【図３０】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３１】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３２】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３３】配線の構造を説明するための図。
【図３４】配線の製造方法を説明するための工程図。
【図３５】エミッタ素子の構造を説明するための図。
【符号の説明】
【０３０３】
１Ａ，１Ｂ：カーボンナノチューブ分別装置、ＳＣＮＴ，ＭＣＮＴ：カーボンナノチューブ、２：導入部、３：搬送部、４Ａ，４Ｂ：回収部、５：磁場発生部、８Ａ，８Ｂ：励起部、９：振動印加部、２０：基板、２５：多孔質層、ＰＴ：無機材料結合ペプチド、Ｓ：チオール基、４１：ゲート電極、４２：ゲート絶縁膜、４４ａ，４４ｂ：ソース／ドレイン電極、４６：ソース／ドレイン拡散層、Ｐ：コンタクトホール、Ｚ：溝、６０：ＮＥＭＳスイッチ素子、６１：固定部、６２：電極、７０：マルチエミッタ、２０Ａ：カソード電極（基板）、７１：アノード電極、７３：スイッチ、７４：電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブを分別する方法に係り、特に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、１枚のグラファイトシートを丸めた円筒状の物質であり、カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ程度から数十ｎｍの極めて微細で安定な構造を有している。カーボンナノチューブは、フォトリソグラフィによる微細加工の限界を超えた、より微細なナノ電子デバイス材料として注目されている。また、近年では、カーボンナノチューブがバリスティック伝導を示す可能性があることも示唆されており、高速動作が可能なトランジスタの材料としての期待されている。
【０００３】
カーボンナノチューブを用いてトランジスタ等の電子デバイスを作製するためには、カーボンナノチューブの電子的特性、特にそのバンドギャップを所定の値に揃えることが求められる。
【０００４】
しかしながら、カーボンナノチューブは、カイラリティ（螺旋度）、直径、及び長さなどの幾何学的な構造によって、その電子的特性を決定づけるバンドギャップは変動し、金属的な性質を示したり半導体的な性質を示したりする。
【０００５】
カーボンナノチューブの合成方法としては、現在、炭化水素触媒分解法など種々の方法が知られているが、合成段階で幾何学的な構造をそろえることは極めて困難である。そのため、同一条件下で合成されたカーボンナノチューブであっても、それらの特性は、通常ばらばらになってしまう。
【０００６】
例えば、特許文献１には、形成された複数のカーボンナノチューブ表面を金属層で覆う技術が開示されている。この技術によって、金属層によって表面が覆われたカーボンナノチューブのすべては、金属的な性質を示す。しかし、この場合、半導体的性質を示すカーボンナノチューブも、金属的な性質を有してしまい、カーボンナノチューブの半導体的性質を活用することはできない。
【０００７】
また、近年では、カーボンナノチューブを用いたトランジスタの作製方法において、「建設的破壊」と呼ばれる手法を用いて、トランジスタに使用するための半導体的性質を有するカーボンナノチューブが、選択的に取得されている。この方法では、複数のカーボンナノチューブがシリコン基板上に並べられ、各カーボンナノチューブに電圧が印加される。これによって、金属的性質のカーボンナノチューブのみを、電圧の印加によって選択的に焼き切り、半導体的性質のカーボンナノチューブのみを基板上に残存させている。この場合、金属的な性質を有するカーボンナノチューブは消失するので、金属的な性質を有するカーボンナノチューブを他のデバイスに活用できない。
【０００８】
以上のような方法を用いて、カーボンナノチューブの特性が分別されているが、カーボンナノチューブの実用化のためには、カーボンナノチューブの特性を簡便且つ効率的に特定することが求められている。さらには、特性の異なるカーボンナノチューブを用途に応じて有効に使い分け、カーボンナノチューブを用いたデバイスの特性のばらつきを抑制することが求められる。
【特許文献１】特表２００５−５３２９１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、カーボンナノチューブをその特性毎に分別する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例に関わるカーボンナノチューブの製造装置は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと前記第１の磁気特性とは異なった第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとが共通に導入される導入部と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブを、前記導入部から前記第１及び第２の回収部まで搬送する搬送部と、前記搬送部に隣接して配置され、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに対して磁場を印加する磁場発生部と、を具備し、前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを備える。
【００１１】
本発明の例に関わるカーボンナノチューブを分別する方法は、第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとを同時に導入する工程と、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに磁場を与え、前記磁場と前記第１の磁気特性との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと第２のカーボンナノチューブとを分別する工程と、前記分別された前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを、それぞれ異なって回収する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の例によれば、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
［概要］
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態の概要について説明する。
【００１５】
（１） カーボンナノチューブの特性
はじめに、カーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube）の特性について、述べる。
【００１６】
一般に、グラファイトやカーボンナノチューブのような六員環から構成される物質は、反磁性磁場配向により、磁場と反対方向に磁化される反磁性（第１の磁気特性）の性質を有する。
但し、カーボンナノチューブは、同一条件下であっても、カーボンナノチューブ毎の形成過程の違いによって、カイラリティ（螺旋度）や単層（Single Wall）／多層構造（Multi Wall）の違いが生じ、バンド構造などの特性の異なるカーボンナノチューブが形成される。尚、カイラリティとは、カーボンナノチューブを構成するグラフェンシートのねじれ方のことである。
【００１７】
これによって、金属的な性質を有するカーボンナノチューブ（以下、金属性カーボンナノチューブと呼ぶ）と、半導体的な性質を有するカーボンナノチューブ（以下、半導体性カーボンナノチューブと呼ぶ）とが、同一条件下の同一基板上に形成される。
【００１８】
金属性カーボンナノチューブのバンド構造は、金属のバンド構造と同じく、価電子帯と伝導帯とが直接接触した構造となり、半導体性カーボンナノチューブのバンド構造は、半導体のバンド構造と同じく、価電子帯と導電帯との間に禁制帯（バンドギャップ）が存在する構造になる。カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさは、０ｅＶ以上２．５ｅＶ以下程度の大きさを有する。バンドギャップの大きさが０ｅＶのカーボンナノチューブは、金属性カーボンナノチューブである。
【００１９】
このようなバンド構造の違いによって、半導体性カーボンナノチューブの伝導帯中には、自由電子がほとんど存在せず、金属性カーボンナノチューブの伝導帯中には、自由電子が潤沢に存在する。尚、金属性カーボンナノチューブの伝導帯に存在する荷電子の数はカーボンナノチューブを構成する炭素数とほぼ同程度と見積もることができる。これは、カーボンナノチューブを構成する炭素（Ｃ）はｓｐ３混成軌道を形成しているため、４本の結合手のうち３つの結合手は隣接する炭素との共有結合に使われ、残りの１つが不対電子として残り、この不対電子が自由電子の振舞うためである。
【００２０】
このように、金属性カーボンナノチューブは伝導帯中に自由電子が多数存在するため、金属性カーボンナノチューブは、その表面の自由電子に起因して、パウリ常磁性（第２の磁気特性）を示し、正の磁化率を有する。
カーボンナノチューブと同様にグラフェンシートからなるグラファイトは、自由電子が伝導帯中に十分に存在すると、そのパウリ常磁性係数は、０．３５×１０−６〜０．７×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］を示す（例えば、V.Yu. Osipov, pp. 1225-1234, Carbon, 44 (2006) 参照）。
【００２１】
一方、上記のように、半導体性カーボンナノチューブは、反磁性（第１の磁気特性）の磁気特性を示し、負の磁化率を有する。半導体性カーボンナノチューブにおいて、室温における反磁性係数は、約−５×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］程度の大きさを示す（例えば、O. Chauvet, Phys. Rev., B52, R6963 (1995) 参照）。反磁性材料は磁場の印加に対して、その磁場の磁束密度を減少させる方向に、電子のスピンが向き、常磁性材料は磁場と同一方向に電子のスピンが向く。尚、磁束密度を減少させる方向とは、同じ磁極の磁石同士が反発する方向である。
このように、反磁性の性質を有する半導体性カーボンナノチューブは、常磁性の性質を有する金属性カーボンナノチューブとは異なって、印加された磁場の方向に対して反発する方向の力を受ける。
【００２２】
また、半導体性カーボンナノチューブは、一般的な半導体材料と同じく、バンドギャップを有している。半導体性カーボンナノチューブにおいて、そのバンドギャップの大きさは、例えば、０ｅＶより大きく２．５ｅＶ以下程度を示す。半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさも、金属性と半導体性のカーボンナノチューブの違いと同様に、カイラリティや単層／多層構造に起因して、半導体性カーボンナノチューブ毎に異なった大きさになる。
【００２３】
通常の半導体と同様に、半導体性カーボンナノチューブに、そのバンドギャップの大きさに対応する光又は熱エネルギーが与えられると、価電子帯中の自由電子が励起され、その自由電子は伝導帯へ遷移する。
【００２４】
（２） カーボンナノチューブの分別
上記のように、カーボンナノチューブにおいては、半導体的な性質を有するカーボンナノチューブと金属的な性質を有するカーボンナノチューブとで、磁気特性が異なる。
【００２５】
以下で述べる実施形態並びに応用例においては、半導体性カーボンナノチューブ（反磁性）と金属性カーボンナノチューブ（表面電子に起因して常磁性）とに磁場を印加した際の、反発力の発生の有無を利用し、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとを分別する装置及び方法について、説明する。
【００２６】
図１を用いて、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブを分別するための原理について、説明する。図１は、カーボンナノチューブを分別するための原理を説明するための模式図である。
【００２７】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは反磁性を有する。一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、表面の自由電子に起因して、常磁性を有する。
半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、磁性体（例えば、磁石）１１を接近させると、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、その磁気特性である反磁性（負の磁化率）により、磁性体１１の磁場方向と反対方向に磁化する。そのため、半導体性カーボンナノチューブには、磁性体が発する磁力線（磁場）ＭＦＬと反対の向きの磁力線ＭＦＬ’が発生する。
【００２８】
半導体性／金属性カーボンナノチューブに磁性体１１を接近させていくと、磁性体１１と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間の磁力線ＭＦＬ，ＭＦＬ’の相互作用が強くなる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、その反磁性に起因する反発力Ｆが与えられる。
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの磁気特性は常磁性（正の磁化率）であるため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁性体１１の磁力線（磁場）の向きと同じ方向に弱い磁化を示す。そのため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと磁性体１１との間の相互作用は実質的に生じない。
【００２９】
このように、反磁性の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、反発力は発生するが、常磁性の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴには、反発力（及び吸引力）は発生しない。
この反発力Ｆによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴには、加速度が与えられ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴはその加速度の方向に移動する。
【００３０】
上述のように、本発明の実施形態においては、磁気特性の違いに起因する反発力の有無を利用して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが混在したカーボンナノチューブの集まりの中から、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを選択的に取り出し、カーボンナノチューブの特性に応じて分別する。
【００３１】
さらに、本発明の実施形態においては、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、バンドギャップの大きさ毎に分別する構成及び方法についても説明する。
【００３２】
半導体材料に、熱エネルギーの印加またはレーザ光の照射によりある一定以上のエネルギーを与えると、価電子帯にある電子がバンドギャップを超えて伝導帯に移ることが知られている。この現象を利用して、本発明の実施形態においては、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさ毎に分別する。
【００３３】
図２に示すように、外部から光又は熱エネルギーＥが、バンドギャップＥｇ１，Ｅｇ２の大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。尚、ここでは、バンドギャップＥｇ２がバンドギャップＥｇ１よりも大きく、又、外部エネルギーＥは、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であり、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーより小さい場合について、説明する。
【００３４】
与えられたエネルギーＥの大きさが、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であって、価電子帯の電子が伝導帯にまで遷移されるのに十分な大きさを有していると、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、擬似的に金属的な性質を示す。つまり、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１の磁気特性は、電子が励起されている間、一時的に常磁性になる。
【００３５】
一方、与えられたエネルギーＥが、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーよりも小さい場合、そのバンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、その価電子帯の電子が伝導帯まで遷移しない。そのため、その半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、外部エネルギーが与えられても、反磁性のままである。
【００３６】
そして、外部からエネルギーを与えた状態下において、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブの分別と同様に、一時的に常磁性を示す励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１と反磁性を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２とに磁場Ｈを与える。すると、一方の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２にのみ反発力Ｆが生じ、他方の励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１には反発力は生じない。
【００３７】
このように、共通の外部エネルギーＥが複数のカーボンナノチューブに外部から与えた状態で、磁場を印加することによって、与えられたエネルギーＥより大きいバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブ（励起状態の半導体性カーボンナノチューブ）の集まりの中から取り出せる。
【００３８】
それゆえ、本発明の実施形態においては、照射する光源の波長の長さや与える熱量の大きさを制御して、半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさに応じたエネルギーを与えることで、任意のバンドギャップの大きさのカーボンナノチューブを選択的に分別する。
【００３９】
以上のように、本発明の実施形態では、磁気特性の違いを利用することによって、金属性と半導体性のカーボンナノチューブのように、バンドギャップの大きさが異なるカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。
【００４０】
これによって、本発明の実施形態では、カーボンナノチューブの特性を分別するために、例えば、金属的性質のカーボンナノチューブを電気的に溶断するような、いずれか一方の特性を有するカーボンナノチューブを破壊する手法を用いずともよくなる。
【００４１】
したがって、本発明の実施形態によれば、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。また、本発明の実施形態によれば、同じ基板上に形成された半導体性又は金属性カーボンナノチューブの両方を活用できる。
【００４２】
［実施形態］
以下、図３乃至図１８を参照して、本発明の各実施形態について、説明する。
【００４３】
（１） 第１の実施形態
以下、図３乃至７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブを分別する方法として、カーボンナノチューブの特性・性質に応じて、カーボンナノチューブを分別する分別装置及び分別方法について、説明する。
【００４４】
（ａ） カーボンナノチューブの分別装置
図３及び図４は、カーボンナノチューブの分別装置の１つの構成例を示している。
【００４５】
図３は、カーボンナノチューブの分別装置の鳥瞰図を示している。図４（ａ）は、図に示される装置の平面構造を示す図である。また。図４（ｂ）は、図３に示される装置の磁場印加方向から見た断面図である。尚、図３及び図４は、本実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置１Ａの主要な構成要素を示しているのであって、図３及び図４に示される構成に他の要素を付加してもよいのは、もちろんである。
【００４６】
図３及び図４に示されるカーボンナノチューブの分別装置１Ａは、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを導入する導入部２、カーボンナノチューブを搬送する搬送部３、その特性がそれぞれ異なるカーボンナノチューブのそれぞれを回収する第１及び第２の回収部４Ａ，４Ｂ、そして、搬送部２上の複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加する磁場Ｈを発生する磁場発生部５とを有する。
【００４７】
複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、導入部２から搬送部３上に導入される。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、炭化水素触媒分解法、アーク放電法、レーザアブレーション法、及びプラズマ合成法等のうち、いずれか１つの合成方法が用いられて、形成される。但し、本実施形態で用いるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの合成方法は、ここで述べた合成方法に限定されない。
【００４８】
形成された複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴにおいて、カーボンナノチューブを構成するグラフェンシートのねじれ方（カイラリティ）や、単層（Single Wall）構造、多層（Multi Wall）構造など、カーボンナノチューブの構造が異なっていたりする。
【００４９】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶ以上から２．５ｅＶ以下程度になっている。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、上記のような構造の違いを一因として、ばらつきが生じている。
【００５０】
このように、同一基板上に同じ条件下で形成されたカーボンナノチューブであっても、それらの構造及びバンドギャップは均一ではない。それゆえ、装置１Ａ内に導入れた複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性は、その構造及びバンドギャップに起因してそれぞれ異なり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが混在している。尚、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶである。また、第１の実施形態においては、説明の簡単化のため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、単一の大きさとする。
【００５１】
搬送部３は、例えば、ベルトコンベアであって、カーボンナノチューブが搭載されるステージが、ある方向に沿って可動する。搬送部３は、この可動ステージによって、搭載されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する。本実施形態においては、搬送部３がカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴを搬送するための力のことを、搬送ベクトルと呼ぶ。図中において、搬送ベクトルを“Ｖ”と表記する。搬送部３は、所定の大きさの搬送ベクトルを有しており、その搬送ベクトルの大きさに基づいて、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴを搬送する。
【００５２】
磁場発生部５は、搬送部３のある領域３Ｂに隣接して設けられる。磁場発生部５は、所定の大きさの磁場Ｈを発生し、その磁場Ｈを搬送部３上の複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに印加する。磁場Ｈの方向は、例えば、図中のＡからＡ’へ向かう方向に設定される。磁場発生部５は、例えば、電磁コイルや磁石が用いられるが、その構成については、後述する。
【００５３】
ここで、搬送部３の構造の詳細について述べる。
磁場発生部５と隣接する搬送部３内の領域３Ｂにおいて、磁場発生部５が発生する磁場Ｈが、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに印加される。以下では、搬送部３内の領域３Ｂのことを、磁場印加領域３Ｂと呼ぶ。
この磁場印加領域３Ｂにおいて、搬送部３は、第１の回収部４Ａ側と第２の回収部４Ｂ側との２つの方向に分岐する。以下、第１の回収部４Ａ側へ分岐する部分３Ｄを第１の分岐部３Ｄと呼び、第２の回収部４Ｂ側へ分岐する部分を、第２の分岐部３Ｃと呼ぶ。また、搬送部３において、導入部２から磁場印加領域３Ｂまでの部分を共通部３Ａと呼ぶ。
【００５４】
分岐部３Ｃ及び共有部３Ａは、例えば、磁場印加領域３Ｂを介して導入部２から回収部４Ｂまで、Ｂ−Ｂ’方向に沿って直線状に延在している。分岐部３Ｃの搬送ベクトル方向は、例えば、共有部３Ａから磁場印加領域３Ｂ内までの搬送ベクトルと同じ方向になっている。このため、共有部３Ａと分岐部３Ｃとの間の搬送ベクトル方向は、Ｂ−Ｂ’方向に沿っている。
【００５５】
分岐部３Ｄは、磁場印加領域３Ｂから回収部４Ａまで、共有部３Ａ及び分岐部３Ｃの延在方向に対して水平斜め方向に延在している。このため、分岐部３Ｄの搬送ベクトル方向は、共有部３Ａと分岐部３Ｃとの間の搬送ベクトル方向（Ｂ−Ｂ’方向）とは異なった方向となっている。
尚、共通部３Ａ及び磁場印加領域３Ｂ内の搬送ベクトルの大きさ、第１の分岐部３Ｄ内の搬送ベクトルの大きさ、第２の分岐部３Ｃ内の搬送ベクトルの大きさは、同じ大きさであっても良いし、それぞれ異なる大きさであっても良い。
【００５６】
磁場印加領域３Ｂ内において、共通部３Ａを介して搬送された複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、それらの磁気特性と与えられた磁場Ｈとの相互作用により、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとに、分別される。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴと磁場Ｈとの相互作用の詳細については、後述する。
【００５７】
金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを搬送するための分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、分岐部３Ｃを介して、回収部４Ｂ内に回収される。分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、分岐部３Ｄを介して、回収部４Ａ内に回収される。
このように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとは、それぞれ異なった回収部４Ａ，４Ｂ内に回収される。
【００５８】
本実施形態において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、磁場印加領域３Ｂ内で、磁場Ｈが与えられる。この磁場Ｈと反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間に、反発力が生じる。一方、常磁性を示す金属カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈに起因した反発力は生じない。
【００５９】
反発力が与えられる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、反発力（磁場）の方向と搬送ベクトル方向との合成ベクトル方向に加速度が与えられる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄ内へはじき出され、分岐部３Ｄ上に移動する。
【００６０】
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、反発力が生じないので、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｃ内へ、搬送ベクトルによって移動する。
【００６１】
このように、磁場Ｈの作用によって、異なる磁気特性を有する半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、磁場印加領域３Ｂからそれぞれ異なった分岐部３Ｃ，３Ｄへ分けて、移動させることができる。
【００６２】
尚、この装置の系全体は、例えば、真空状態にされることが好ましい。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが、空気中の窒素分子などと衝突することによって、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄへはじき出されなくなるのを低減できる。この結果として、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを正確に分別できる。また、系全体の温度も制御され、例えば、一定の温度に設定されることが好ましい。
【００６３】
以上のように、本発明の第１の実施形態では、半導体性／金属性カーボンナノチューブの磁気特性の違いを利用して、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとを分別できる。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブを、それらの特性に応じて、簡便且つ効率的に分別できる。
また、本実施形態によれば、金属性及び半導体性のカーボンナノチューブを、それらの特性を損なうことなく、分別できる。それゆえ、同じ基板上に形成された金属性カーボンナノチューブ及び半導体性カーボンナノチューブの両方を、効率的に活用できる。
【００６５】
（ｂ） カーボンナノチューブの分別方法
以下、図５乃至図７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別方法について、説明する。尚、ここでは、図４に示されるカーボンナノチューブの選別装置１Ａも用いて、カーボンナノチューブの分別方法について、説明する。
【００６６】
まず、図４及び図５（ａ）に示されるように、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴが、導入部２から共通部３Ａ内に導入される。導入されたカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、それらの特性に応じた分別はなされておらず、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが混在している。上記のように、このようなカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性の違いは、カーボンナノチューブのカイラリティや単層／多層構造の違いに起因する。
共有部３Ａ内においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ及び金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、搬送ベクトルによって搬送される。
【００６７】
そして、図５（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、搬送ベクトルによって、搬送部３（例えば、ベルトコンベア）内の共通部３Ａから磁場印加領域３Ｂ内へ搬送ベクトル方向（Ｂ−Ｂ’方向）に沿って搬送される。
【００６８】
磁場印加領域３Ｂ内には、磁場発生部５が生じる磁場Ｈが供給されている。これによって、磁場印加領域３Ｂ内に搬送されたカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、磁場Ｈが印加される。図５中においては、磁場Ｈのベクトル方向は、Ａ−Ａ’方向になっている。但し、磁場Ｈのベクトル方向は、搬送ベクトル方向と交差する方向であればよく、搬送ベクトルと直交する方向に限定されない。
【００６９】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気特性は、反磁性（第１の磁気特性）である。そのため、その磁気特性と磁場Ｈとの相互作用により、反発力Ｆが、磁場印加領域３Ｂ内の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、与えられる。
また、磁場印加領域３Ｂ内において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの磁気特性（第２の磁気特性）は常磁性であるため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴに、反発力Ｆが与えられることはなく、また、磁場Ｈと磁気特性との相互作用も小さい。このため、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈの影響をほとんど受けない。
【００７０】
ここで、図６を用いて、磁場Ｈと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの間に生じる反発力Ｆの大きさについて、説明する。
【００７１】
図６に示すように、磁場発生源としての磁気双極子１１は、カーボンナノチューブＳＣＮＴと距離ｒを有している。磁気双極子１１は、磁気モーメントｍ１を有し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは磁気モーメントｍ２を有している。
【００７２】
この場合、磁気モーメントｍ１の磁気双極子１１が発する磁場Ｈ［Ａ／ｍ］において、距離ｒにおける磁場Ｈの大きさは、以下のように示される。
【数１】
【００７３】
（式１）において、θ＝０°のとき、磁場（磁界の強さ）Ｈは次のように表される。
【数２】
【００７４】
一方、双極子１１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁化される。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気モーメントｍ２は、カーボンナノチューブの単位体積あたりの磁化Ｉ、カーボンナノチューブの体積Ｖより、次のように示される。
【数３】
【００７５】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴの単位体積あたりの磁化Ｉは、質量磁化率χを用いて、以下のように示される。
【数４】
【００７６】
この２つの式を用いて、磁気モーメントｍ２は、以下の（式５）のように示される。
【数５】
【００７７】
磁気双極子１１の磁気モーメントｍ１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが受ける相互エネルギーＵは、（式６）のように示される。
【数６】
【００７８】
この（式６）により、磁気双極子１１が生じる磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブが受ける力（反発力）Ｆ［Ｎ］は、θ＝０°のとき、次式のように示される。
【数７】
【００７９】
上述の（式２）において、例えば、距離ｒが１［ｃｍ］であって、磁気双極子１１の磁気モーメントｍ１が２×１０−７［Ｗｂ・ｍ］である場合、磁場Ｈは、２．４×１０４［Ａ／ｍ］になる。
【００８０】
また、例えば、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの直径は１０［ｎｍ］、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの長さは１００［ｎｍ］とする。この場合、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの体積Ｖは、７．７×１０−２４［ｍ−３］になる。
また、上記の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを構成するためのグラフェンシートの大きさは、３１．４［ｎｍ］×１００［ｎｍ］になる。図７に示される六員環１２において、１つの六員環に含まれる炭素原子の数は２個であり、共有結合をなす炭素の原子間距離ｄ＝０．１３９７［ｎｍ］なので、上記の大きさを有するグラフェンシート中に、炭素環は８０個×３００個、含まれる。１個の炭素原子の質量は、２×１０−２３［ｇ］であるので、上記のグラフェンシート（半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ）の質量ｍＳＣＮＴは、１×１０−２１［ｋｇ］になる。また、カーボンナノチューブの質量磁化率は５×１０−６［ｅｍｕ／ｇ］であるが、この質量磁化率を体積磁化率に変換すると、１×１０−１１［Ｈ／ｍ］になる。
【００８１】
位置ｒ（＝１［ｃｍ］）における半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの磁気モーメントｍ２は、（式５）によって、１．９×１０−３０［Ｗｂ・ｍ］になる。これらの磁気モーメントｍ１，ｍ２により、磁気双極子１１から距離ｒ離れた半導体性カーボンナノチューブが受ける力（反発力）Ｆは、（式７）に基づいて、５×１０−２３［Ｎ］になる。また、この力Ｆ（＝ｍＳＣＮＴ×ａ）を受けたカーボンナノチューブＳＣＮＴの加速度ａは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの質量ｍＳＣＮＴが１×１０−２１［ｋｇ］であるので、ａ＝０．０５［ｍ／ｃｍ２］になる。
【００８２】
このように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場Ｈによって、反発力Ｆが与えられ、上記の加速度を得て、分岐部３Ｄ側に移動する。
【００８３】
尚、ここで求められた半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが受ける力（反発力）は、一例であって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの形状（長さ及び太さ）や、磁気源１１（磁場発生部５）と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの距離に応じて、変化するのはもちろんである。
【００８４】
図５（ｂ）に示すように、磁場印加領域３Ｂは搬送ベクトルを有しているため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに与えられる反発力（加速度）Ｆの方向は、磁場ベクトル方向と搬送ベクトル方向との合成ベクトル方向となる。
【００８５】
これによって、図５（ｃ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトル方向（図中Ａ−Ａ’方向）と異なる方向に移動し、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄ内に、はじき出される。尚、上記のように、磁場Ｈの大きさ及びそれに起因する反発力Ｆは、磁場発生部５と半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの距離に依存する。それゆえ、磁場Ｈによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが磁場発生部５側から分岐部３Ｄまで移動するように、磁場印加領域３Ｂの幅及び長さが適宜設計されることが好ましい。
【００８６】
一方、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、磁場Ｈによる相互作用を受けないので、搬送ベクトル方向に沿って、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｃ内へ搬送される。
【００８７】
そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、分岐部３Ｄが有する搬送ベクトルによって搬送され、図４に示される回収部４Ａ内に回収される。金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、分岐部３Ｃが有する搬送ベクトルによって搬送され、回収部４Ｂ内に回収される。
【００８８】
以上のように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ及び金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、それらの異なる磁気特性と印加された磁場Ｈとの相互作用によって分別され、それぞれ異なった回収部４Ａ，４Ｂに回収される。
【００８９】
このように、本発明の第１の実施形態においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが反磁性を有し、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが常磁性を有しているように、磁気特性が異なっていることを利用して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する。
【００９０】
より具体的には、磁場Ｈを外部からカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、反磁性に起因する反発力を生じさせることによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが混在している集まりの中から、選択的に取り出している。
【００９１】
本実施形態では、カーボンナノチューブの特性及び構造を個別に調べずとも良く、また、上記の装置１Ａ（図３及び図４参照）のように簡便な装置で、一度に複数のカーボンナノチューブを、その特性（例えば、バンドギャップの大きさ）ごとに分別できる。
それゆえ、本実施形態に係るカーボンナノチューブの分別方法によれば、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをバンドギャップの大きさに応じて、分別できる。
【００９２】
又、本実施形態では、カーボンナノチューブが元来有する特性を利用しているので、カーボンナノチューブを分別するために、カーボンナノチューブに対して処理を施す必要はなく、形成時の状態のままのカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。さらに、複数のカーボンナノチューブに対して、それらの特性を損なうような処理や不要な特性のカーボンナノチューブを破壊するような処理を施す必要はなく、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとの両方を、形成時の特性のままで有効に利用することができる。
【００９３】
それゆえ、本実施形態のカーボンナノチューブの分別方法によれば、異なる特性のカーボンナノチューブを、特性に応じて適したデバイスにそれぞれ効率的に活用できる。
【００９４】
（２） 第２の実施形態
図８及び図９を用いて、本発明の第２の実施形態としてのカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法について、説明する。尚、第１の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて行う。
【００９５】
第１の実施形態においては、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、ある搬送ベクトルを有する搬送部３上に配置して、搬送部３内の磁場印加領域３Ｂを経由して、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂに機械的に搬送する例について述べた。
第２の実施形態においては、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、真空中、気体中或いは液体中を自由落下させて、導入部２から回収部４Ａ，４Ｂまで搬送する例について説明する。
【００９６】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置の鳥瞰図及び断面図をそれぞれ示している。尚、図８及び図９は、本実施形態に係る分別装置の主要な構成要素を示すのであって、この構成に他の要素をさらに付加してもよいのは、もちろんである。
【００９７】
搬送部３の全体は、例えば、地表に対して直立した円筒から構成される。搬送部３を構成する円筒の内部は、例えば、真空状態である。又は、搬送部３を構成する円筒の内部は、気体又は液体で満たされる。搬送部３は、第１の実施形態と同様に、共通部３Ａ、磁場印加領域３Ｂ及び２つの分岐部３Ｃ，３Ｄを有する。また、磁場印加領域３Ｂに隣接して、磁場発生部５が配置される。磁場印加領域３Ｂにおいて、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、磁場Ｈが印加される。
【００９８】
第１の実施形態と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴと半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとが、導入部２内から搬送部３内に投入される。尚、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶであり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶより大きく、２．５ｅＶ以下程度である。
【００９９】
例えば、搬送部３の内部が、真空状態にされた場合、カーボンナノチューブは、自由落下により、導入部２から、搬送部３内の磁場印加領域３Ｂを通過し、回収部４Ａ，４Ｂに向かう。
【０１００】
また、搬送部３の内部に、気体又は液体が充填されている場合、それらの気体及び液体に流れを付与することができる。但し、この場合、気体及び液体の流れ（以下、流体と呼ぶ）が層流となる必要がある。流体が層流となるか乱流となるかは、レイノルズ数（Reynolds number）で表される指標に基づく。
レイノルズ数Ｒｅは、慣性力と流体の粘性による摩擦力との比で定義される無次元数であり、次の式で表される。
【数８】
【０１０１】
この（式８）において、Ｕは流体の特性速度（［ｍ／ｓ］）を示し、Ｌは特性長さ（［ｍ］）を示す。また、μは粘度又は粘性係数（［ｍ２／ｓ］）、ρは流体の密度（［Ｐａ・ｓ］）、νは流体の動粘度又は動粘性係数（［ｋｇ／ｍ３］）を、それぞれ示している。
【０１０２】
上式にから算出されるレイノルズ数Ｒｅが小さいということは相対的に粘性作用が強い流れということになり、レイノルズ数Ｒｅが大きいということは相対的に慣性作用が強い流れということになる。
【０１０３】
レイノルズ数Ｒｅが乱流と層流とを区別する指標に用いられる場合、一般に、円管内を流れる流体のレイノルズ数が２０００程度以下で層流、レイノルズ数が４０００程度以上を乱流とされている。また、流体中を流れる対象物体が平板の場合、レイノルズ数が４０００００以下であると、層流になる。
【０１０４】
本実施形態のように、カーボンナノチューブが流体の流れる方向に搬送される場合、気体／液体を適宜選択することで、落下（沈降）速度、換言すると搬送ベクトルの大きさ、を調整できる。これによって、磁場印加領域３Ｂ内におけるカーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴの通過時間の最適条件を調整でき、カーボンナノチューブＭＣＮＴ、ＳＣＮＴに印加される磁場Ｈの積算時間を長くできる。
【０１０５】
搬送部３内に注入される液体に非導電性溶媒が用いられた場合、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴに局所的に流れる渦電流を閉じ込める効果がある。
また、液体に導電性溶媒が用いられた場合、カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴと導電性溶媒との間に、擬似的な電流ループを形成することができる。そのため、渦電流が流れる時間を一定に保つことができ、半導体性／金属性カーボンナノチューブの分離性に有効である。
【０１０６】
ブラウン運動による沈降速度の低下やカーボンナノチューブの移動（落下及び沈降）による乱流が生じる可能性がある。この影響は、液体、気体、真空の順で大きくなる。
【０１０７】
尚、気体を搬送部３内に充填する場合には、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、不活性な気体を用いることが好ましい。
【０１０８】
第１の実施形態のように、カーボンナノチューブを、例えば、ベルトコンベアを用いて機械的に搬送する場合、搬送速度（搬送ベクトル）を一定に保ち易い。しかし、機械部（ベルトコンベア）の振動、カーボンナノチューブと可動床との間に発生する分子間力（静電気力）による付着などに起因して、分別エラーが生じることが懸念される。
【０１０９】
これに対して、第２の実施形態のように、カーボンナノチューブを自由落下や沈降により搬送する場合には、機械的な振動や可動ステージ（ベルト）との間の付着などは生じず、また、カーボンナノチューブを分別するための装置自体も簡便化できる。
【０１１０】
さらに、導入部２から磁場印加領域３Ｂへの落下（沈降）速度は、真空、気体、液体の順に遅くなる。カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの落下速度が遅くなる結果として、磁場印加部の通過時間が長くなり、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに印加される磁場Ｈの積算時間が増える。このため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとの分別効率を上げることができる。
【０１１１】
したがって、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。さらに、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの分別の精度を向上できる。
【０１１２】
（３） 第３の実施形態
本発明の第３の実施形態においては、図１０乃至図１２を用いて、基板２０から分離する前のカーボンナノチューブに対して、カーボンナノチューブをそれらの特性・性質に応じて分別する方法について、説明する。尚、第１及び第２の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１１３】
カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、例えば、図１０に示すように、基板２０上に形成された多孔質層２５を利用して形成される場合がある。多孔質層２５は複数の細孔Ｏを有する。細孔Ｏは基板２０上面に対して垂直方向に延在し、それらの細孔Ｏは、多孔質層２５内にほぼ規則的に配置されている。多孔質層２５には、アルマイト層、ゼオライト層、メソポーラスシリカ層などが用いられる。
【０１１４】
例えば、多孔質層２５にアルマイト層を用いる場合、細孔Ｏはアルミニウムを陽極酸化することによって形成できる。具体的には、希硫酸を電解液として用いて、アルミニウムを陽極で電解し、酸化させる。これによって、アルマイトからなる多孔質層２５と、多数の細孔Ｏが形成される。この場合、細孔Ｏの底部、つまり、基板上に、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の多孔質層（アルマイト層）が残存する。そこで、陽極酸化後に、全面ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）または全面スパッタなどによって、細孔Ｏの底部に形成された多孔質層２５を除去し、基板２０表面を露出させる。
【０１１５】
このような多孔質層２５を利用した形成方法において、形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、例えば、図１１に示される構造を有する。
【０１１６】
カーボンナノチューブＭＣＮＴ，ＳＣＮＴは、細孔Ｏ底部の基板２０表面の触媒粒子（例えば、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ））を核に、細孔の延在方向に沿って成長し、細孔Ｏ内に形成される。この触媒粒子を核に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴまたは金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのいずれかが、形成される。
【０１１７】
また、カーボンナノチューブは、基板２０表面の触媒粒子を核に、バンブーライク（Bamboo-like）構造と呼ばれる構造を有して、形成される場合がある。バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴは、細孔Ｏの延在方向に沿って、複数回にわたって段階的に成長することによって形成され、１本のカーボンナノチューブ内に竹の節のような接合部Ｊを有している。そのカーボンナノチューブＢＣＮＴは、その接合面Ｊを境界に、異なる特性・性質を有する場合がある。その一例として、１本のバンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴにおいて、基板２０側の部分は金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴになり、カーボンナノチューブが有する接合部（節）Ｊを境界に上側の部分は、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴになる。
【０１１８】
また、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴ及びバンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴの底面が、基板２０に直接接触し、触媒粒子がカーボンナノチューブの上端側に存在する場合もある。本実施形態においては、上記のように製造されたカーボンナノチューブに対して、半導体性の特性を有するカーボンナノチューブ又はその一部分を、その磁気特性と磁場Ｈとの相互作用（反発力Ｆ）によって、カーボンナノチューブＳＣＮＴを基板２０又は触媒粒子から切断し、バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴにおいては接合部Ｊを境界に切断する。これによって、半導体性のカーボンナノチューブが選択的に取り出される。具体的な方法については、以下の通りである。
【０１１９】
まず、硫酸などの薬液を用いて、触媒粒子が除去される。カーボンナノチューブの底面に触媒粒子がある場合、触媒粒子の除去の結果として、それらのカーボンナノチューブは、薬液内に、分離される。例えば、薬液内に分散したカーボンナノチューブは、第１及び第２の実施形態で述べた手法を用いて、半導体性カーボンナノチューブが選択的に取り出される。
また、カーボンナノチューブの上端側に触媒粒子がある場合、即ち、カーボンナノチューブの底面が基板２０と接合している場合、触媒粒子は薬液によって除去されるが、カーボンナノチューブは基板２０と接合した状態を保持する。
特に、触媒粒子が強磁性体である場合、後述の方法を用いることができない。そのため、半導体性カーボンナノチューブを基板２０から選択的に分離する前に、薬液によって触媒粒子を除去しておくことが好ましい。
【０１２０】
そして、図１２に示すように、基板２０の上下を反転させて、多孔質層２５が下側、基板２０が上側になるようにする。そして、磁場発生部５が発生させる磁場Ｈが、基板２０の裏面側から、基板２０上に形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、印加される。
【０１２１】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、その磁気特性（反磁性）と磁場との相互作用による反発力Ｆによって、基板２０から切断される。そして、切断された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、図１２に示す例では、自由落下し、回収部４Ｃ内に回収される。
一方で、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは常磁性を有しているため、磁場Ｈに起因した反発力Ｆは与えられない。それゆえ、接合部Ｊにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは接合状態を保ったまま、基板２０上に残存する。
【０１２２】
また、バンブーライク構造のカーボンナノチューブＢＣＮＴは、図１１に示すように、接合部Ｊを有している。この接合部Ｊの原子間の結合力は、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの本体部分の原子間の結合力に比べて弱い。
【０１２３】
本実施形態においては、基板２０上のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、希釈したＰＤＭＳ（ポリジメチルソロキシ酸）等の薬液を用いた弱いエッチング処理が施される。ＰＤＭＳ等の薬液を用いた処理は、硫酸を用いた処理の前に行っても良いし、硫酸を用いた処理の後に行っても良い。
【０１２４】
このエッチング溶液（ＰＤＭＳ）の濃度は、カーボンナノチューブが分解されない濃度であって、カーボンナノチューブの本体部分にほぼダメージを与えない濃度である。但し、上述のように、接合部Ｊの結合力は弱いため、低濃度の溶液であっても、接合部Ｊの境界部分における結合力はさらに弱くなる。
【０１２５】
そして、上述と同様に、図１２に示すように、基板２０の上下を反転させて、多孔質層２５が下側、基板２０が上側になるように、配置する。そして、磁場発生部５が発生させる磁場Ｈが、基板２０の裏面側から、基板２０上に形成されたカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴに対して、印加される。
【０１２６】
ＰＤＭＳを用いたエッチング処理により、接合部Ｊの結合は弱くなっているので、半導体性の部分（単に、半導体性カーボンナノチューブと呼ぶ）ＳＣＮＴは、その磁気特性（反磁性）と磁場との相互作用による反発力Ｆによって、接合部Ｊを境界に、基板２０上の部分から切断される。そして、切断された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、図１２に示す例では、自由落下し、回収部４Ｃ内に回収される。
一方で、金属性の部分（単に、金属性カーボンナノチューブと呼ぶ）ＭＣＮＴは常磁性を有しているため、磁場Ｈに起因した反発力Ｆは与えられない。それゆえ、接合部Ｊにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは接合状態を保ったまま、基板２０上に残存する。以上のように、それぞれ異なるバンドギャップの大きさを有する半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを、分別できる。
【０１２７】
本実施形態では、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが基板２０上から分離されていない状態で、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別できる。そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを磁場Ｈに起因した相互作用によって基板２５から分離し、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを基板２５上に残存させる。
【０１２８】
このように、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの特性（バンドギャップの大きさ）に応じた分別と、カーボンナノチューブＳＣＮＴの基板２０からの分離とを同時に実行できる。それゆえ、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの製造を、簡便且つ効率的に実行できる。
【０１２９】
また、ある特性のカーボンナノチューブ（本例では、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴ）は基板２５上に残存するので、そのカーボンナノチューブＭＣＮＴを後述するデバイスに適用する場合に、そのデバイスの製造工程を簡便化且つ効率化できる。
【０１３０】
したがって、本発明の第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブをその特性毎に分別できる。
【０１３１】
（４） 第４の実施形態
図１３乃至図１５を用いて、本発明の第４の実施形態について、説明する。尚、第１乃至第３の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１３２】
第１乃至第３の実施形態においては、磁気特性の違いによって、半導体性のカーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性のカーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別する装置及び方法について説明した。
上記のように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶであり、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのバンドギャップの大きさは、０ｅＶより大きく、２．５ｅＶ以下である。このバンドギャップの範囲において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、それらが同一の形成条件で、同一の基板上に形成されていても、それぞれ異なった大きさのバンドギャップを有する場合がある。
半導体性カーボンナノチューブをより好ましいデバイスに適用するためには、半導体性カーボンナノチューブを、バンドギャップの大きさに応じて、さらに分別することが望まれる。
【０１３３】
それゆえ、本発明の第４の実施形態においては、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、大きさの異なるバンドギャップ（Ｅｇ＞０）毎に分別する方法について、説明する。
【０１３４】
上述のように、本発明の第１乃至第３の実施形態は、カーボンナノチューブ内の自由電子の存在の有無に起因する磁気特性の違いに着目して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別している。
【０１３５】
ここで、本発明の第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態に加えて、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を分別する。このため、本実施形態においては、磁場印加領域３Ｂを通過している途中に、バンドギャップの大きさの違いを利用する前処理を施す。
【０１３６】
具体的には、あるバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブに対して、その価電子帯の電子を伝導帯まで遷移させるエネルギーＥを与える。
【０１３７】
このエネルギーＥを与えるため、例えば、図１３及び図１４に示すように、カーボンナノチューブ分別装置１Ｃ，１Ｄは、励起部８Ａ，８Ｂをさらに備える。
【０１３８】
図１３及び図１４は、本実施形態に係るカーボンナノチューブの選別装置１Ｃ，１Ｄの構成をそれぞれ示している。図１３（ａ）及び図１４（ａ）は装置１Ｃ，１Ｄの平面構造を示し、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）は装置１Ｃ，１Ｄの断面構造を示す。
【０１３９】
図１３に示す例のカーボンナノチューブの分別装置１Ｃにおいて、励起部８Ａは、例えば、レーザ装置である。レーザ装置８Ａは、例えば、レーザ発振器８１と、レンズやミラーから構成される光学系８２を備えている。レーザ発振器８１は、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、色素レーザなどのうち、少なくともいずれか１つが用いられる。ＹＡＧレーザ及びガラスレーザの出力する光の波長は、１．０６μｍ程度である。ルビーレーザの出力する光の波長は、０．６９μｍ程度である。色素レーザの出力する光の波長は、０．４〜０．７μｍ程度である。
【０１４０】
レーザ装置８Ａは、例えば、磁場印加領域３Ｂ内のカーボンナノチューブＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、レーザ光を照射し、光エネルギーをカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＭＴ２に与える。
【０１４１】
このように、レーザ光を複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＭＴ２に照射することによって、複数のカーボンナノチューブのうち、その光の波長に対応したバンドギャップエネルギー以下の半導体性カーボンナノチューブを、選択的に励起状態にする。
【０１４２】
また、励起部は、レーザ装置８Ａの代わりに、図１４に示すカーボンナノチューブの分別装置１Ｄのように、加熱装置８Ｂであっても良い。
【０１４３】
加熱装置８Ｂは、例えば、ニクロム線８５を有する。加熱装置８Ｂは、搬送部３の共通部３Ａ内から磁場印加領域３Ｂ内において、ニクロム線８５に電流を流すことによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して直接加熱や輻射による熱量を与える。与えられた熱量に対応するバンドギャップのエネルギー以下の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、レーザ光を照射した場合と同様に、励起状態になる。
尚、外部エネルギーを与えられてからカーボンナノチューブが励起状態になるまでの応答速度は、レーザ装置８Ａを用いた光励起の場合に比較して、加熱装置８Ｂを用いた熱励起の場合には遅くなる。それゆえ、図１４に示すように、カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２が磁場印加領域３Ｂ内に到達するまでに励起状態になるように、共通部３Ａから磁場印加領域３Ｂまでの範囲を加熱領域として、共通部３Ａ内においても、搬送中のカーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に対して、熱量を与えておくことが好ましい。
【０１４４】
ここで、図１５を用いて、バンドギャップの大きさの異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に光を照射して、半導体性カーボンナノチューブを励起状態にする場合について説明する。ここでは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２のバンド構造が、直接遷移型の場合について説明する。
【０１４５】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１のバンドギャップＥｇ１は、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップＥｇ２より小さい。そして、レーザ装置８Ａは、波長λのレーザ光を出力する。そのレーザ光のフォトンエネルギーＥを、プランク定数ｈ、光速ｃ及び波長λで示す場合、Ｅ＝ｈｃ／λになる。このフォトンエネルギーが、外部エネルギーＥとして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。ここでは、外部エネルギー（フォトンエネルギー）Ｅの大きさは、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上であり、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギーよりも小さい場合について、説明する。
【０１４６】
このレーザ光が照射された複数のカーボンナノチューブのうち、外部エネルギーＥ＝ｈｃ／λ以下のバンドギャップ（バンドギャップエネルギー）Ｅｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、図１５（ａ）に示すように、波長λ１のレーザ光を吸収し、電子が価電子帯Ｅｖから伝導帯Ｅｃへ遷移し、励起状態となる。そのため、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴ１の表面は自由電子が増加し、擬似的に金属性の性質に変化する。その結果として、励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１の磁気特性も反磁性的な性質よりも、常磁性的な性質が強くなる。
【０１４７】
一方、図１５（ｂ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、外部エネルギーＥ＝ｈｃ／λよりも大きいバンドギャップエネルギーＥｇ２を有する。そのため、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、レーザ光を吸収することはなく、励起状態にもならない。それゆえ、カーボンナノチューブ表面の自由電子は増えず、常磁性的性質が発現せず、バンドギャップＥｇ２を有するカーボンナノチューブＣＮＴ２は反磁性を示す。
【０１４８】
また、図１４に示すように、加熱処理によって、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１を、励起状態にする場合においても、レーザ光の照射を用いた場合と同様である。
即ち、バンドギャップＥｇ１におけるキャリアのバンド間遷移が生じる熱エネルギーが、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１に外部エネルギーＥとして与えられると、電子の熱励起により、価電子帯にあった電子が伝導帯に遷移する。このように、半導体性カーボンナノチューブは励起状態になり、そのカーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は常磁性的な性質が強くなる。これに対して、与えられた熱エネルギーが、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップエネルギーＥｇ２より小さければ、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、励起状態にならない。それゆえ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、反磁性を示す。
【０１４９】
そして、図１３及び図１４に示すように、磁場印加領域３Ｂ内において、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１と非励起状態（定常状態）の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２とに、外部エネルギーＥが供給されるのと同時に、磁場Ｈが供給される。非励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は反磁性なので、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、磁場Ｈとの相互作用によって、磁場印加領域３Ｂ内から分岐部３Ｄへはじき出される。
励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、上記のように、常磁性を強く示すようになる。それゆえ、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は磁場Ｈに起因する反発力を受けずに、搬送ベクトルによって、磁場印加領域３Ｂから分岐部３Ｃに搬送される。レーザ光が照射されなくなると、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、励起状態から定常状態に戻る。
【０１５０】
そして、バンドギャップＥｇ１，Ｅｇ２の大きさがそれぞれ異なる複数の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、バンドギャップの大きさ毎に異なる回収部４Ａ，４Ｂにそれぞれ回収される。
【０１５１】
尚、図１５では、半導体性カーボンナノチューブのバンド構造が、直接遷移型である場合を例に説明したが、間接遷移型でもよいのはもちろんである。間接遷移型の半導体性カーボンナノチューブにおいても、そのバンドギャップに応じたエネルギーよりも大きいエネルギーを吸収し、励起された電子が緩和されるときに、フォノンとの相互作用によって電子が熱せられて、カーボンナノチューブが励起状態になる。
【０１５２】
以上のように、外部エネルギーＥを与えることによって、そのエネルギーＥ以下のバンドギャップの大きさ（バンドギャップエネルギー）を有する半導体性カーボンナノチューブは励起状態になる。そして、励起状態になった半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、その伝導帯内に励起された電子が潤沢に存在する状態になるので、擬似的に金属性カーボンナノチューブになる。その結果として、励起状態の半導体性カーボンナノチューブの磁気特性は、常磁性を示す。
【０１５３】
一方、与えられたエネルギーよりも大きいバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブは、励起状態にならない。それゆえ、外部エネルギーを与えても、定常状態のままの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、反磁性を示す。この反磁性を示すカーボンナノチューブは、与えられた磁場Ｈによって、反発力が生じる。
【０１５４】
このように、本実施形態においては、外部エネルギーを与えて、半導体性カーボンナノチューブを励起状態にすることによって、そのエネルギーの大きさに対応するバンドギャップを有する半導体性カーボンナノチューブの磁気特性が、一時的に変化することを利用して、異なるバンドギャップの大きさの半導体性カーボンナノチューブを分別できる。
【０１５５】
さらに、レーザ光の照射によってカーボンナノチューブを励起させる場合、照射するレーザ光の波長λは、使用するレーザ発振器８１の種類を変更することによって、変化できる。それゆえ、カーボンナノチューブが取りうるバンドギャップ（０＜Ｅｇ≦２．５）の範囲の中で、レーザ光の波長λを選択することで、所望のバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブを、分別できる。これと同様に、加熱による熱エネルギーを与えて、カーボンナノチューブを励起させる場合においても、加熱温度を制御することによって、所望するバンドギャップの大きさを有する半導体性カーボンナノチューブを、分別できる。これは、半導体性カーボンナノチューブを用いたデバイスの特性の向上や、それらの特性のばらつきの抑制に貢献できる。
【０１５６】
尚、本実施形態においては、第１の実施形態に述べたカーボンナノチューブの分別装置１Ａに、励起部（レーザ装置）８Ａ又は励起部（加熱装置）８Ｂを備えた例を述べた。ただし、第２又は第３の実施形態に述べた装置の構成（図８、図９及び図１２参照）に、カーボンナノチューブに外部エネルギーを与えることができるように、励起部８Ａ又は励起部８Ｂをさらに具備しても、本実施形態と同様の効果が得られるのは、もちろんである。
【０１５７】
したがって、本発明の第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブ、特に、半導体的な特性を示すカーボンナノチューブを、その特性毎に分別できる。
【０１５８】
（５） 第５の実施形態
図１６を用いて、本発明の第５の実施形態について、説明する。尚、第１乃至第４の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。図１６（ａ）は装置１Ｅの平面構造を示し、図１６（ｂ）は装置１Ｅの断面構造を示す。
【０１５９】
図１６に示すカーボンナノチューブの分別装置１Ｅは、振動部９をさらに備える。
振動部９は、カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、水平方向又は垂直方向の微振動を与える。例えば、この振動部９は、磁場発生部５と同様に、磁場を発生させることによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの反磁性を利用して、そのカーボンナノチューブＳＣＮＴに振動を与える。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、振動部９は、図中の手前側から奥行き側、又は、奥行き側から手前側に向かって、交互に磁場を発生させる。即ち、カーボンナノチューブが搬送ベクトルによって搬送されることで、カーボンナノチューブＳＣＮＴに、ＢからＢ’（またはＢ’からＢ）に向かう方向と水平な方向の微振動が与えられる。または、カーボンナノチューブＳＣＮＴに、搬送部２のカーボンナノチューブが搭載される面に対して垂直方向（Ｃ−Ｃ’方向）の微振動が与えられる。
【０１６０】
このように、搬送中の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに選択的に振動を与えることで、カーボンナノチューブと可動ステージ（ベルトコンベア）との間に発生する分子間力（静電気力）による付着や、複数のカーボンナノチューブを搬送した場合における、カーボンナノチューブ間の付着及び絡まりに起因した分別エラーを、抑制できる。
【０１６１】
尚、振動部９が生じる振動は、カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴが特性毎に分別されるまでに与えられていればよい。そのため、振動部９は、搬送部３の共有部３Ａ及び磁場印加領域３Ｂまでの区間内に配置されていればよい。
【０１６２】
以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、第１乃至第３の実施形態と同様に、簡便且つ効率的に、カーボンナノチューブを特性毎に分別でき、さらに、その分別の精度も向上できる。
【０１６３】
尚、図１６においては、第１の実施形態に示す装置に振動部９を備えた例を示しているが、これに限定されず、第２乃至第４に示す構成に対して、振動部９を付加した構成であってもよいのは、もちろんである。
【０１６４】
特に、第３の実施形態のように、磁場による反発力によって、半導体性カーボンナノチューブを選択的に切断して、特性ごとに分別する場合には、振動による外力をカーボンナノチューブに与えることができる。これは、半導体性カーボンナノチューブの切断による分別を効率化できる。また、エッチングによるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴのダメージを低減できる。
【０１６５】
（６） 第６の実施形態
第１乃至第５の実施形態においては、主に、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブの分別装置の全体構成について述べた。ここでは、図１７及び図１８を用いて、磁場発生部５の構成例について説明する。尚、第１乃至第５の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１６６】
図１７に示す例において、磁場発生部５は、電磁石から構成される。電磁石は、強磁性体（例えば、鉄（Ｆｅ））５１と、その磁性体５１に巻きつけられた導線（コイル）とを備える。導線５１には、電源５３と、スイッチ５４とが接続されている。
スイッチ５４がオフからオンに切り替えられることによって、導線５２に電流Ｉが流れ、磁性体５１が磁化する。これによって磁場Ｈが発生する。尚、スイッチがオフにされている時には、電流Ｉは導線５２に流れないので、磁場Ｈは発生しない。電磁石が発する磁場Ｈの方向は、磁場発生部５を配置した側から分岐部３Ｄ側に向かう方向（図１７中のＡからＡ’に向かう方向）に設定され、それに伴って、電流Ｉを流す向き及び導線５２の巻き方が設定されている。
【０１６７】
電磁石から構成される磁場発生部５は、導線５２を流れる電流の大きさを調整することにより、磁束密度を変化できる。それゆえ、電磁石を用いることによって、カーボンナノチューブに供給する磁場Ｈの大きさを、簡便に変化させることができる。
よって、例えば、磁石の往復運動などのように、永久磁石を動作させて、磁場を変化させる場合に比べて、機械的な振動などに起因する、磁場による反発力以外の外力がカーボンナノチューブに与えられることを防止できる。その結果、搬送されるカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴの分別の精度を向上できる。
【０１６８】
図１８は、図１７とは異なった磁場発生部５の構成例を示している。図１８に示す例では、磁場発生部５は、円筒状の回転部表面に磁性体（強磁性体）５７，５８が設けられた構造を有している。回転部には、Ｎ極の磁性体５７とＳ極の磁性体５８とが交互に配置されている。
図１８（ａ）に示される磁場発生部５は、磁場印加領域３Ｂの側部に隣接して配置されている。磁場発生部５は、搬送部のカーボンナノチューブが搭載される面表面に対して垂直方向に回転軸を有している。また、図１８（ｂ）に示される磁場発生部５は、磁場印加領域３Ｂの下方に設けられている。磁場発生部５は、搬送部のカーボンナノチューブが搭載される面表面に対して平行方向に回転軸を有している。
【０１６９】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示される磁場発生部５において、磁場Ｈの発生時に、回転部が高速に回転する。尚、回転部の回転方向は時計周り又は反時計回りのどちらであってもよい。
【０１７０】
このように、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示される磁場発生部５は、反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、最初は、磁場印加領域３Ｂに引き寄せるような磁場を与え、その後、磁場印加領域３Ｂからはじきだすような磁場を与える。この一連の動作（回転）によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトルとほぼ同じ方向に引き寄せられ、ある初速度を有した状態で、磁場印加領域３Ｂ内において、強い反発力を受ける。そして、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、搬送ベクトル方向と磁場ベクトル方向との合成ベクトル方向に移動する。その結果として、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを精度良く分別することができる。
【０１７１】
以上のように、図１７及び図１８に示される構成によって、磁場発生部５は磁場印加領域３Ｂ内に、磁場Ｈを供給する。
【０１７２】
これによって、第１乃至第５の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別方法及び分別方法を用いて、特性（バンドギャップの大きさ）に応じて、カーボンナノチューブが分別される。
【０１７３】
［応用例］
図１９乃至図２１を用いて、本発明の実施形態の応用例について、説明する。尚、第１乃至第６の実施形態で述べた部材と、実質的に同じ部材に対しては、同じ符号を付し、詳細な説明は必要に応じて説明する。
【０１７４】
図１９に示すカーボンナノチューブの分別装置は、複数の磁場発生部５１〜５ｎが、直列に配列されている。この構成によれば、半導体性／金属性カーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴは、複数の磁場印加領域３Ｂ１〜３Ｂｎ内に、順次搬送される。
【０１７５】
複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴ，ＭＣＮＴを一度に大量に搬送する場合、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが磁場Ｈに起因した反発力が与えられても、反発力によるカーボンナノチューブの移動が他のカーボンナノチューブの存在によって妨げられてしまい、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが分別されずに、混在した状態で回収されてしまう場合がある。
【０１７６】
図１９に示す例のように、複数の磁場発生部５１〜５ｎを備えることで、半導体性カーボンナノチューブが１つめの磁場発生部５１の磁場Ｈによっては分別されず、その半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとともに、回収部４Ｂ側の分岐部３Ｃ１に搬送された場合、２つめの磁場発生部５２において、磁場Ｈが半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに再度供給される。そして、２つめの磁場発生部５２が発する磁場Ｈに起因した反発力によって、反磁性の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが、分岐部３Ｄ側へ分別される。
【０１７７】
このように、半導体性カーボンナノチューブの磁気特性（反磁性）と磁場Ｈとの相互作用を利用したカーボンナノチューブの分別を、複数回繰り返すことで、特性（バンドギャップの大きさ）の異なるカーボンナノチューブの分別を、精度良く実行できる。
【０１７８】
尚、磁場発生部５１〜５ｎのそれぞれが発生させる磁場Ｈの大きさは、すべて同じであってもよいし、それぞれ異なる大きさであってもよい。
【０１７９】
又、図２０に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２と金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとを分別した後、それに連続して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２を、バンドギャップの大きさ毎に分別してもよい。
【０１８０】
図２０に示す装置においては、はじめに、磁場印加領域３Ｂ１内で、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２と金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが、磁場Ｈとそれらの磁気特性の相互作用によって、分別される。
【０１８１】
これによって、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、回収部４Ｂ内に回収される。
一方、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２は、分岐部３Ｄ１を経由して、磁場印加領域３Ｂ２内に搬送される。
【０１８２】
磁場印加領域３Ｂ２内において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１を励起させる外部エネルギーＥ（ここでは、光エネルギー）が、バンドギャップの大きさが異なる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２に与えられる。尚、外部エネルギーＥの大きさは、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１のバンドギャップに対応するエネルギーの大きさ以上であって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２のバンドギャップに対応するエネルギーの大きさより小さい。
【０１８３】
外部エネルギーＥを与えられることで、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は励起状態になり、一時的に常磁性を示すようになる。一方、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、励起状態になるのに十分なエネルギーが与えられないので、励起状態にならない。それゆえ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２の磁気特性は、反磁性のままである。
【０１８４】
これにより、磁場印加領域３Ｂ２内において、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、その磁気特性（反磁性）と磁場Ｈとの反発力によって、分岐部３Ｄ２側にはじき出され、回収部４Ａ２内に回収される。一方、励起状態の半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は磁場Ｈによる反発力を受けない。そのため、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は、分岐部３Ｃ２側へ搬送され、回収部４Ａ１内に回収される。
【０１８５】
以上のように、カーボンナノチューブの特性に応じた選別を、より効率的に実行できる。
【０１８６】
尚、図２０においては、１つの励起部８Ａを備えた装置の例を示しているが、これに限定されず、図２１に示すように、励起部８Ａを複数個備えた構成であっても良い。複数の励起部８Ａを備えた場合、励起部８Ａが出力する外部エネルギーの大きさをそれぞれ異ならせることで、バンドギャップの大きさ毎の分別が、より細分化して行える。図２１を用いて、より具体的に説明する。
【０１８７】
図２１に示す例では、励起部８Ａ１及び励起部８Ａ２は、それぞれ異なる波長λ１，λ２のレーザ光を発するレーザ発振部をそれぞれ用いている。
【０１８８】
例えば、図２０に示す例と同様に、まず半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴとが、磁場印加領域３Ｂ１内で、選別される。
【０１８９】
選別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、それぞれ異なる大きさのバンドギャップを有する。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１はバンドギャップＥｇ１を有し、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２はバンドギャップＥｇ２を有する。半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、バンドギャップＥｇ３を有する。これらのバンドギャップＥｇ１、Ｅｇ２，Ｅｇ３において、バンドギャップＥｇ３が最もバンドギャップエネルギーが大きく、バンドギャップＥｇ１が最もバンドギャップが小さい。バンドギャップＥｇ２は、バンドギャップＥｇ１とバンドギャップＥｇ２との間の大きさのバンドギャップエネルギーである。
【０１９０】
半導体カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、分岐部３Ｄ１から磁場印加領域３Ｂ２に搬送される。
磁場印加領域３Ｂ２において、半導体カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３に対して、エネルギーＥ１が与えられる。このエネルギーＥ１は、バンドギャップＥｇ１に対応するエネルギー以上の大きさであって、バンドギャップＥｇ２，Ｅｇ３に対応するエネルギーより小さい。それゆえ、磁場印加領域３Ｂ２内において、バンドギャップＥｇ１を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１はエネルギーＥ１によって励起状態になり、バンドギャップＥｇ２，Ｅｇ３をそれぞれ有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は定常状態のままである。
【０１９１】
これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は、磁場発生部５２が生じる磁場Ｈとの相互作用により、分岐部３Ｄ２内にはじき出される。一方、励起状態の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１は、搬送ベクトルによって、分岐部３Ｃ２を経由して、回収部４Ａ１内に回収される。
【０１９２】
さらに、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３は磁場印加領域３Ｂ３に搬送され、その領域３Ｂ３内において、励起部８Ａ２によって、エネルギーＥ２が与えられる。エネルギーＥ２は、バンドギャップＥｇ２に対応するエネルギー以上の大きさであって、バンドギャップＥｇ３に対応するエネルギーより小さい。それゆえ、磁場印加領域３Ｂ３内において、バンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ１は励起状態になり、バンドギャップＥｇ３をそれぞれ有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は定常状態のままである。これによって、半導体性カーボンナノチューブｍＳＣＮＴ２の磁気特性は、励起状態の間、常磁性を示し、磁場Ｈによる反発力を受けなくなる。一方、バンドギャップＥｇ３を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、磁場Ｈによる反発力を受ける。したがって、バンドギャップＥｇ２を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ２は、分岐部３Ｃ３を経由して、回収部４Ａ２に回収される。一方、バンドギャップＥｇ３を有する半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ３は、分岐部３Ｄ３を経由して、回収部４Ａ３に回収される。
【０１９３】
このように、異なる大きさのエネルギーを、半導体性カーボンナノチューブに順次与えることによって、エネルギーに対応するバンドギャップの大きさ毎に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ１，ＳＣＮＴ２，ＳＣＮＴ３を分別できる。
【０１９４】
尚、図２０及び図２１においては、励起部８Ａ１，８Ａ２は、レーザ装置を用いているが、それに限定されず、加熱装置によって熱エネルギーを半導体性カーボンナノチューブに与えてもよいし、レーザ装置と加熱装置とを併用した構成であってもよい。
【０１９５】
図１９乃至図２１を用いて説明したように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別方法を適宜組み合わせることで、特性（バンドギャップの大きさ）に応じたカーボンナノチューブの分別の精度及び効率を向上できる。
【０１９６】
［適用例］
以下、図１乃至図２１を参照して説明したカーボンナノチューブの分別装置／分別方法によって分別されたカーボンナノチューブの適用例について、説明する。
【０１９７】
（Ａ） カーボンナノチューブに対する処理
図２２乃至図２７を参照して、デバイスにカーボンナノチューブに適用する際に、カーボンナノチューブに対して施す処理について説明する。
【０１９８】
（１）カーボンナノチューブの形状の均一化
図２２を用いて、カーボンナノチューブに対する処理の１つとして、カーボンナノチューブの形状（長さ）をそろえる方法について、説明する。
【０１９９】
カーボンナノチューブは、例えば、図１０及び図１１を用いて説明したように、アルマイトなどの多孔質層２５の細孔内に形成される場合がある。
【０２００】
この場合、形成されたカーボンナノチューブＣＮＴは、基板表面に交差する方向に成長する。尚、形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴは、半導体性カーボンナノチューブ及び金属性カーボンナノチューブの両方を含んでいる。
【０２０１】
この際、図２２（ａ）に示すように、カーボンナノチューブＣＮＴの上端が、細孔の開口部から突出するように、形成される。多孔質層２５の上面をストッパとして、カーボンナノチューブＣＮＴの上端を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、研削する。すると、図２２（ｂ）に示すように同一基板上に形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴの長さが、ほぼ同じになる。
【０２０２】
この後、上述の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置／分別方法を用いて、その長さが同じにされたカーボンナノチューブが、半導体性及び金属性の特性に応じて、分別される。
【０２０３】
このように、同一基板上に形成された複数のカーボンナノチューブＣＮＴにおいて、それらのカーボンナノチューブＣＮＴの長さを同じ長さにすることによって、金属性／半導体性カーボンナノチューブＣＮＴを後述のデバイスに適用するときに、素子特性のばらつきを抑制できる。
【０２０４】
（２） カーボンナノチューブの配置制御
ここでは、カーボンナノチューブを基板上の所定の位置に配置するための方法について、説明する。尚、ここで述べる方法は、金属性カーボンナノチューブ及び半導体性カーボンナノチューブに共通に適用できる。
【０２０５】
（ａ） 第１例
カーボンナノチューブが含まれる溶液を、溶液の流速及び流し込む時間を制御して、基板上に流した場合、複数のカーボンナノチューブは溶液が流れる方向に沿って基板上に配列する性質がある。
ここでは、この性質を利用して、複数のカーボンナノチューブを同時に基板上の所定位置に配置する方法の一例について、図２３乃至図２５を用いて、説明する。
【０２０６】
まず、図２３（ａ）に示すように、基板２０上に、多孔質層（例えば、アルマイト層）が、形成される。そして、この多孔質層２５の細孔内に、例えば、絶縁体２６が埋め込まれる。尚、細孔内に埋め込まれる材料は、絶縁材料に限定されず、多孔質層２５と細孔内に埋め込まれる材料とのエッチング選択比が確保できれば、導電材料や半導体材料でもよい。
【０２０７】
そして、図２３（ｂ）に示すように、多孔質層が選択的に除去される。すると、絶縁層２６が、基板２０上に残存し、ピラー状の絶縁層２６（以下、ピラー２６と呼ぶ）が基板２０上に配列された構造になる。上記のように、多孔質層に形成される細孔Ｏは、ほぼ規則的な配列を有するため、その細孔に埋めこまれたピラー２６も、基板２０上に規則的に配列する。
【０２０８】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、複数のピラー２６が配列された基板２０上に、上述の各実施形態によって分別されたカーボンナノチューブＣＮＴが含まれる溶液が、溶液の流速及び流し込み時間を制御して、流し込まれる。図２４に示す例において、溶液が流れる方向は、例えば、ｘ方向に沿う方向に設定される。
そして、溶液を揮発させると、カーボンナノチューブＣＮＴは、ｘ方向に沿って配列するとともに、ｙ方向に隣接する複数のピラー２６間に配置される。
【０２０９】
このように、複数のカーボンナノチューブＣＮＴを、溶液の流す方向とピラー２６の位置に応じて、基板２０上に規則的に同時に配置できる。
【０２１０】
尚、図２３及び図２４においては、多孔質層を用いて、基板２０上にピラー２６を形成したが、これに限定されず、絶縁体や導電体からなる立体的な構造体を、ＲＩＥ法やフォトリソグラフィ技術を用いて、基板２０上の所定位置に形成してもよい。
【０２１１】
また、基板２０上にピラー２６に形成する代わりに、図２５に示すように、基板２０内に、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥを用いて、溝Ｚを形成し、その基板２０上に、カーボンナノチューブＣＮＴが含まれる溶液を流してもよい。図２５（ａ）は、基板２０上に配置されたカーボンナノチューブの平面図を示し、図２５（ｂ）は図２５（ａ）のｙ方向に沿う断面図を示している。
この場合、カーボンナノチューブＣＮＴは、溝Ｚの位置に応じて、基板２０上に規則的に配置できる。尚、溝Ｚは、基板２０上に形成された層間絶縁層内に形成されてもよい。また、図２４（ｂ）では、溝Ｚの形状は矩形状を有しているが、これに限定されず、溝Ｚの形状は、図２４（ｃ）に示すように、例えば、三角形状（Ｖ字状）など、他の形状を有してもよい。
【０２１２】
このように、ピラー（構造体）２６が形成された基板上や溝Ｚが形成された基板上に、カーボンナノチューブを含む溶液を流すことによって、ピラー２６や溝Ｚの位置に沿って、複数のカーボンナノチューブの配置を同時に制御できる。
【０２１３】
この方法によって、半導体性／金属性カーボンナノチューブを適用したデバイスを、所定の位置に配置されるように、制御できる。また、上述の方法によれば、複数のカーボンナノチューブの配置を同時に制御できるので、カーボンナノチューブを用いたデバイスの生産効率を向上できる。
【０２１４】
（ｂ） 第２例
図２６を用いて、カーボンナノチューブの配置を制御するための方法の一例について、説明する。
カーボンナノチューブの端部を酸素雰囲気中において開端すると、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が、開端部分に付与されることが知られている。ここでは、カーボンナノチューブの端部に官能基を付与し、付与した官能基の特性を利用して、カーボンナノチューブの配置を制御する方法の一例について、説明する。
【０２１５】
図２６（ａ）に示すように、例えば、レジスト３０が、基板２０上に塗布される。そして、レジスト３０中に、カーボンナノチューブＣＮＴａが分散される。
【０２１６】
カーボンナノチューブＣＮＴａは、第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって、その特性（バンドギャップの大きさ）に応じて、分別されている。分別されたカーボンナノチューブＣＮＴａは、端部が開端され、その開端部に、磁性を有する原子又はその原子を含むキレートＲが付与（化学修飾とも呼ばれる）される。
【０２１７】
そして、図２６（ｂ）に示すように、磁場Ｈが、レジスト３０上のカーボンナノチューブＣＮＴａに対して供給される。磁場Ｈの方向は、例えば、基板２０表面に対して水平方向になっている。カーボンナノチューブＣＮＴａは、磁場Ｈが与えられることによって、レジスト３０中を電気泳動し、原子又はキレートが付与された端部が磁場Ｈの方向に沿う方向を向く。
これによって、複数のカーボンナノチューブＣＮＴａが、基板２０上のレジスト３０内で同じ方向に配向される。
【０２１８】
また、カーボンナノチューブの開端部には、磁性を有する原子又はキレートＲの代わりに、荷電性を有する原子又はその原子を含むキレートＲが付与されてもよい。
荷電性の原子及びその原子を含むキレートＲを付与した場合には、図２６（ｃ）に示すように、磁場の代わりに、電場Ｅが用いられる。この場合においても、電場Ｅの方向に沿って、カーボンナノチューブＣＮＴａがレジスト内で配向する。
【０２１９】
尚、磁性を有する原子／キレートと荷電性を有する原子／キレートの両方を、カーボンナノチューブの開端部に付与してもよい。
【０２２０】
以上のように、カーボンナノチューブの開端部に、磁性・荷電性を有する原子又はキレートを付与することによって、磁場又は電場を用いて、基板２０上における複数のカーボンナノチューブＣＮＴａの配置（配向）を制御することができる。
【０２２１】
（ｃ） 第３例
図２７を用いて、カーボンナノチューブの配置を制御するための方法について、説明する。
本例においては、カーボンナノチューブの開端部に付与（化学修飾）される官能基の特性を利用して、複数のカーボンナノチューブの基板上での配置を制御し、それとともに、カーボンナノチューブ同士を電気的に接続するための方法について、説明する。
【０２２２】
硫黄（Ｓ）が、金（Ａｕ）と接触すると、硫黄と金との間で共有結合が形成されることが知られている。本例では、この作用を利用して、カーボンナノチューブの配置を制御し、且つ、カーボンナノチューブの配置を固定する例について、説明する。
【０２２３】
まず、硫黄が含まれている気体雰囲気中で、カーボンナノチューブの端部が開端され、硫黄（Ｓ）を含むチオール基（−ＳＨ）が、カーボンナノチューブＣＮＴｂの開端部に付与される。
【０２２４】
また、カーボンナノチューブが配置される基板２０上において、例えば、金（Ａｕ）から構成される金属膜２８Ａが、カーボンナノチューブＣＮＴｂの端部が、配置される所定の位置に選択的に形成される。尚、金属膜２８Ａは、金（Ａｕ）に限定されず、チオール基と共有結合をなす膜であればよい。
【０２２５】
図２７（ａ）に示す基板２０上には、カーボンナノチューブの配向方向を制御するためのピラー２６も形成されている。
【０２２６】
そして、チオール基Ｓが付与されたカーボンナノチューブＣＮＴｂを含む溶液が、金属膜２８Ａが形成された基板２０上に流し込まれる。
【０２２７】
この際、チオール基が付与されたカーボンナノチューブの先端部は、金属膜２８Ａに引き寄せられる。そして、チオール基が含んでいる硫黄（Ｓ）と金（Ａｕ）は共有結合をなし、この結合力によって、カーボンナノチューブＣＮＴａの先端が金属膜２８Ａ上に固定される。
【０２２８】
また、チオール基を付与する代わりに、カーボンナノチューブの開端部に、ペプチドを付与してもよい。ペプチドは複数のアミノ酸の重合体であり、本例で付与されるペプチドは、例えば、無機材料結合ペプチドである。無機材料結合ペプチドとは、ある特定の無機材料との組み合わせによって、それらの相互作用に起因した結合が生じるペプチドのことである。無機材料結合ペプチドと結合する無機材料は、例えば、鉛（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）及びチタン（Ｔｉ）等の金属、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、モリブデン酸カルシウム（ＣａＭｏＯ４）等の無機化合物、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの半導体材料、が挙げられる。例えば、チタン（Ｔｉ）と結合する無機材料結合ペプチドの配列は、Ｋをリシン、Ａをアラニン、Ｄをアスパラギン酸と表記した場合、ＫＡＫＡＫＡＫＡの配列、ＤＫＤＫＤＫＤＫの配列、ＤＡＤＡＤＡＤＡの配列を有する。
【０２２９】
図２７（ｂ）に示すように、無機材料結合ペプチドＰＴを用いる場合においても、カーボンナノチューブＣＮＴｃの開端部に無機材料結合ペプチドＰＴが付与され、基板２０上の所定の位置に、無機材料膜２８Ｂが形成される。形成される無機材料膜２８Ｂは、付与された無機材料結合ペプチドとの間で結合をなす組み合わせの材料である。
【０２３０】
そして、無機材料結合ペプチドＰＴが付与されたカーボンナノチューブＣＮＴｃを含む溶液が、基板２０上に流され、カーボンナノチューブＣＮＴｃが、基板２０上に配置される。カーボンナノチューブＣＮＴｃの無機材料結合ペプチドＰＴが付与された部分と無機材料膜２８Ｂとが、それらの間に生じる相互作用により、結合する。これによって、カーボンナノチューブＣＮＴｃの端部が、無機材料膜２８Ｂ上に固定される。
【０２３１】
図２６に示す例において、金属膜２８Ａ又は無機材料膜２８Ｂは、複数のカーボンナノチューブＣＮＴａ，ＣＮＴｂに共有されている。
【０２３２】
図２５を用いて説明した第１例のように、カーボンナノチューブを含む溶液を基板上に流し込むだけでは、カーボンナノチューブ同士が電気的に接続されない場合がある。一方、本例では、カーボンナノチューブＣＮＴａ，ＣＮＴｂは導電性の膜を共有するので、直接接触せずとも、導電性の膜２８Ａ，２８Ｂを介して、電気的に接続される。
【０２３３】
金属膜２８Ａや導電性の無機材料膜２８Ｂは、例えば、カーボンナノチューブを適用したデバイスの電極や配線として、用いてもよい。また、金属膜２８Ａや導電性の無機材料膜２８Ｂは、カーボンナノチューブが固定された後に、所定の配線レイアウトとなるように、選択的にパターニングが施されてもよい。
【０２３４】
（Ｂ） カーボンナノチューブを用いた素子
以下、図２８乃至図３５を用いて、本発明の各実施形態によって分別されたカーボンナノチューブの適用したデバイスについて説明する。
【０２３５】
（１） スイッチング素子
以下、図２８を参照して、本発明の実施形態によって分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたスイッチング素子について、説明する。
【０２３６】
上述のように、半導体性カーボンナノチューブは反磁性を有し、印加された磁場に対して反発力が生じる。このような磁場の印加により反発する性質を利用して、半導体性カーボンナノチューブは、例えば、ナノサイズのスイッチング素子（以下、ＮＥＭＳ（Nano Electronics Mechanical Structure）スイッチ素子と呼ぶ）に、適用される。
【０２３７】
図２８は、半導体性カーボンナノチューブを用いたＮＥＭＳスイッチ素子の構造及び動作を説明するための模式図である。
まず、ＮＥＭＳスイッチ素子の構造について説明する。
【０２３８】
ＮＥＭＳスイッチ素子６０は、基板２０上に設けられる。基板２０は、半導体基板（例えば、シリコン基板）や絶縁性基板（例えば、ガラス基板）、或いは、層間絶縁膜が、用いられる。
【０２３９】
基板２０上に、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが設けられる。尚、ここでは、説明の簡単化のため、１つの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを図示しているが、複数の半導体性カーボンナノチューブから構成されるカーボンナノチューブの束でも良い。
【０２４０】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端は、例えば、アンカーとしての導電材６１によって、基板２０上に固定される。導電材６１は、例えば、配線層としても機能する。また、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端と接触するように、電極６２が基板２０上に設けられる。
【０２４１】
ＮＥＭＳスイッチ素子６０に磁場Ｈを与えるため、アクチュエータとしての磁場発生部６５が設けられる。磁場発生部６５が発生する磁場Ｈと反磁性を示す半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴとの相互作用によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴと電極６２との接触／非接触が制御され、ＮＥＭＳスイッチ素子６０がオン／オフされる。図２７に示す例では、磁場Ｈの向きは、基板２０の底面側から基板２０の上面側へ向かう方向になっている。
【０２４２】
外部から磁場が印加されない時、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端と電極６２が接触し、カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたＮＥＭＳスイッチ素子６０はオン状態となる。一方、外部から磁場Ｈが印加された時、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの反磁性によって、半導体性カーボンナノチューブに磁場Ｈに対する反発力が、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴに与えられ、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端は電極６２から離れる。このため、このＮＥＭＳスイッチ素子６０はオフ状態になる。
【０２４３】
磁場Ｈが与えられていない状態を通常状態とした場合、このＮＥＭＳスイッチ素子６０は、ノーマリーオン型のスイッチ素子となる。
【０２４４】
尚、図２８に示す構成において、半導体性カーボンナノチューブを用いたＮＥＭＳスイッチ６０と磁場発生部６５とが同一のチップ上に形成される場合には、アクチュエータとしての磁場発生部６５は、カーボンナノチューブＳＣＮＴよりも下層に形成されることが好ましい。そして、ＮＥＭＳスイッチ素子としてのカーボンナノチューブＳＣＮＴは、磁場発生部６５を覆う層間絶縁膜上に配置される。
また、ＮＥＭＳスイッチ素子６０と磁場発生部６５とが異なるチップ上にそれぞれ形成される場合には、磁場発生部６５が形成されたチップ上に、ＮＥＭＳスイッチ素子６０が形成されたチップが積層されることが好ましい。
【０２４５】
以上のように、本発明の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが分別され、その分別されたカーボンナノチューブＳＣＮＴが、例えば、ＮＥＭＳスイッチ素子に適用される。分別されたカーボンナノチューブの特性（バンドギャップの大きさ）は、実施形態で述べた方法によって、ほぼ同じ特性を有している。それゆえ、特性の同じカーボンナノチューブを適用することによって、ＮＥＭＳスイッチの特性ばらつきを抑制できる。
【０２４６】
したがって、本発明の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法を用いることによって、特性のばらつきを抑制したＮＥＭＳスイッチを提供できる。
【０２４７】
（２） トランジスタ
図２９乃至図３２を参照して、本発明の実施形態によって分別された半導体性カーボンナノチューブを、電界効果トランジスタに適用する例について、説明する。
【０２４８】
（ａ） 構造
図２９を用いて、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いた電界効果トランジスタの構造について、説明する。以下では、カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いた電界効果トランジスタのことを、ＣＮＴトランジスタと呼ぶ。
【０２４９】
図２９（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの平面構造を示している。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）のＬ−Ｌ線に沿う断面図を示し、図２９（ｃ）は、図２９（ａ）のＷ−Ｗ線に沿う断面図を示している。尚、Ｌ−Ｌ線は、ＣＮＴトランジスタのチャネル長方向の断面に対応し、Ｗ−Ｗ線は、ＣＮＴトランジスタのチャネル幅方向の断面に対応している。
【０２５０】
図２９に示すように、ＣＮＴトランジスタのゲート電極４１は、基板２０内に形成された溝内に設けられている。ゲート電極４１は、ｙ方向（チャネル幅方向）に延在している。尚、基板２０は、シリコン基板などの半導体基板でもよいし、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板や絶縁性基板でもよい。
【０２５１】
ゲート電極４１上及び基板２０上には、ゲート絶縁膜４２が設けられる。
ゲート絶縁膜４２上には、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが設けられている。カーボンナノチューブＳＣＮＴの一端及び他端には、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂが設けられている。
【０２５２】
半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、ゲート電極４１と対向する部分がチャネル領域ＣＨとして機能する。また、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、電極４４ａ，４４ｂと接触する部分が、それぞれソース／ドレインとして機能する。
【０２５３】
カーボンナノチューブＳＣＮＴ及びソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂ上には、層間絶縁膜４７が設けられる。
【０２５４】
トランジスタに用いた半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、本発明の実施形態で述べた方法によって分別された半導体性のカーボンナノチューブである。
【０２５５】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、ＣＮＴトランジスタに適用できる。
【０２５６】
第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によれば、半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさがほぼ同じもの分別できる。それゆえ、同じバンドギャップの大きさを有する複数の半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを、ＣＮＴトランジスタにそれぞれ適用できるので、ＣＮＴトランジスタの特性のばらつきを抑制できる。
【０２５７】
尚、図２９には、説明の簡単化のため、１つのＣＮＴトランジスタに、１つの半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴが含まれた構成を示している。しかし、１つのＣＮＴトランジスタに、複数のカーボンナノチューブＳＣＮＴを用いてもよい。この場合、従来では、カーボンナノチューブの本数のばらつきによって、ＣＮＴトランジスタのオン電流がばらつくことがある。しかし、ＣＮＴトランジスタに用いる半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によれば、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、ほぼ同様の特性（バンドギャップ）を有するように、分別できる。これによって、複数のカーボンナノチューブがＣＮＴトランジスタに含まれた場合においても、ＣＮＴトランジスタのオン電流のばらつきは抑制される。
【０２５８】
したがって、本発明の実施形態のカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法を用いることによって、特性のばらつきを抑制したＣＮＴトランジスタを提供できる。
【０２５９】
（ｂ） 製造方法
以下、図２９乃至図３２を用いて、カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタ（ＣＮＴトランジスタ）の製造方法について、説明する。尚、図２９乃至図３２においては、１つのＣＮＴトランジスタ形成領域を図示している。
【０２６０】
はじめに、図３０を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３０（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３０（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６１】
図３０（ａ）に示すように、基板２０内に、ｙ方向（チャネル幅方向）に延在する溝が形成される。そして、基板２０表面に、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの薄膜体積技術によって、ゲート電極材が堆積される。そして、そのゲート電極材に対して、例えば、エッチバックやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を施し、金属膜を溝内に自己整合的に残存させる。これによって、ゲート電極４１が基板２０内に形成される。
そして、図３０（ｂ）に示すように、基板２０上及びゲート電極４１上に、ゲート絶縁膜４１が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法を用いて、形成される。
【０２６２】
次に、図３１を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３１（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３１（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６３】
図３１（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜４２上に、レジスト３０が塗布され、さらに、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴがレジスト上に分散される。この半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴは、実施形態で述べた装置及び方法によって、特性（バンドギャップの大きさ）に応じて分別されたカーボンナノチューブである。
【０２６４】
こで、カーボンナノチューブＳＣＮＴの特性及び配置の均一化のため、例えば、図２６を用いて説明した方法のように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴの端部に、磁性・荷電性を有する原子又はその原子を含むキレートを予め付与しておき、レジスト３０内のカーボンナノチューブＳＣＮＴに対して、ｘ方向に沿った磁場又は電場を印加し、カーボンナノチューブの配列を制御してもよい。また、図２７を用いて説明した方法を用いてもよい。即ち、カーボンナノチューブＳＣＮＴの端部に、チオール基や無機材料結合ペプチドを予め付与すると共に、基板２０上の所定の位置に、チオール基や無機材料結合ペプチドと結合をなす膜を形成して、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを基板２０上の所定の位置に固定し、カーボンナノチューブＳＣＮＴの配置を制御する。
【０２６５】
そして、図３１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、レジスト３０Ａがパターニングされる。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴのうち、チャネル領域となる部分は、レジスト３０Ａで覆われる。また、半導体性カーボンナノチューブのうち、ソース／ドレイン領域となる部分は、露出される。
【０２６６】
この工程において、例えば、ＣＮＴトランジスタの形成領域（以下、トランジスタ形成領域と呼ぶ）をそれぞれ区画するために、基板２０内に素子分離溝（図示せず）が形成される。カーボンナノチューブの長さが不均一の場合、あるカーボンナノチューブが互いに隣接するトランジスタ形成領域間を架橋することがある。しかし、素子分離溝形成時のＲＩＥによって、素子分離領域（素子分離溝）上のカーボンナノチューブは、ＲＩＥにより分断される。それゆえ、１つのカーボンナノチューブが、２つのトランジスタ形成領域に、不要に跨って、素子不良を引き起こすのを防止できる。
【０２６７】
続いて、図３２を用いて、ＣＮＴトランジスタの製造工程について、説明する。
図３２（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３２（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタの製造工程の一工程を示し、平面図とそのＬ−Ｌ線に沿う断面図を示している。
【０２６８】
図３２（ａ）に示すように、レジスト３０Ａ上及び半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴ上に、例えば、スパッタ法によって、金属膜４４が堆積される。この際、チャネル領域となるカーボンナノチューブＳＣＮＴの部分は、レジスト３０Ａによって覆われている。そのため、チャネル領域上においては、金属膜４４はそのレジスト３０Ａ上に堆積される。また、ソース／ドレイン領域となるカーボンナノチューブＳＣＮＴの部分には、金属膜４４が直接接触して形成される。
【０２６９】
そして、レジスト３０Ａが剥離されると、それと同時に、レジスト３０Ａ上の金属膜４４も剥離される。そのため、図３２（ｂ）に示すように、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴにおいて、チャネル領域となる部分は露出し、ソース／ドレイン領域となる部分には、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂが形成される。
【０２７０】
この後、図２９に示すように、層間絶縁膜４７が、カーボンナノチューブ４７を覆うように、基板２０上に形成される。これによって、半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを用いたＣＮＴトランジスタが完成する。
【０２７１】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、半導体性カーボンナノチューブが分別される。そして、図２９乃至図３２を用いた製造方法によって、分別された半導体性カーボンナノチューブＳＣＮＴを適用した電界効果トランジスタ（ＣＮＴトランジスタ）が作製される。
【０２７２】
（３） 配線
図３３及び図３４を参照して、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって分別された金属性カーボンナノチューブの適用例について、説明する。
【０２７３】
（ａ） 構造
金属性カーボンナノチューブは、アルミニウムや銅などの金属より低抵抗（優れた導電性）を有するため、例えば、半導体集積回路の配線に用いることができる。
【０２７４】
図３３は、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬの構造を示している。尚、図２９を用いて説明したＣＮＴトランジスタと共通する部材については、共通の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２７５】
図３３（ａ）は、ＣＮＴトランジスタの平面構造とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。図３３（ａ）に示すように、ＣＮＴトランジスタにおいて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰは、層間絶縁膜４７内に埋め込まれ、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂに接続される。コンタクトプラグＣＰとしてのカーボンナノチューブＭＣＮＴは、例えば、複数のカーボンナノチューブＭＣＮＴを束状にして、用いられる。金属性カーボンナノチューブを用いた配線ＣＬは、層間絶縁膜４８内に形成される。
【０２７６】
また、図３３（ｂ）に示すように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、半導体基板をチャネル領域とする電界効果トランジスタ（例えば、ＭＯＳトランジスタ）のコンタクトプラグＣＰや配線ＣＬに適用できるのは、もちろんである。
図３３（ｂ）に示されるＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタは、半導体基板２０内に、ソース／ドレインとなる２つの拡散層（以下、ソース／ドレイン拡散層と呼ぶ）４６ａ，４６ｂを有している。ソース／ドレイン拡散層４４ａ，４４ｂ間のチャネル領域上には、ゲート絶縁膜４２を介して、ゲート電極４１が設けられている。そして、コンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、ソース／ドレイン拡散層４６ａ，４６ｂに接続される。
【０２７７】
尚、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）において、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、トランジスタのソース／ドレイン４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂに接続されるコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬに用いられた例が示されているが、多層配線技術によって、これらの層よりも上層のコンタクト（ビア）や配線に用いられても良いのはもちろんである。
【０２７８】
第１乃至第６の実施形態で述べたように、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブが分別されているので、本適用例によれば、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴのみから構成されるコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬを形成できる。それゆえ、特性（バンドギャップの大きさ）がほぼ同じカーボンナノチューブを用いることによって、コンタクト及び配線の電気特性の均一化を図ることができる。
【０２７９】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、コンタクトプラグＣＰや配線ＣＬに適用できる。
【０２８０】
（ｂ） 製造方法
図３４を用いて、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬの製造方法について、説明する。尚、図３４に示される製造工程は、図２９乃至図３２を用いて説明した製造工程に続く工程である。
【０２８１】
図３４（ａ）及び図３４（ｂ）は、ＣＮＴトランジスタが形成された後における、コンタクトプラグ／配線形成工程の一工程をそれぞれ示し、平面図とそのＬ−Ｌ線（チャネル長方向）に沿う断面図を示している。
【０２８２】
図３４の（ａ）に示すように、層間絶縁膜４７がＣＮＴトランジスタを覆うように形成された後、層間絶縁膜４７内にコンタクトホールＱが形成される。これによって、ソース／ドレイン電極４４ａ，４４ｂ表面が露出する。
そして、第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、形成されたコンタクトホールＱ内に導入される。コンタクトホールＱ内には、１本以上の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが導入される。
【０２８３】
この際、導入された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、コンタクトホールＱの上端から突出する場合がある。そこで、図２２を用いて説明した方法と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴに対して、層間絶縁膜４７をストッパとして、ＣＭＰが施される。
【０２８４】
これによって、図３４の（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブＭＣＮＴが研削され、コンタクトプラグＣＰとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの上端が、層間絶縁膜４７の上端と、ほぼ一致する高さにされる。
【０２８５】
続いて、層間絶縁膜４８が、層間絶縁膜４７上に堆積される。層間絶縁膜４８内には、所定の配線レイアウトになるように、溝Ｚが形成される。そして、例えば、図２４を用いて説明した方法と同様に、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが、溝Ｚに配置される。これによって、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの配置が制御される。
この際、配線ＣＬとしての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの配置を固定するために、例えば、図２７を用いて説明した方法を用いてもよい。即ち、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの端部に、チオール基や無機材料結合ペプチドをあらかじめ付与し、例えば、Ａｕ膜や無機材料膜のように、チオール基やペプチドと結合をする膜（図示せず）を、溝Ｚ内の所定の位置に形成する。
そして、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴが層間絶縁膜４７，４８上に導入され、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いた配線ＣＬが、溝Ｚに形成された金属膜又は無機材料膜（図示せず）と結合をなして、所定の位置に固定して配置される。
また、この場合、カーボンナノチューブが、金属膜や導電性の無機材料を介して、電気的に接続される。それゆえ、カーボンナノチューブＭＣＮＴ同士の接触不良によって、配線ＣＬの電気的特性が劣化するのを防止できる。
【０２８６】
このように、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを用いたコンタクトプラグＣＰ及び配線ＣＬが完成する。
【０２８７】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べたカーボンナノチューブの分別装置及び分別方法によって、金属性カーボンナノチューブが分別される。そして、図３３を用いた製造方法によって、分別された金属性カーボンナノチューブを適用したコンタクトプラグ及び配線が作製される。
【０２８８】
（４） エミッタ素子
図３５を用いて、本発明の実施形態によって分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、例えば、ディスプレイなどの電子放出源（エミッタ素子）に適用した例ついて、説明する。以下、カーボンナノチューブを用いたエミッタ素子のことを、ＣＮＴエミッタ素子と呼ぶ。
【０２８９】
図３５は、金属性カーボンナノチューブを適用したマルチエミッタ７０を示している。
【０２９０】
マルチエミッタ７０は、真空状態の筐体７２内に、カソード電極２０Ａと、メッシュ状のアノード電極７１を有している。アノード電極７１とカソード電極２０Ａには、スイッチ７３を介して、電源７４が接続される。
【０２９１】
アノード電極７１において、カソード電極２０Ａと対向する面には、蛍光体（図示せず）が設けられている。
【０２９２】
カソード電極２０Ａ上には、複数のＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴが設けられている。複数のＣＮＴエミッタは、例えば、金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴである。
【０２９３】
図３５に示される複数の金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、例えば、多孔質層を利用して、基板２０Ａ表面に対して垂直方向に沿って成長するように形成される。そして、これらの金属カーボンナノチューブＭＣＮＴは、第３の実施形態で述べた分別方法を用いて、基板２０Ａ上に選択的に残存されたカーボンナノチューブである。
【０２９４】
この場合、ＣＮＴエミッタ素子に用いられる金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴは、多孔質層を用いて形成する際に、マトリクス状に配列するように基板２０Ａ上に形成されるため、エミッタ素子としてのカーボンナノチューブＭＣＮＴを改めて配列する必要はない。それゆえ、第３の実施形態のようにカーボンナノチューブを形成・分別することで、ＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴ及びマルチエミッタ７０の製造工程を簡略化できる。
そして、これらの複数のＣＮＴエミッタ素子ＭＣＮＴの一端（先端）は、アノード電極７１側に向いている。それゆえ、電子はカーボンナノチューブＭＣＮＴの急峻な先端から放出されるため、電子を放出させるための駆動電圧を低減できる。
【０２９５】
尚、基板２０Ａは、カソード電極として機能することが好ましく、金属や半導体などの導電性を有する基板が用いられる。但し、その表面に導電膜を有する絶縁性基板であってもよいのは、もちろんである。また、図３５においては、基板２０Ａ（カソード電極）上の多孔質層が除去された例が示されているが、多孔質層を基板２０上に残存させてもよい。さらに、残存された多孔質層上に、エミッタ素子としての金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴの先端に近接して設けられたグリッド電極を備えていてもよい。このグリッド電極によって、エミッタ素子からの電子の放出を制御できる。
【０２９６】
さらに、エミッタ素子の特性の均一化を図るため、図２２を用いて説明したように、カーボンナノチューブの先端に対してＣＭＰを施して、カーボンナノチューブの長さが同じになっていることが好ましい。
【０２９７】
尚、第１及び第２の実施形態を用いて分別された金属性カーボンナノチューブを、基板２０Ａ上に分散させて、ＣＮＴエミッタ素子に適用してもよいのはもちろんである。
【０２９８】
以上のように、本発明の第１乃至第６の実施形態で述べた装置及び方法によって、カーボンナノチューブが特性毎に分別される。そして、分別された金属性カーボンナノチューブＭＣＮＴを、エミッタ素子に適用できる。
【０２９９】
［その他］
本発明の実施形態においては、カーボンナノチューブを例に、その磁気特性の違いを利用して、複数のカーボンナノチューブを特性・性質毎に分別する方法について、説明した。しかし、本発明の例は、カーボンナノチューブに限定されない。
【０３００】
同一条件下で同一基板上に形成された微細な構造体（生成物）、特に、六員環から構成される構造体において、その構造体の磁気特性（常磁性／反磁性）に違いが生じていれば、本発明の例は適用でき、磁気特性の違いを利用して、複数の構造体を性質・特性毎に分別できる。それゆえ、カーボンナノチューブ以外の微細な構造体においても、本発明の実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
【０３０１】
本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０３０２】
【図１】本発明の実施形態を説明するための模式図。
【図２】本発明の実施形態を説明するための模式図。
【図３】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための鳥瞰図。
【図４】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための平面図。
【図５】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図６】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図７】カーボンナノチューブを分別する方法を説明するための模式図。
【図８】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための鳥瞰図。
【図９】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置を説明するための断面図。
【図１０】第３の実施形態を説明するための模式図。
【図１１】第３の実施形態を説明するための模式図。
【図１２】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置及び分別方法を説明するための断面図。
【図１３】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１４】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１５】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブを分別する方法を説明するための図。
【図１６】第５の実施形態に係るカーボンナノチューブの製造装置の一例を示す図。
【図１７】第６の実施形態を説明するための模式図。
【図１８】第６の実施形態を説明するための模式図。
【図１９】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２０】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２１】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【図２２】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２３】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２４】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２５】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２６】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２７】カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図。
【図２８】スイッチ素子の構造及び動作を説明するための図。
【図２９】トランジスタの構造を説明するための図。
【図３０】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３１】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３２】トランジスタの製造方法を説明するための工程図。
【図３３】配線の構造を説明するための図。
【図３４】配線の製造方法を説明するための工程図。
【図３５】エミッタ素子の構造を説明するための図。
【符号の説明】
【０３０３】
１Ａ，１Ｂ：カーボンナノチューブ分別装置、ＳＣＮＴ，ＭＣＮＴ：カーボンナノチューブ、２：導入部、３：搬送部、４Ａ，４Ｂ：回収部、５：磁場発生部、８Ａ，８Ｂ：励起部、９：振動印加部、２０：基板、２５：多孔質層、ＰＴ：無機材料結合ペプチド、Ｓ：チオール基、４１：ゲート電極、４２：ゲート絶縁膜、４４ａ，４４ｂ：ソース／ドレイン電極、４６：ソース／ドレイン拡散層、Ｐ：コンタクトホール、Ｚ：溝、６０：ＮＥＭＳスイッチ素子、６１：固定部、６２：電極、７０：マルチエミッタ、２０Ａ：カソード電極（基板）、７１：アノード電極、７３：スイッチ、７４：電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと前記第１の磁気特性とは異なった第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとが共通に導入される導入部と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブを、前記導入部から前記第１及び第２の回収部まで搬送する搬送部と、
前記搬送部に隣接して配置され、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに対して磁場を印加する磁場発生部と、を具備し、
前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項２】
前記第１の磁気特性と前記磁場との間の相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブを、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとが形成された１つの基板から選択的に切断し、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項３】
前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第１の磁気特性を有する第３のカーボンナノチューブに対して、外部エネルギーを与える励起部を、さらに具備し、
前記外部エネルギーの大きさは、前記第１のカーボンナノチューブのバンドギャップエネルギーより小さく、前記第３のカーボンナノチューブのバンドギャップエネルギー以上であって、
前記第３のカーボンナノチューブを前記外部エネルギーによって励起させて、前記第３のカーボンナノチューブの磁気特性を、前記第１の磁気特性から前記第２の磁気特性に変化させ、
前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第３のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項４】
前記励起部は、レーザ発振器及び加熱装置の少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項５】
第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとを共通に導入する工程と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブに磁場を印加し、前記磁場と前記第１の磁気特性との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと第２のカーボンナノチューブとを分別する工程と、
前記分別された前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを、それぞれ異なって回収する工程と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブを分別する方法。
【請求項１】
第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと前記第１の磁気特性とは異なった第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとが共通に導入される導入部と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブをそれぞれ回収する第１及び第２の回収部と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブを、前記導入部から前記第１及び第２の回収部まで搬送する搬送部と、
前記搬送部に隣接して配置され、前記第１及び第２のカーボンナノチューブに対して磁場を印加する磁場発生部と、を具備し、
前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項２】
前記第１の磁気特性と前記磁場との間の相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブを、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとが形成された１つの基板から選択的に切断し、前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項３】
前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第１の磁気特性を有する第３のカーボンナノチューブに対して、外部エネルギーを与える励起部を、さらに具備し、
前記外部エネルギーの大きさは、前記第１のカーボンナノチューブのバンドギャップエネルギーより小さく、前記第３のカーボンナノチューブのバンドギャップエネルギー以上であって、
前記第３のカーボンナノチューブを前記外部エネルギーによって励起させて、前記第３のカーボンナノチューブの磁気特性を、前記第１の磁気特性から前記第２の磁気特性に変化させ、
前記第１の磁気特性と前記磁場との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと前記第３のカーボンナノチューブとを分別する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項４】
前記励起部は、レーザ発振器及び加熱装置の少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブの製造装置。
【請求項５】
第１の磁気特性を有する第１のカーボンナノチューブと第２の磁気特性を有する第２のカーボンナノチューブとを共通に導入する工程と、
前記第１及び第２のカーボンナノチューブに磁場を印加し、前記磁場と前記第１の磁気特性との相互作用によって、前記第１のカーボンナノチューブと第２のカーボンナノチューブとを分別する工程と、
前記分別された前記第１のカーボンナノチューブと前記第２のカーボンナノチューブとを、それぞれ異なって回収する工程と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブを分別する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１０−１３８０１５（Ｐ２０１０−１３８０１５Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４７５７（Ｐ２００８−３１４７５７）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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