CN1480981A

CN1480981A - 电子元件及其制造方法

Info

Publication number: CN1480981A
Application number: CNA031206263A
Authority: CN
Inventors: �ɱ߼��; 渡边美穗; ֮; 渡边浩之; 真锅力; 清水正昭
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-03-10
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: US7915539B2; EP1398297A3; US20040041154A1; JP2004090208A; US20070040488A1; JP4547852B2; US7065857B2; DE60323435D1; EP1398297A2; CN100559549C; EP1398297B1

Abstract

提供一种能通过生产工艺以优异的工业生产率制造的电子元件以及制造该电子元件的方法，该电子元件包括：矩阵形非导电基底部件；被密封在非导电基底部件中并包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管的碳纳米管组，其中从非导电基底部件的一个表面基本上只露出一个碳纳米管或被包含于多个碳纳米管中的至少一个碳纳米管的端部；以及连接到碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面的电极。

Description

电子元件及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种可用做整流器、传感器电极等的电子元件及其制造方法，特别涉及一种采用碳纳米管的电子元件以及制造该电子元件的方法，该碳纳米管能耗低且具有新颖的可用性。

背景技术

迄今为止，由于单层碳纳米管呈现半导体特性，因此人们试图用碳纳米管作为电子器件，并且通过试验采用碳纳米管制造整流器和晶体管，而且已经被公告了(例如参考S.J.Tans等人的“基于单个碳纳米管的常温晶体管”，自然，1998，第393卷，第49-52页；M.S.Fuhrer等人的“交叉纳米管结”，科学，第288卷(2000)，第494页)。而且，还报导了用于只保留具有半导体特性的单层碳纳米管制造晶体管的技术(例如，参考P.G.collins等人的“利用电击穿的工程碳纳米管和纳米管电路”科学，2001，第292卷，第706-709页)。

通过用做电子元件的碳纳米管获得的优点在于，碳纳米管的传导机构处于一种状态，即在被称为“弹道传导”的固体内电子几乎不散射，结果是即使允许大量电流流进电子元件，也几乎不产生热量。而且，由于碳纳米管的直径约为1nm到20nm，因此优选碳纳米管用做微型电路元件或电极。

另一方面，在近年来日益研究和发展的电化学生物传感器中，采用由金属或碳制成的电极。用于电极的金属选自铂、镍、铜、金等，铂已经广泛用于测量过氧化氢。作为由碳构成的电极，已经发展并广泛使用了各种电极，如玻璃态碳电极、石墨电极、碳膏电极和碳纤维电极。碳电极有助于一种高速度、高性能和高压溶液色谱法(HPLC)电化学检测器(ECD)的扩展。

相反，微型电极是μm级或更小尺寸(与数毫米至数厘米的电极相比)的电极的属名，通常用于电化学测量(例如，参考S.Pons和M.Fleishmann，分析化学，1987年，第59卷，第1391A页)。当使用微型电极时，可以进行不同于采用正常尺寸的电极的情况下的电化学测量。微型电极具有以下特点(a)-(e)。

(a)即使在溶液电阻很高的电解液中也能进行测量。

(b)可以简化反应的分析。

(c)由于电流响应速度高，因此可以跟踪高速反应。

(d)可测量高灵敏性。

(e)可获得关于电极表面的极限区域的信息。

然而，在碳纳米管用做电子器件的情况下，最严重的问题在于，不可能象常规半导体工艺那样通过曝光法在任意部分进行布线或处理，因为碳纳米管由纤维材料构成。特别是，由于碳纳米管的直径为若干纳米，在衬底布线的构图中需要采用电子束曝光法而不是紫外线曝光法。然而，电子束曝光法不适于工业上批量生产。

而且，由于碳纳米管是碳结构体，因此碳纳米管不能采用强酸或强碱进行湿腐蚀。当进行干离子刻蚀时，碳纳米管表面(侧表面)被损伤，导致传导特性改变。人们已经了解的是，上述弹道传导很难在被损伤的碳纳米管中发生。

另一个问题在于，碳纳米管在单层碳纳米管中有金属型和半导体型，在多层碳纳米管中已被了解的只有金属碳纳米管，不能制造有源电子器件，除非碳纳米管具有半导体特性，并且需要仅分离和使用具有半导体特性的碳纳米管。在人们已提出的一种方式中，允许流动大量电流，并且只保留具有半导体特性的碳纳米管，但是这种方式不适合于批量生产。

鉴于上述观点，人们希望有一种采用碳纳米管的电子器件的制造技术，能够进行批量生产而依赖于常规的曝光技术。

另一方面，如上所述，直径为数微米(μm)的碳纤维通常用做碳电极，人们希望通过进一步缩小直径而更进一步提高性能。

发明概述

鉴于上述情况已经做出本发明，因此本发明提供一种电子元件以及制造这种电子元件的方法，可以采用碳纳米管并通过工业生产率优异的制造工艺生产该电子元件。

更详细地说，本发明提供一种电子元件及制造该电子元件的方法，该电子元件适合用做性能更高、具有微小直径并可用于电化学测量的传感器电极、或能耗低的整流器。上述电子元件和制造该电子元件的方法通过下述的本发明实现。

即，根据本发明，一种电子元件包括：非导电基底部件；被密封在非导电基底部件内的碳纳米管组，它包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管，其中，基本上只有一个碳纳米管或包含在多个碳纳米管中的至少一个碳纳米管的端部从非导电基底部件的一个表面露出；以及连接到碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面的电极。

在本发明的电子部件情况下，在制造方法中不需要使用曝光技术，例如，设置一种简单结构，以使得通过利用简单汽相淀积法形成电极和通过机械切割工艺只露出碳纳米管的端部，就可以大体上制造该电子元件。因此，该技术具有优异的工业生产率并能批量生产。

本发明的电子元件事实上可用做具有微小直径的传感器电极。而且，第二电极层基本上只与碳纳米管的露出端部电连接，当第二电极层在使碳纳米管的端部露出的非导电基底部件的表面上形成时，该电子元件可用做能耗低的整流器，其中第二电极层作为正极，该电极用做负极(在本说明书中，所称的“电极”指的是在侧表面连接到碳纳米管的电极，并且为了区别于第二电极层，可称其为“第一电极”)。

在通过下述制造本发明的电子元件的方法制造本发明的电子元件的情况下，碳纳米管的露出端部成为切割表面。

在本发明的电子元件中，非导电基底部件的体积电阻最好为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm，非导电基底部件的材料最好是树脂材料。

在本发明的电子元件中，电极(第一电极)和第二电极层最好由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任一种材料独立地构成，具体地说，电极和第二电极层最好各由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯以及聚苯胺中的任一种材料构成。

而且，在本发明的电子元件中，电极(第一电极)可由能因氧化而形成非导电氧化层的金属材料制成，例如Al。在这种情况下，可以采用如下方式：其中电极的端部与碳纳米管的端部一起从非导电基底部件的一个表面露出，并且电极的露出端部由通过氧化金属材料得到的氧化层形成。

另一方面，制造根据本发明的电子元件的一种方法包括：密封包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管的碳纳米管组；形成电连接到碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面的电极；和切割碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管连同非导电基底部件，以得到切割表面。

在制造根据本发明的电子元件的方法的情况下，只通过下列步骤，可以制造采用碳纳米管的可用电子元件：在电极层形成工艺中例如通过简单汽相淀积法形成电极层，在密封步骤中例如通过普通的树脂模制法形成非导电基底部件，和通过切割工艺中的机械切割工艺露出碳纳米管的端部，而不包括采用曝光技术的制造工艺。因此，该制造方法在工业生产率上优异，并能批量生产。

在制造根据本发明的电子元件的方法中，非导电基底部件是至少由片形或板形非导电衬底和形成在该衬底表面上的非导电基底部件层形成的，密封工艺可包括在衬底表面上设置碳纳米管组，并在衬底表面上形成覆盖和密封整个碳纳米管组的基底部件层，在该衬底表面上设置碳纳米管组。

在设置工艺中，当通过涂敷例如碳纳米管的分散溶液来设置碳纳米管组时，碳纳米管组可以很容易地被设置成本发明所要求的状态。

在制造根据本发明的电子元件的方法中，电极形成工艺可包括使衬底表面上的电极形成为层。而且，通常切割工艺中的切割部分处于未形成电极的区域中。然而，在电极由能因氧化而形成非导电氧化层的金属材料制成时，切割工艺中的切割部分可以是形成电极的区域。

根据制造本发明的电子元件的方法，可制造事实上能用做具有微小直径的传感器的电子元件，并且当还包括在切割工艺之后、在切割表面上形成第二电极层的第二电极层形成工艺时，可制造电子元件，其可用做具有第二电极层作为正极和电极(第一电极)作为负极的整流器。

在本发明的制造电子元件的方法中，非导电基底部件的体积电阻最好为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm，非导电基底部件的材料最好是树脂材料。

在本发明的制造电子元件的方法中，电极(第一电极)和第二电极层最好由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任一种材料独立地制成，具体地说，电极和第二电极层最好各由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯以及聚苯胺中的任一种材料制成。

优选的是，设置工艺包括通过在所希望的区域上涂敷分散溶液而设置碳纳米管组，其中分散溶液是通过在分散介质中分散碳纳米管得到的，并干燥分散溶液。在这种情况下，使用的分散介质可包括水和/或醇(alcohol)。而且，分散介质可包括表面活性剂。

在根据本发明的制造电子元件的方法中的切割工艺中，最好采用金刚石刀或蓝宝石刀。

附图的的简要说明

下面根据附图详细说明本发明的优选实施例，通过下面参照附图的详细说明使本发明的目的和优点更明了，其中：

图1是表示根据本发明实施例、可用做具有微小直径的传感器电极的电子元件的平面图；

图2是沿着图1的线A-A截取的电子元件的剖视图；

图3是沿着图2的线B-B截取的电子元件的剖视图；

图4是在从表面X侧观看时图1-3中所示的电子元件的侧视图；

图5A-5C是用于解释碳纳米管的露出状态的放大剖视图，其中图5A表示只严格地露出端部的状态，图5B表示碳纳米管的端部从表面X稍微下降的状态，图5C表示碳纳米管的端部稍微从表面X突出的状态，并且其侧表面从其上稍微露出。

图6A-6C是示出其中根据本发明设置碳纳米管组的方式的平面图，其中，图6A表示碳纳米管组大致分为两块的状态，图6B表示电极和露出部分之间的部分被单个碳纳米管跨接的状态，图6C表示电极和露出部分之间的部分被单个碳纳米管跨接并且还被多个碳纳米管跨接的状态。

图7是表示根据本发明另一实施例的可用做极微小的整流器的电子元件的平面图；

图8是表示沿着图7的线C-C截取的电子元件的剖视图；

图9是沿着图8的线D-D截取的电子元件的剖视图；

图10是表示图7-9中所示的电子元件的示意结构图；

图11是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中已经进行电极层形成工艺的状态的平面图；

图12是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中的设置工艺中涂敷碳纳米管分散溶液的状态的平面图；

图13是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中已经进行设置工艺的状态的平面图；

图14是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中已经进行密封工艺的状态的平面图；

图15是表示图14中所示的状态的前视图；

图16是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中的切割工艺中的切割部分的平面图；

图17是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中已经进行切割工艺的状态的平面图；

图18是表示在根据本发明的一个例子的制造电子元件的方法中已经进行第二电极层形成工艺的状态的平面图；

图19是表示在根据本发明的另一例子的制造电子元件的方法中已经完成了密封工艺中的模制工艺、在衬底表面上设置碳纳米管组、形成电极层、以及形成基底部件层的状态的平面图；

图20是表示在根据本发明的另一个例子的制造电子元件的方法中的切割工艺中的切割部分的平面图；

图21是表示在根据本发明的另一例子的制造电子元件的方法中最后获得的电子元件的剖视图；

图22是展示根据例1的电子元件中的伏安法的测量结果的曲线图；

图23是展示根据比较例1的电子元件中的伏安法的测量结果的曲线图；

图24是展示根据例2的电子元件中的伏安法的测量结果的曲线图；

图25是表示根据例子用于测量电流-电压特性的装置的电路图；

图26是展示根据例3的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图；

图27是展示根据例4的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图；

图28是展示根据例5的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图；

图29是展示根据比较例2的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图；

图30是展示根据比较例3的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图；和

图31是展示根据比较例4的电子元件中的电流-电压特性的测量结果的曲线图。

优选实施例的详细说明

以下参照附图详细说明根据本发明的电子元件和制造电子元件的方法的优选实施例。

[本发明的电子元件]

(第一实施例)

首先，第一实施例被描述为根据本发明的一种电子元件，其可用做微小直径的传感器电极。

图1-3表示根据第一实施例的电子元件。详细地说，图1是根据本实施例的电子元件的平面图，图2是沿着图1的线A-A截取的剖视图，图3是沿着图2的线B-B截取的剖视图。在这些图中，参考标记10表示由多个碳纳米管构成的碳纳米管组，12是非导电基底部件层，14是薄膜电极，16是非导电衬底。为便于说明，图2和3的剖视图的绘制使得碳纳米管组10的所有碳纳米管都能被看到，但是实际上在截面A-A和截面B-B中，一部分碳纳米管被剩余基底部件层12遮住了。

安装在衬底16上的碳纳米管组10被基底部件层12密封。详细地说，这样的设置，使得碳纳米管组10被包含于矩阵形非导电基底部件的内部，其中非导电基底部件由基底部件层12和衬底16构成。即，碳纳米管组10中的各个碳纳米管被非导电基底部件围绕，但其端部除外，这将在后面介绍。

图4表示从图1-3中的表面X侧观看的侧视图。如图4所示，碳纳米管组10当中只有三个碳纳米管10a、10b和10c的端部从表面X露出。

下面将详细地介绍露出的碳纳米管的状态。在本例中，将以露出的碳纳米管中的碳纳米管10a为例介绍。

图5A-5C是用于解释碳纳米管组10a的露出状态的放大剖视图。如图5A所示，只有露出的碳纳米管10a的端部从由基底部件层12和衬底16构成的非导电基底部件的一个表面露出。其中如上所述只露出该端部的结构是本发明的主题。在例如用本发明的电子元件用为传感器的情况下，成为极微小接触点的露出端部的存在可构成微小的检测部分。而且，在例如本发明的电子元件用做将在后面所述实施例中说明中述及的整流器的情况下，露出端部的存在可构成与第二电极层的微小触点，由此展示作为本发明的电子元件的优异特性。

应该注意，图5A中所示的只严格地露出该端部的结构不是本发明的要求。碳纳米管是具有极微小直径和长度的物质，因此难以构成只是清楚地露出该端部的状态。因此，在根据本发明的露出的碳纳米管中，即使在以下的情况，即，在碳纳米管10a的端部如图5B所示那样从表面X下降，以及碳纳米管10a的端部从表面X稍微突出，并且如图5C所示稍微从其中露出其侧表面，这些情况都被包含于在基本上只露出端部的原理中，并且这些情况应落入本发明的范畴内。由于根据下降或露出部分的程度影响被制造之电子元件的特性，因此希望使露出端部的状态尽可能接近如图5A中所示的状态。

另一方面，碳纳米管组10当中只有两个碳纳米管10d和10e在其侧表面连接到电极14。如果碳纳米管10d和电极14互相物理接触，则在侧表面的连接不会出现问题，如图2中所示。然而，在本发明中，如果碳纳米管10d和电极14互相电连接，它们可能不总是互相物理连接。而且，如果连接到电极的碳纳米管的一部分是其侧表面，则不要求该部分位于其端部附近。

而且，在本例中，碳纳米管和电极之间的位置关系的设置，使得碳纳米管10d和10e放置在电极14上。然而，也可以采用各种方式，使得碳纳米管10d和10e的设置致使其在电极14的下面，以便将电极14置于多个碳纳米管之间，反之将碳纳米管置于两个电极之间，或是类似的方式。

碳纳米管组10的碳纳米管的设置，使得在其侧表面连接到电极14的碳纳米管10d和10e的至少之一、以及具有露出端部的碳纳米管10a、10b和10c的至少之一变为导电的。例如，碳纳米管10d变为与碳纳米管10a通过碳纳米管10f和10g导电。即，碳纳米管10d和10f、碳纳米管10f和10g、以及碳纳米管10g和10a分别互相电连接，并且碳纳米管10d和10a变为导电的。碳纳米管10d和碳纳米管10b和10c通过其它互相连接的碳纳米管变为导电的。

如果这些碳纳米管不仅互相物理接触，而且即使它们不互相物理接触也能互相电连接，正如碳纳米管和电极的连接那样，这些碳纳米管的互相连接就不会出现任何问题。

不用说，根据本发明的碳纳米管组的设置不限于本例。满足下列三个条件(1)～(3)的方式都应落入本发明的范畴内。

(1)基本上只有至少一个碳纳米管的端部从非导电基底部件的一个表面露出。

(2)至少一个碳纳米管在其侧表面上电连接到电极上。

(3)在其侧表面连接到电极的碳纳米管以及具有露出端部的碳纳米管彼此相同，和/或至少一个前者和至少一个后者变为导电的。

图6A-6C表示具体方式的几个例子。

在本例中，碳纳米管组10的碳纳米管设置成网状，所有碳纳米管通过其它碳纳米管中的任一个互相连接。如图6A所示，碳纳米管组10可以大致分为碳纳米管组10’x和碳纳米管组10’y，并且碳纳米管组10’x和10’y各具有上述关系(1)-(3)。

而且，在本例和如图6A所示的方式中，在其侧表面连接到电极的碳纳米管以及具有露出端部的碳纳米管由不同的碳纳米管形成。还有一种可能的情况是，一个碳纳米管的一端从表面X’露出，并且其另一端的侧表面连接到电极14’(即，在其侧表面连接到电极的碳纳米管和具有露出端部的碳纳米管互相相同)，正如图6B中所示的碳纳米管10’a、10’b和10’c。在图6B中，示意性地示出了一种状态，其中，如上所述构成的三个碳纳米管平行设置，但也可以替换为设置一个碳纳米管。同样，应认识到，那些例子具有上述关系(1)-(3)。在本说明书中，设置的碳纳米管整体被称为“碳纳米管组”，其中包括一个碳纳米管。

此外，如图6C中所示的方式，由多个碳纳米管和一个碳纳米管10’d构成的碳纳米管组10’z可具有上述关系(1)-(3)。

例如通过镀覆等方式以层的形状使电极14形成在衬底16的表面上。然而，在本发明中，如果电极紧靠在碳纳米管组当中的至少一个碳纳米管的侧表面上并用做外部端子，则电极的形状、材料、结构等不受特别限制。相应地，即使在电极不形成为层状也不会出现问题。

电极14和表面X之间的距离不受特别限制，但是在一个碳纳米管跨接电极14和表面X之间的的部分的情况下，必须使该距离短于该碳纳米管的长度。在多个碳纳米管跨接电极14和表面X之间的部分的情况下，就不提供这样的限制。当在设置一个碳纳米管的情况和设置多个碳纳米管的情况放在一起时，从得到的电子元件的电特性等角度考虑，电极14和表面X之间的距离选自从约0.1nm到1μm的范围，最好设置在1nm-10nm的范围内。

构成非导电基底部件的基底部件12的形成致使覆盖并密封碳纳米管组10和留下剩余的衬底16的表面的一部分，以便露出电极14的一部分，并与衬底16一起形成表面X。所露出的电极14的部分成为外部端子。

根据上述实施例的电子元件用做微小直径传感器电极，它可用于电化学测量并且性能极高。通常在该领域中使用的微型电极采用直径为几微米的碳纤维，而在根据本例的采用碳纳米管的传感器电极中，用做电极的部分(其不是指作为本发明的结构元件的电极，而是作为传感器与外部接触的部分的电极)的直径变为要使用的碳纳米管的直径，即0.3nm到100nm(特别是，优选10nm-20nm)，这样能大大提高性能。由于用做电极的部分的直径很小，因此传感器电极可在体内如针一样实现膜电位。

接下来，将介绍各个结构元件的细节。

(碳纳米管)

碳纳米管一般指碳的六角形网状石墨晶格(graphen)片，其形成管并与管轴平行。碳纳米管还被分为具有一个石墨晶格片的结构，称之为“单层纳米管(单壁碳纳米管)”，以及具有多个石墨晶格片的结构，称为“多层碳纳米管(多壁碳纳米管)”。可以根据合成方法或条件在某种程度上确定获得碳纳米管的结构类型。

在本发明中，作为主要结构元件的碳纳米管可由单层碳纳米管或具有两层或以上的多层碳纳米管形成。

而且，在本发明中可用作为碳纳米管的有，不严格成形为管状的碳纳米管，如作为各种单层碳纳米管中的一种单层碳纳米管(其直径从一个端部向另一个端部连续扩张的角型纳米管)、碳纳米线圈(整体为螺旋形的线圈型纳米管)、碳纳米珠(一种纳米管，其构形致使在其中心有一管子，它穿透由非晶碳等构成的球形珠)、杯堆叠型纳米管、碳纳米角、或其外周边用非晶碳覆盖的碳纳米管。

此外，在碳纳米管中包含某些材料的碳纳米管，如在碳纳米管中包含金属等的含金属纳米管，或在碳纳米管中包含富勒烯(fullerene)或含金属富勒烯的豆荚纳米管(peapod nanotube)也可用做本发明的碳纳米管。

如上所述，在本发明中，从碳纳米管的电特性等方面考虑，甚至可采用任何种类的碳纳米管，如各种一般的碳纳米管、或除了一般碳纳米管之外进行各种修改的碳纳米管，而没有任何问题。因此，在本发明中定义的碳纳米管的概念包括所有上述结构。

甚至通过迄今公知的电弧放电法、激光烧蚀法和化学汽相淀积法的任何方法，可以进行那些碳纳米管的合成，在本发明中不限制这些方法。在这些方法当中，从可以合成高纯度碳纳米管的观点考虑，优选的是在磁场中的电弧放电法。

优选的是，被采用的碳纳米管的直径设置为0.3nm到100nm。当碳纳米管的直径超过上述范围时，合成很难，并且性能价格比不是优选的。更优选的是，碳纳米管的直径的上限设置为30nm或以下，最优选的是设置为20nm或以下。

另一方面，从结构观点考虑，碳纳米管的直径的下限一般约为0.3nm。然而，由于存在当碳纳米管的直径太细时、合成时的生产率变得很低的情况，而这是不可取的，因此碳纳米管的直径的下限更优选地设置为1nm或以上，最优选为3nm或以上，特别优选为10nm或以上。

优选的是，被采用的碳纳米管的长度设置为0.1μm到1mm范围内。当碳纳米管的长度超过上述范围时，从成本角度考虑这是不优选的，因为合成变得很难，或者需要特殊的方法用于合成，而当碳纳米管的长度小于上述范围时，从如前所述难以设置碳纳米管组的角度考虑，这也是不优选的。碳纳米管的长度的上限更优选设置为100μm或以下，其下限更优选设置为1μm或以上。

碳纳米管的端部被密封在如下状态：其中在维持合成的状态下使石墨晶格片围绕其端部。因此，具有露出端部的碳纳米管的端部可用石墨晶格片密封，但是在用根据本发明的如下所述制造电子元件的方法制造碳纳米管的情况下，碳纳米管被从中切割，并且露出碳纳米管的切割表面。

构成碳纳米管组的碳纳米管的数量可以是一个或多个。为了进一步提高生产率，优选的是，在某种程度上使碳纳米管的数量更大。然而，碳纳米管增加到一定量以使碳纳米管组作为整体成为块(lump)是不优选的，因为在用非导电基底部件密封碳纳米管时可能会在各个纳米管之间产生间隙，尽管这取决于制造方法。

(非导电基底部件)

通常，由于可制造性，根据本发明的非导电基底部件由衬底和基底部件层构成。不用说，非导电材料只由对应基底部件层的部分构成。

基底部件层构成根据本发明的非导电基底部件的一部分，如果基底部件层由非导电材料构成，则它可被特别使用，而没有任何问题，并且它可由有机材料或无机材料制成。非导电性不需要完全的绝缘材料，而是可以具有被认为是半导体材料之程度的导电性。作为非导电基底部件的体积电阻优选设置为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm的范围内，更优选为5×10⁷Ωcm到1×10¹²Ωcm的范围内。

优选的是，从模制性能、机械性能、精确性能等角度考虑，非导电基底部件由树脂材料制成。采用树脂材料可以很容易地和高精度地通过常规公知方法形成非导电基底部件，如注射模制或由于涂敷和干燥而形成层。

从外部空气屏蔽功能或机械保护功能角度考虑，作为非导电基底部件的材料，可用的指定材料可选自无机材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、铌酸锂、锶钛、或金刚石；各种树脂材料，如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺—酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、碳氟树脂、酰胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚缩醛树脂、有机硅树脂或特氟隆树脂；或其它有机材料。

如果基底部件正如基底部件层一样由非导电材料制成，在没有任何问题的情况下，构成本发明的非导电基底部件的一部分的衬底可特别使用，并且优选方式、体积电阻等与参照非导电基底部件所述的相同。

用做衬底的非导电基底部件最好具有某种程度的高强度，因为在电子元件制造期间，非导电基底部件起着保持电极和碳纳米管组的作用。具体而言，非导电基底部件例如可选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺—酰亚胺、环氧树脂、特氟隆树脂、有机硅树脂等。与基底部件层相同的材料可优选用于非导电基底部件，但是也可以采用不同于基底部件层的材料而没有任何问题。

如果衬底的形状为片形或板形，衬底的厚度不受特别的限制而没有任何问题，但是从可加工性的角度考虑，最好设置在1μm到100μm的范围内。而且，尽管该厚度取决于得到的电子元件的预期目的或使用该电子元件的环境，并且一般不受限制，包括基底部件层的整个非导电基底部件的厚度选自从约10μm到5mm的范围内。

在本例中，以非导电基底部件的结构元件分为衬底和基底部件层的方式为例进行了说明。然而，在本发明中，衬底和基底部件层可由相同的材料制成并整体模制，或者可以只模制基底部件层而没有衬底，并且碳纳米管密封在其中以构成非导电基底部件，这取决于设置碳纳米管或电极的方式。

(电极)

如果常规公知材料具有导电性，则根据本发明的电极(第一电极)可由常规公知材料制成而没有任何问题和任何限制，并且可由有机材料或无机材料制成。可用作为电极的材料可以是选自金属、半导体和导电有机高聚物的任何材料，更具体地说，优选的是选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯以及聚苯胺中的任一种材料。这些材料可单独使用，但是优选的是使用两种或多种材料，或者使用这些材料的一种或多种与另一导电材料(如金属)的混合物。这些材料导电性优异、可加工性和稳定性高，并且迄今为止可用做电子器件的电极。

而且，根据本发明的电极(第一电极)可由能通过氧化形成非导电氧化层的金属材料制成。在这种情况下，第一电极的端部与碳纳米管的端部一起从非导电基底部件的一个表面露出，并且电极的露出端部由通过氧化金属材料得到的氧化层形成，由此构成一个电子元件，其中在露出第一电极的端部和碳纳米管的端部的非导电基底部件的一个表面上，作为由氧化金属材料得到的氧化层的电极的露出端部和非导电基底部件变为处于绝缘表面状态，并且只有碳纳米管的端部以导电状态被露出。这个结构的细节将在后面参照“制造根据本发明的电子元件的方法”部分更详细地说明。

能通过氧化形成非导电氧化层的金属材料是能通过与大气空气接触或进行公知氧化处理形成非导电氧化层的金属材料，而与氧化的容易程度无关，但是优选的是能通过与大气空气接触很容易地形成氧化层的金属材料。具体而言，是一种展示电离倾向(例如等于或高于Zn)作为离子系列的材料。特别是，优选Al。

如上所述，在本发明中，并未要求电极被形成为层，但是在电极形成为层的情况下，电极的厚度一般选自从0.1μm到100μm的范围，优选的是选自从1到30μm的范围。

<第二实施例>

下面，第二实施例将被描述为根据本发明的实施例可用做整流器的电子元件。

图7-9表示根据第二实施例的电子元件。详细地说，图7是表示根据本例的电子元件的平面图，图8是沿着图7的线C-C截取的剖视图，图9是沿着图8的线D-D截取的剖视图。根据本例的电子元件不同于第一实施例的电子元件的地方只在于，形成为层的第二电极层20被形成在第一实施例的电子元件器件的一个表面(图1-3中的表面X)上。各个结构元件的功能、优选方式、设置、材料等基本上与第一实施例的相同。因此，在图7-9中，具有与第一实施例的部件相同功能的部件用与图1-3中相同的参考标记表示，并且省略了对它们的说明。下面，将只介绍不同于第一实施例的结构、操作、和优点。

图8和9的剖视图的绘制使得碳纳米管组10的所有碳纳米管都可被看到，这是为了便于解释，如图2和3所示。

第二电极层20在露出三个碳纳米管10a、10b和10c的端部的整个表面上成形为层状。如第一实施例中所述，后面要在其上形成第二电极层20的表面处于基本上只有碳纳米管10a、10b和10c的端部从该表面露出的状态。为此，第二电极层20基本上只电连接到碳纳米管10a、10b和10c的端部。关于第二电极层20基本上只与碳纳米管10a、10b和10c的端部的电连接，假设了如图5A-5C中所示的各种方式，并且本发明不要求严格的只与该端部的电连接。而且，如果第二电极层和碳纳米管都互相电连接，该连接方式不总是指物理接触。

如上所述，根据本例的电子元件示意性地示于图10中。即，基本上只有碳纳米管组中的至少一个碳纳米管10″b的端部电连接到第二电极层20，并且碳纳米管组内的至少一个碳纳米管10″a在其侧表面电连接到电极(第一电极)14。而且，作为图10中省略的碳纳米管10″a和10″b之间的状态，有两种状态，一种状态是这些碳纳米管象现在这样集成为一个(即这些碳纳米管是相同碳纳米管的端部)，另一个状态是这些碳纳米管被直接设置或通过另一碳纳米管设置，以便这些碳纳米管互相电连接。不用说，这两个状态都可被包括在一个电子元件中。

根据本例的电子元件用做耗能低的整流器，其中第二电极20作为正极，电极(第一电极)14作为负极。

虽然电极14和第二电极层20之间的距离不受特别限制，但是在一个碳纳米管跨接电极14和第二电极层20之间的部分的情况下，必须使该距离短于碳纳米管的长度。在多个碳纳米管跨接其间的部分的情况下则不受限制。这与第一实施例相同。在本例中，由于得到的电子元件是整流器，因此从作为整流器的电特性等角度考虑，必须研究上述距离，并且在提供一个碳纳米管的情况和提供多个碳纳米管的情况一起出现时，电极14和第二电极层20之间的距离选自从约10nm到500μm的范围，并且优选的是选自从100nm到10μm的范围。

如果第二电极层具有导电性，则根据本发明的第二电极层不受限制，可由公知材料制成而没有任何问题，而且可由有机材料或无机材料制成。可用做第二电极层的材料可以是选自金属、半导体和导电有机高聚物的任何一种材料。特别优选的是，第二电极层的材料选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯以及聚苯胺中的任何材料。这些材料最好单独使用，但是两种或多种的组合、以及这些材料之一种或多种和其它导电材料(如金属)的混合物可优选地用于第二电极层。这些材料导电性优异、可加工性和稳定性高，并且迄今为止可用做电子器件的电极。

根据本发明的第二电极层的厚度一般选自从20nm到10μm的范围，并且优选的是选自从0.1到1μm的范围。在本例中，其中形成第二电极层的区域是露出碳纳米管10a、10b和10c的端部的整个表面。然而，本发明不要求第二电极层因此形成在整个表面上，而是可以至少形成在露出碳纳米管的端部的从属表面的区域中。

[制造根据本发明的电子元件的方法]

根据上述本发明的各个实施例的电子元件在制造方法上没有限制，但是通过根据本发明的制造电子元件的方法可以很容易制造。

根据本发明的制造电子元件的方法包括作为基本工艺的密封工艺、电极层形成工艺、和切割工艺，根据上述第一实施例的电子元件只通过这些工艺制造。而且，根据上述第二实施例的电子元件是通过在切割工艺之后进行第二电极层形成工艺而制造的。

这些工艺当中，电极层形成工艺和密封工艺的次序可替换，电极层形成工艺的实施可以在密封工艺期间，或在切割工艺期间或在之后进行。

对这些工艺的每个工艺，以下将详细介绍根据本发明的制造电子元件的方法的一些例子。由于电子元件的结构元件本身与本发明的电子元件相同，因此省略了详细结构和优选方式的说明，只描述对于该制造方法为特定的结构元件。而且，在用于下列制造例子的各个附图中，具有相同功能的部件用通过给在上述实施例中使用的相应图中的对应参考标号的第三位添加1得到的参考标记表示(例如，在上述实施例中用10表示碳纳米管组，在下列实施例中用110表示)。

(第一制造例)

<电极层形成工艺>

在根据本发明的制造电子元件的方法中，电极层形成工艺指的是形成用于与碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面电连接的电极的工艺。第一例子是其中进行电极层形成工艺、然后进行密封工艺的一个例子。

图11是表示其中通过电极层工艺将两个电极层形成在衬底表面上的状态的平面图。如图11中所示，在本例中，电极114和114’在沿着衬底116纵向由其两端设置在其表面上的给定区域中，衬底116为稍呈细长的矩形。

电极114和114’之间的距离的设计以至于提供所希望的距离作为电极层和露出碳纳米管的端部的表面之间的距离，因为该电子元件是通过在后面介绍的切割工艺中切割电极114和114’的中间部分制造的。如参照后面介绍的切割工艺所述，由于存在切割工艺之后进一步刮削或研磨从属表面(subject surface)的情况，因此优选考虑由于刮削或研磨造成的重量损失。

电极114和114’可通过淀积金属例如金或铂(特别是贵金属)形成。该形成方法未被特别限制在任何材料，并且通过适当选择迄今公知的各种方法，电极可形成为所希望的形状和厚度。例如，为了形成印刷电路板的布线，可采用目前已使用的方法等。

如上所述，电极层形成工艺可以在密封工艺之后进行，或者在预先进行的密封工艺期间通过设置工艺设置碳纳米管之后进行，这将在后面介绍。而且，电极层形成工艺可以在切割工艺之后进行，如在第二制造例中所示的，这将在后面介绍。

<密封工艺>

在根据本发明的制造电子元件的方法中，密封工艺指的是在非导电基底部件中密封包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管的碳纳米管组的工艺。在本发明中，密封工艺可以是如上述最终定义的工艺，但是在本例中，以由设置工艺和模制工艺构成的密封工艺为例进行说明。

(设置工艺)

设置工艺指的是在衬底表面上设置包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管的碳纳米管组的工艺。

特别是，在本例中，包括一个或多个碳纳米管的碳纳米管组设置在衬底表面上，以使得至少一个碳纳米管在其侧表面与电极接触，碳纳米管或其部分位于不形成电极层的区域中，与电极层接触的碳纳米管和位于不形成电极层的区域中的碳纳米管或其部分处于接触状态。

在本申请中碳纳米管与电极层在其侧表面的接触的含义是，电极层和可具有上述电连接关系的碳纳米管的设置，并不要求电极层与碳纳米管的完全物理接触。然而，物理接触是优选的，因为电连接关系是肯定满足的。

在设置碳纳米管组的方式中，例如，可以一个一个地操纵各个碳纳米管，以便设置在预定位置。然而，由于碳纳米管极细，因此单个的操纵很困难，并且生产率不高。

因此，作为设置碳纳米管组的方式，优选的方法是，将通过向分散介质中分散碳纳米管得到的分散溶液涂敷到预定区域上并使其干燥，以设置碳纳米管组。通过该方法，碳纳米管组可简单设置成碳纳米管与电极层在其侧表面接触的状态。

碳纳米管的分散介质不受特别限制，并且由于碳纳米管是有机溶剂不能溶解的，因此可采用任何有机或无机溶液，并且可以向分散介质中添加各种添加剂。特别优选的分散介质是水、醇(特别是甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇等)，或这些材料的混合物，从处理性能、低环境负载等角度考虑，优选上述材料。

能添加到分散介质中的添加剂可以是表面活性剂、分散共佐剂、分散稳定剂、各种离子、粘度调节剂等，并且常规试剂可用于添加剂。在这些添加剂当中，表面活性剂是优选的，因为通过添加表面活性剂，可提高碳纳米管的分散稳定性，并且由于分散溶液的表面张力降低而使分散剂易于适应待涂敷表面，而且这还因为几乎不降低器件的电特性的稳定性。

将碳纳米管添加到分散介质中的量不受特别限制，并且可结合要设置的碳纳米管的量和分散稳定剂而适当设置。一般情况下，从电特性的角度考虑，优选的是，露出碳纳米管的大端部并且使之在其侧表面与第一电极接触，而且在给定设置中较高浓度的分散溶液也是有利的。因此，优选的是，分散溶液的浓度尽可能的高。然而，当浓度太高时，会出现被设置的碳纳米管组的密度变高和碳纳米管组作为整体成为一块的情况。因此，太高的浓度是不可取的。在使碳纳米管组作为整体成为一块的情况下，在下述模制工艺中，有可能难以将非导电基底部件层的材料插入各个碳纳米管之间的间隙中，并且甚至在模制之后产生间隙。

因此，向分散介质中添加碳纳米管的量有一个优选范围，但是该优选范围一般不被限定，因为它实际上取决于使用的分散介质的种类、以及碳纳米管的长度、直径等。概括地说，碳纳米管的添加量选自从0.01％到10％质量百分比(mass％)的范围。例如，在分散其平均长度在100nm至1μm范围内和其直径在1至10nm范围内的单层碳纳米管的情况下，优选的是，碳纳米管的添加量设置在0.05-0.5％质量百分比的范围内。

在预定区域中涂敷如此获得的分散溶液的方法不受特别限制，但是使图11中电极114和114’之间的距离极短就足够了，并且已经降落的一个液滴在需要时被适当地形成。在本发明中，只有滴下液滴的工作也被包含于涂敷的原理中。应该注意，已滴下的液滴可通过橡胶滚轴、刮刀等形成，分散溶液可通过喷雾器等喷射，或者可通过常规公知方式精确地进行涂敷工作(如涂敷)。

图12是表示分散溶液涂敷在预定区域上的状态的平面图。如图12所示，在本例中，其中在分散介质中分散碳纳米管的分散溶液122的涂敷使其位于电极114和114’上，并且跨接这些电极之间的部分。

当分散溶液从如图12所示的状态进一步干燥以挥发分散溶液122中的分散介质成分时，如图13所示，包含在分散溶液122中的碳纳米管组110设置在电极114和114’之间。干燥方法可以是加热干燥或自然干燥。

通过采用分散溶液进行的设置工艺，由一个或多个碳纳米管构成的碳纳米管组110可被设置在衬底116的表面上，以便至少一个碳纳米管与电极114和114’在其侧表面接触，碳纳米管或其部分存在于不形成电极114和114’的区域中，与电极114和114’接触的碳纳米管以及位于不形成电极114和114’的区域中的碳纳米管或其部分处于接触状态。

在电极层形成工艺之前进行设置工艺的情况下，碳纳米管组110的设置，考虑到通过后来进行的电极层形成工艺形成的电极114和114’的位置。因此，在采用分散溶液进行设置工艺的情况下，假设尚未形成电极层的位置，可确定其上涂敷分散溶液的区域。

(模制工艺)

模制工艺指的是模制覆盖并密封整个碳纳米管组的非导电基底部件层的工艺。

图1是表示其中通过模制工艺将基底部件层形成在衬底表面上的状态的平面图。而且，图15是从图14中的箭头E所示的方向观看的正视图。如图14和15所示，在本例中，基底部件层112形成在整个衬底116上，除了衬底116的两端的给定宽度之外。在这些图中，被基底部件层112的形成遮挡的部分碳纳米管组110和电极114和114’由虚线表示(图16-18中也是这样)。

基底部件层112的形成致使其覆盖整个碳纳米管组110，如图14和15所示。如果确保电极114和114’只对外部导电，则在本例中这些电极114和114’可被完全或部分覆盖。

基底部件层112的形成致使其密封整个碳纳米管组110。在本说明书中，密封意味着各个碳纳米管的周边被基底部件层围绕，并且碳纳米管被固定，即，基底部件层成为一个矩阵形状，其中包括处于分散状态的碳纳米管。因此，在碳纳米管组中的碳纳米管的密度变得太高以至于如上所述成为一块的情况下，难以将基底部件层插入各个碳纳米管之间的空间中，并且易于产生间隙。在产生大量间隙的情况下，它不再处于密封状态。这取决于间隙产生的程度，并且其空气泡部分地存在于碳纳米管之间的情况可被认为是密封状态而没有任何问题。

非导电基底部件层由上述材料制成，模制方法取决于要使用的材料的种类。当树脂材料用做基底部件层的材料时，可采用公知模制方法，例如注射模制法，一种在其中树脂材料以适当溶剂溶解、然后涂敷和硬化的涂敷法，或类似方法。除了要使用的材料之外，可根据基底部件层的期望形状和尺寸等适当选择要采用的模制方法的种类。而且，在采用树脂材料的情况下，在树脂材料已经形成为给定形状之后必须使树脂材料硬化，但是这种模制方法还可以根据要使用的材料适当选择。例如，如果热塑性材料用做基底部件层的材料，则在该材料在加热状态下溶解或以溶剂溶解之后，该材料保持在常温下，或在需要时被加热到使溶剂挥发的程度，以便使其硬化。如果热固材料用做基底部件层的材料，则在该材料已经形成为给定形状之后通过焙烧使其硬化。而且，如果采用紫外线固化材料，可用紫外线可照射到该材料上。在使用常温下硬化的材料(如常温硬化环氧树脂)的情况下，该材料可能按原样保留。在如溅射一样同时进行成形和硬化的情况下，不特别要求硬化工艺。

(切割工艺)

在根据本发明的制造电子元件的方法中，切割工艺指的是切割碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管以及非导电基底部件以获得切割表面的工艺。在本例中，已经用衬底和基底部件层密封的碳纳米管组在不形成电极层的区域与衬底和基底部件层一起被切割，以便获得切割表面。

在本例中，切割工艺中的切割，使得以中心线F作为其纵向边界将整个衬底116分割成具有两个相等块。通过这个切割，在由基底部件层112和衬底116构成的非导电基底部件中包含的碳纳米管组110中，构成碳纳米管组110的碳纳米管被中间切割，并且被切割的碳纳米管的切割表面的端部在切割表面上露出。

用于切割的材料不受特别限制，但是希望采用精度和切割性能高的工具。例如，当使用一般的刀具用于切割时，碳纳米管很难变成图5A-5C中所示的状态，即，碳纳米管难以成为基本上从表面只露出端部的状态，并且一般情况下，碳纳米管突出和直立处于碳纳米管起毛成纤维的状态。

然而，由于从加工的角度考虑，整个碳纳米管组难以被精确地切割成两个相等块、以基本上只露出碳纳米管的端部，因此优选的是，此时不特别地进行精确切割，但在将整个碳纳米管组分成两个相等块之后，精确地刮削或研磨切割表面。本说明书中的术语“切割”包含“刮削(shave)”和“研磨(grind)”的含义。

通过抛光或车床来研磨表面的方法，可进行刮削或研磨，但是优选的是，采用一种利用精确切割器依次将该表面切割成片状的方法。通过将碳纳米管切割成片状可防止碳纳米管被拉出或撕裂的风险，由此可以形成基本上只露出端部的状态。

作为将碳纳米管精确地切割成片状的装置，例如可采用用于处理显微镜的样品的切片机等。当使用这种高精度的切片装置时，通过利用例如约100nm的切片间隔切割碳纳米管，基本上只有碳纳米管的端部被加工到从非导电基底部件露出端部的程度。

精度和切割性能高的工具可以是例如金刚石刀或蓝宝石刀。即，在切割工艺中优选的是，切片机配置有用于刮削的金刚石刀或蓝宝石刀。

在采用能以更微小的间隔切片的装置的情况下，可以更确定地控制碳纳米管的露出部分的长度(露出量)。切割碳纳米管的切割间隔最好尽可能地小，因为这样精度高。这是因为假定碳纳米管的端部的露出量短于切割间隔，并且如果露出量越小，则越完美地接近只露出端部的状态。例如，如果切割间隔设置为10nm，则逻辑上碳纳米管的露出端部的长度变为小于10nm的值，并且假设实际长度最大为约2-3nm，由此足以达到基本上只露出端部的状态。

根据第一实施例的电子元件如下制造。图17是表示根据本例在切割工艺中进行切割之后最后获得的电子元件的平面图。在本例中，在表面X’中，得到了基本上只露出碳纳米管的端部的状态。

根据如上所述的本例中的制造电子元件的方法，在密封工艺期间可以用设置工艺很容易地将碳纳米管组设置在期望的位置，在切割状态中可以很容易得到基本上只露出端部的状态，并且可以高生产率和批量生产来制造根据本发明的电子元件。

参照如下方式描述了本例：如图11-16所示，采用稍微细长的衬底116，两个电极114和114’设置在衬底116的表面上，设置碳纳米管，并且沿着其中心线将这些碳纳米管切割成两块，由此能同时制造两个电子元件。然而，本发明不限于这种方式，不用说，可以做成如下结构：其中一个电极形成在衬底表面上，碳纳米管设置在衬底表面上，并且在存在碳纳米管的部分切割衬底。然而，在本例中同时制造两个电子元件，其优点在于生产率高。而且，本例的优点还在于碳纳米管组110中的碳纳米管互相电连接，并且部分碳纳米管与电极114和114’电接触、或者不电接触，在设置工艺和模制工艺之后，可通过测量电极114和电极114’之间的导电状态来识别该部分碳纳米管。导电状态被识别，并且如果发现绝缘状态，合理的是重新再制造电子元件而不进行后续工艺。

<第二电极层形成工艺>

在根据本发明的制造电子元件的方法中，第二电极层形成工艺指的是在切割工艺之后进行的、在切割表面上形成第二电极层的工艺。如上所述，根据第二实施例的电子元件是通过进行第二电极层形成工艺制造的。

图18是表示通过第二电极层形成工艺形成第二电极层的状态的平面图。如图18所示，在切割工艺中已经被切割的切割表面(图17中的表面X’)上形成第二电极层120。

通过淀积金属(如金或铂)可形成第二电极层120，如作为第一电极的电极114一样。第二电极层120的形成方法在任何材料方面不受特别限制，并且可适当选择各种常规公知的方法，由此能形成具有期望形状和厚度的第二电极120。然而，由于提供其中第二电极层的形成致使其基本上只电连接到碳纳米管组110中的碳纳米管的露出端部的条件，因此必须注意该条件。

优选的是正常汽相淀积法、采用导电有机高聚物的涂敷法、其中熔化和沉浸金属材料等的热浸渍法、以及其它镀覆法，因为很容易形成满足上述条件的第二电极层。

(第二制造例)

在第二制造例中，将介绍一个例子，其中密封工艺不是包含设置工艺和模制工艺，而是通过注射模制一次密封碳纳米管组。

(密封工艺)

同心圆形地设置形成第一输出管的周边中的输出口的第一输出管和第二输出管。当同时从各个输出管注入熔化的树脂材料时，得到模制品，其中从第一输出管注入的树脂材料被从第二输出管注入的树脂材料包围。

第一输出管主要输出分散材料，其中以碳纳米管互相电连接的浓度将碳纳米管分散在绝缘树脂中。而且，第二输出管输出绝缘树脂。从这些输出管输出的绝缘树脂是上述非导电基底的材料并且可以互相相同或不同。

从第一输出管输出的分散材料(其中碳纳米管分散在绝缘树脂中)以及从第二输出管输出的绝缘树脂(其围绕该分散材料)是同时输出的，之后硬化。硬化的方法如上所述。结果是，形成了其中碳纳米管组被设置在其中心的材料。

<切割工艺和电极形成工艺>

接下来，当利用低精度切割工具(如玻璃切割器)将材料切割成两部分时，不仅碳纳米管的端表面而且其侧表面从绝缘树脂露出，这是因为切割精度粗糙造成的。选择导电材料(如金属)并将其淀积在被切割材料的端部上，以便形成第一电极层。在这种情况下，证实了两端的导电状态，并且证实了其导电性的材料变为其中第一电极和被包含于碳纳米管组中的至少一个碳纳米管的侧表面互相电连接的状态。作为形成第一电极层的方法，可采用与第一制造例中形成第二电极层相同的方法(电极形成工艺)。

此外，通过参照在第一制造例中切割工艺所述的方法，可以切割形成在碳纳米管的两端上的第一电极之间的适当部分，例如用金刚石刀。结果是，可以基本上只露出端表面(切割工艺)。这样，可以得到具有微小电极的电子元件。在切割工艺中切割的优选方式也与在第一制造例中的相同，因此不再说明。

如上所述制造根据第一实施例的电子元件。同样，在本例中，与图17中所示相同的电子元件与第一制造例一样制造。

如上所述，根据本例中的制造电子元件的方法，可在密封工艺中一次将碳纳米管组设置在预定位置，还可以很容易地在电极形成工艺中互相连接第一电极和包含在碳纳米管组中的至少一个碳纳米管的侧表面，并且可以在切割工艺中很容易获得基本上只露出端部的状态，由此可以高生产率和批量化生产来制造本发明的电子元件。

其它详细结构与第一制造例中的相同。而且，通过在需要时与第一制造例中一样进行第二电极层形成工艺，制造根据第二实施例的电子元件，并省略其详细说明。

(第三制造例)

在第三例中，将介绍一个例子，其中第一电极由能通过氧化形成非导电氧化层的金属材料制成，并且在切割工艺中被切割的部分处于形成电极的区域中。

在上述第一制造例中，贵金属如Au用做第一电极的材料，但是在本例中，第一电极的材料变为Al，它是能通过氧化形成非导电氧化层的金属材料。然后，该工艺到密封工艺与第一制造例一样进行。然而，如图19所示，使用的衬底116″在纵向短于第一制造例的衬底116，并且在电极层形成工艺期间沿纵向在衬底116″的两端，电极114″连续形成带状而没有任何断开。

图19是表示本例中的密封工艺期间的模制工艺被完成的状态，碳纳米管组设置在衬底表面上，形成电极层，并且形成基底部件层。在图中，被基底部件层112’的形成遮蔽的部分碳纳米管组110和电极114″由虚线表示(这还适用于图21)。其它各种条件、优选材料等与第一制造例的相同，因此不再对其详细说明。

接着进行切割工艺。在本例的切割工艺中，用衬底和基底部件层密封的碳纳米管组在形成电极层的区域与衬底和基底部件层一起被切割，以便得到切割表面。

在本例中，切割工艺中的切割的进行，致使以纵向中心线G作为边界，将整个衬底116分割成两个相等块，如图20所示。通过切割，在包含于由基底部件层112″和衬底116″构成的非导电基底部件中的碳纳米管组110中，在中间切割构成碳纳米管组110的碳纳米管，并且在切割表面，露出作为被切割碳纳米管的切割表面的碳纳米管的端部。切割方式等与第一制造例的相同，因此不再详细说明。

在本例中，电极114″以及基底部件层112″、衬底116″和碳纳米管组110也通过切割工艺中的切割被切割。在这种情况下，电极114″的端部与碳纳米管组的端部一起从由基底部件层112″和衬底116″构成的非导电基底部件的一个表面露出。然而，由于用做电极114″的材料的Al是通过与大气空气接触可容易形成氧化层的金属材料，因此露出端部被氧化成绝缘状态。

图21是表示通过本例的切割工艺中的切割而最终得到的本例的电子元件的剖视图。为了便于解释，该剖视图绘制成可以看见碳纳米管组110的碳纳米管的很多部分，但是碳纳米管的一部分实际上被留下的基底部件层112″遮蔽。

如图21所示，在切割表面Xa中，在电极114″的露出端部的周边形成非导电氧化层124。结果是，除了构成非导电基底部件的基底部件层112″和衬底116″之外，从切割表面Xa露出的碳纳米管110a″的端部的周边也被绝缘状态包围。因此，在本例中，可形成根据第一实施例的修改例的具有微小电端部的电子元件。

在被切割碳纳米管组110中的碳纳米管本身与电极114″在其侧表面电连接的情况下，如本例那样，由于连接部分和从切割表面Xa露出的碳纳米管的端部互相接近，与通过互相电连接多个碳纳米管而变为导电的碳纳米管组的情况下相比，不会在碳纳米管之间的连接点产生损耗(电阻器)。而且，即使在其侧表面连接到电极114″的碳纳米管和被切割的碳纳米管互相不同的情况下，由于与在不形成电极的区域进行切割的第一制造例的情况相比，露出端部更接近于在其侧表面连接到第一电极的部分，因此可以减少损耗。

在本例中，由于可通过与大气空气接触很容易形成氧化层的Al用做电极114″的材料，几乎在切割工艺中进行切割的同时，电极114″被氧化形成氧化层124。然而，在不允许只通过与大气空气接触形成具有足够厚度的金属材料被用做电极材料的情况下，对电极的露出端部进行公知的氧化处理，以便随后形成氧化层。而且，即使在通过与大气空气接触很容易形成氧化层的金属材料用做电极材料的情况下，当通过形成较厚的氧化层趋于确保足够的绝缘时，可对电极的露出端部进行公知氧化处理，以便后来同样形成氧化层。作为可用的公知氧化处理，例如在采用铝作为电极材料的情况下，采用阳极氧化处理。

其它详细结构与第一制造例的相同。而且，与第一制造例一样通过在需要时进行第二电极层形成工艺，制造第二实施例的电子元件，并省略其详细说明。

前面已经参照优选实施例和制造例介绍了根据本发明的电子元件和制造电子元件的方法。然而，本发明不限于这些例子，可以转移和/或添加任何公知结构，只要能提供本发明的结构即可。

{例子}

下面将参照例子更详细地介绍本发明。

<例1>

根据例1的可用做传感器电极的电子元件通过图11-17所示的工艺制造。下面介绍细节。

通过汽相淀积法，在用做衬底116(20mm×5mm×20μm，体积电阻为1×10¹²Ωcm)的聚酰亚胺膜的表面上在距离端部的给定区域中形成Au，由此获得如图11中所示的状态，其中形成电极114和114’(分别为7mm×1mm×约200nm)(电极层形成工艺)。

另一方面，以质量百分比为0.1％的浓度将数量平均直径为20nm和数量平均长度为3μm的多层碳纳米管添加到分散介质中，以便制备分散溶液A。在采用的分散介质中，其中向水中添加质量百分比为1％的表面活性剂(由Wako Pure化学工业公司制造的杀藻胺(benzalkonium chloride))。

以1μl的量将如此获得的分散溶液A的液滴o向下滴到电极114和电极114’之间的衬底116表面上以及其周边上，然后在如图12所示的区域122中展开。之后，分散溶液A在70℃的温度下干燥1分钟，并且碳纳米管组110的设置使得其达到碳纳米管组跨接电极114和电极114’之间的部分的状态，如图13所示(在密封工艺期间的设置工艺)。

接下来，如图14和15所示，用作为基底部件层112的环氧树脂(由Chiba Geigy公司制造的.环氧树脂，体积电阻为10¹³Ωcm或更高)密封整个表面，以便整个碳纳米管组110及电极114和114″的一部分(除了距离衬底116的两端部约5mm处之外的整个区域)用该环氧树脂覆盖。随后，将环氧树脂置于常温下约12小时并硬化，由此形成基底部件层112(距离衬底116的厚度为2mm)(密封工艺期间的模制工艺)。在这个阶段，作为检查电极114和电极114’之间的导电状态的结果，证实了有电流流动。

在图16中，采用切割器在由中心线F指示的位置，即在纵向沿着衬底116的中心线将衬底116切割成两块。然后，采用金刚石刀切割这两个切割品的切割表面20次(间隔为100nm)。切割操作是采用用于显微镜样品处理的切片机进行的(上述工艺为切割工艺)。根据例1的如图17中所示的电子元件如上所述被制造。

在通过本例获得的电子元件上进行伏安法测量。伏安法指的是采用电解槽的方法，参考电极(如氢电极或Ag/AgCl电极)的电位设置为参考电位，并且探查施加于对置电极和工作电极之间的电压或者工作电极的电位与在对置电极和工作电极之间流动的电流之间的关系。在本例中，采用由BAS公司制造的电化学分析仪600A，并用Ag/AgCl电极做参考电极，用Pt电极做对置电极。以适当的电压扫描率(0.05到1v/s)扫描电压，并通过A/D转换器在个人计算机中读电流值，得到电流-电压特性数据。使用的电解液是NaCl水溶液(0.1N)。

展示测量结果的曲线示于图22中。如图22所示，可以发现，根据本例的电子元件用做能高速响应而不绘制滞后曲线的传感器电极。

<比较例1>

制备Au电极作为比较例的电极，并将其设定为比较例1的电子元件。这个比较例的Au电极具体指的是如下电极：其中直径为1.6mm的Au线(纯度为99.9％)用聚氨酯树脂涂敷，并且只露出Au线的端部。

在由该比较例获得的电子元件上进行伏安法测量，这与例1一样。展示测量结果的曲线示于图23中。如图23所示，发现这个比较例的电子元件作为高速响应传感器电极与常规传感器电极一样不是优选的，因为它产生滞后曲线。

<例2>

根据例2的电子元件与例1一样制造，除了例1中使用的碳纳米管用数量平均直径为约1nm和数量平均长度为3mm的单层碳纳米管代替之外。

与例1一样在由本例获得的电子元件上进行伏安法测量。展示测量结果的曲线示于图24中。如图24所示，发现根据本例的电子元件可用做能高速响应而不产生滞后曲线的传感器电极。

<例3>

对例1中制造的电子元件(采用多层碳纳米管)进一步进行如图18所示的第二电极层形成工艺，由此制造可用做整流器的例1的电子元件。详细说明如下。

在例1中制造的具有图17中所示结构的电子元件中，通过汽相淀积法在表面X″上形成Au(第二电极层形成工艺)，以便制造根据例3的具有图18所示结构的电子元件，其中形成的第二电极层120的厚度约为200nm。

在根据本例获得的电子元件上进行电流-电压特性的测量。电流-电压特性的测量是在本例的电子元件被组装在如图25的电路图所示的装置中的状态下进行的。参照图25，参考标记50表示根据本例的电子元件，参考标记52表示安培计，参考标记54表示伏特计，参考标记56表示电源装置。组装该电路，以使得根据本例的电子元件50的正极和负极如图中所示那样设置。然后，由电源装置56使施加电压波动，以便测量伏特计54和安培计52的值。

展示电流-电压特性的结果的曲线示于图26中。在图26中所示的曲线中，伏特计54的值被绘制在横坐标轴上，安培计52的值被绘制在纵坐标轴上(图27-31也是这样)。如图26所示，可以认识到，根据本例的电子元件起着整流器的作用并发现该电子元件可用做整流器。

<例4>

根据例4的电子元件与例3一样制造，除了要进行第二电极层形成工艺的物体用根据例2制造的电子元件(采用单层碳纳米管)代替之外。

用与例3相同的方式对本例的电子元件进行电流-电压特性测量。展示测量结果的曲线示于图27中。如图27所示，认识到根据本例的电子元件具有整流器的功能并发现该电子元件可用做整流器。

<例5>

通过图11-18中所示的工艺，制造根据例1的可用做整流器的电子元件。然而，在本例中，在电极层形成工艺之前进行密封工艺期间的设置工艺。因此，严格地说，碳纳米管和电极之间的垂直位置关系和处理顺序不同于图11-18中所示的工艺。详细说明如下。

以质量百分比为0.1％的浓度将数量平均直径为20nm和数量平均长度为3μm的多层碳纳米管添加在分散介质中，以便制备分散溶液B。采用其中向水中添加表面活性剂(由Wako Pure化学工业公司制造的杀藻胺)的分散介质，其质量百分比为1％。

假设要形成图11和12中所示的电极114和114’的位置，以1μl的量，将得到的一滴分散溶液B向下滴在要形成的电极114和114’之间的用做衬底116的聚酰亚胺膜(20mm×5mm×20μm，体积电阻为10¹³Ωcm或以上)的表面上和其周边上，然后展开。之后，分散溶液B在70℃的温度下干燥2分钟，并且碳纳米管组110如此设置以便处于碳纳米管跨接将形成的电极114和电极114’之间的部分的状态(密封工艺期间的设置工艺)。

通过汽相淀积法在距离两端的给定区域上形成Au，以便得到图13中所示的状态，其中电极114和114’(分别为7mm×1mm×200nm)被形成(电极层形成工艺)。

接着，如图14和15所示，以用做基底部件层112的环氧树脂(由Chiba Geigy公司制造的环氧树脂，体积电阻为10¹³Ωcm)密封整个表面，以便整个碳纳米管组110及电极114和114’的一部分(除了距离衬底116的两端部约5mm处之外的整个区域)用该环氧树脂覆盖。随后，将环氧树脂置于常温下约12小时并硬化，由此形成基底部件层112(距离衬底116的厚度为2mm)(密封工艺期间的模制工艺)。在这个阶段，作为检查电极114和电极114’之间的导电状态的结果，证实了有电流流动。

在图16中，采用切割器在由中心线F指示的位置，即在纵向沿着衬底116的中心线将衬底116切割成两块。然后，采用金刚石刀机械地切割这两个切割品的切割表面30次(间隔为100nm)。切割操作是采用用于显微镜样品处理的切片机进行的(上述工艺为切割工艺)。根据例5的电子元件被制造，如上所述。

用与例3相同的方式，对本例的电子元件进行电流-电压特性测量。展示测量结果的曲线示于图28中。如图28所示，可以看到，根据本例的电子元件起着整流器的作用并发现该电子元件可用做整流器。

<比较例2>

在例1中，制备已经进行密封工艺但没有进行切割工艺的产品，作为比较例2的电子元件。该电子元件处于如下状态，即碳纳米管在其侧表面连接到电极114和电极114’，并且这些电极114和114’用做各个端子。在例1中，已经确认了在两个端子之间有电流流动。

用与例3相同的方式对这个比较例的电子元件进行电流-电压特性的测量。展示测量结果的曲线示于图29中。如图29所示，认识到了根据这个比较例的电子元件根本不能用做整流器。

<比较例3>

在对例1中制造的电子元件(采用多层碳纳米管)进一步进行第二电极层形成工艺的情况下，如图18所示，当由于切割故障而使表面X的表面粗糙不平时，在淀积第二电极层时，在第二电极层和碳纳米管端部之间产生接触缺陷。细节说明如下。

在制造具有图17中所示结构并在例1中制造的电子元件时，在切割工艺期间切割操作是通过玻璃刀而不是金刚石刀进行的，结果是使表面X″粗糙不平。在深度方向的粗糙程度上，粗糙度约为100-300nm。通过汽相淀积法在粗糙表面X″上形成Au，由此形成厚度约为200nm的第二电极层120。该结构与根据例3的具有图18中所示结构的电子元件的结构相同。这样制造根据比较例3的电子元件。

用与例3相同的方式对这个比较例的电子元件进行电流-电压特性的测量。展示测量结果的曲线示于图30中。如图30所示，即使施加电压，测量电流值约为3×10^-8A或以下，这基本上等于或小于用于测量的安培计的测量极限。而且，发现该电流-电压特性几乎不相关，并且除了漏电流之外没有电流在这些电极之间流动。

<比较例4>

在制造如例1中所示的电子元件(采用多层碳纳米管)的方法中，当在衬底112的表面上涂敷如图12中所示的碳纳米管的分散溶液122时，如果分散溶液122中的分散不充分，并且分散溶液122在涂敷之后以碳纳米管聚集的状态被固定于衬底112的表面上，不会呈现充分的整流特性。详细的制造方法将在下面介绍。

进行与例1相同的工艺直到电极层形成工艺。在作为例1的后续工艺的密封工艺期间的设置工艺中，当制备分散溶液A时，采用不添加表面活性剂的具有质量百分比为1％浓度的碳纳米管的分散介质，以便用与分散溶液A相同的方式制备分散溶液C。

与例1的方式相同，将如此获得的分散溶液C向下滴、展开和干燥，以便设置碳纳米管组110。在这种情况下，产生直径约为100-500μm的碳纳米管团块。

在这种情况下，通过密封工艺之后与例3相同的工艺，制造比较例4的电子元件。该结构与根据例3的具有图18中所示结构的电子元件的结构相同。在图17中所示的已经完成切割工艺的状态下，碳纳米管团块暴露于表面X″上，并且在第二电极层形成工艺中，该团块与第二电极层120直接互相连接。

用与例3相同的方式，对这个比较例的电子元件进行电流-电压特性的测量。展示测量结果的曲线示于图31中。如图31所示，在分别施加正电压和负电压的情况下，当电压的绝对值为1.5V或以上时，电流开始流动，结果是没有呈现充分的整流特性。应考虑到，这是因为在碳纳米管的团块暴露于表面X″上的状态下、形成第二电极层120时，该团块直接连接到电极层120，并且不仅碳纳米管的端部而且其侧表面与电极相连，因此不能得到示意性地示于图10中的本发明的结构，并且不呈现整流特性。

Claims

1、一种电子元件，包括：

一个非导电基底矩阵部件；

一个碳纳米管组，被密封在非导电基底矩阵部件内部并包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管，其中从非导电基底矩阵部件的一个表面基本上只露出该一个碳纳米管或包含于该多个碳纳米管中的至少一个碳纳米管的端部；和

一个电极，连接到该碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面。

2、根据权利要求1的电子元件，其中，在露出碳纳米管的端部的非导电基底矩阵部件的表面上形成第二电极层，该第二电极层基本上只与碳纳米管的露出端部电连接。

3、根据权利要求1的电子元件，其中，碳纳米管的露出端部成为切割表面。

4、根据权利要求1的电子元件，其中，非导电基底矩阵部件的体积电阻为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm。

5、根据权利要求1的电子元件，其中，非导电基底矩阵部件由树脂材料制成。

6、根据权利要求1的电子元件，其中，该电极由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任何一种材料制成。

7、根据权利要求1的电子元件，其中，该电极由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯和聚苯胺中的任何一种材料制成。

8、根据权利要求1的电子元件，其中，该电极由能因氧化形成非导电氧化层的金属材料制成。

9、根据权利要求1的电子元件，其中，该电极由Al制成。

10、根据权利要求1的电子元件，其中：

该电极由能因氧化形成非导电氧化层的金属材料制成；和

该电极的端部与碳纳米管的端部一起从非导电基底矩阵部件的一个表面露出，并且电极的露出端部由通过氧化该金属材料得到的氧化层形成。

11、根据权利要求1的电子元件，其中：

该电极由Al制成；和

该电极的端部与该碳纳米管的端部一起从非导电基底矩阵部件的一个表面露出，并且该电极的露出端部由通过氧化Al得到的氧化层形成。

12、根据权利要求2的电子元件，其中，该第二电极层由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任何一种材料制成。

13、根据权利要求2的电子元件，其中，该第二电极层由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯和聚苯胺中的任何一种材料制成。

14、一种制造电子元件的方法，包括：

在非导电基底部件中密封碳纳米管组，该碳纳米管组包括一个碳纳米管或互相电连接的多个碳纳米管；

形成一个电极，该电极电连接到该碳纳米管组中包含的至少一个碳纳米管的侧表面；和

切割该碳纳米管组中包含的该至少一个碳纳米管连同非导电基底部件，以便获得切割表面。

15、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中：

非导电基底部件至少由片形或板形非导电衬底和形成在该衬底表面上的非导电基底部件层形成；和

该密封步骤包括在衬底表面上设置该碳纳米管组，并形成覆盖和密封整个碳纳米管组的基底部件层。

16、根据权利要求15的制造电子元件的方法，其中，电极的形成步骤包括在衬底表面上以层的形式形成电极。

17、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，切割步骤中的切割部分位于未形成该电极的区域中。

18、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中：

该电极由能因氧化形成非导电氧化层的金属材料制成；和

切割步骤中的切割部分位于形成该电极的区域中。

19、根据权利要求14的制造电子元件的方法，还包括在切割步骤之后在切割表面上形成第二电极层。

20、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，非导电基底部件的体积电阻为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm。

21、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，非导电基底部件的体积电阻为1×10⁷Ωcm到1×10¹⁵Ωcm。

22、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，非导电基底部件由树脂材料制成。

23、根据权利要求15的制造电子元件的方法，其中，非导电基底部件层由树脂材料制成。

24、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，该电极由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任何一种材料制成。

25、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，该电极由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任何一种材料制成。

26、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，该电极由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯和聚苯胺中的任何一种材料制成。

27、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，该电极由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯和聚苯胺中的任何一种材料制成。

28、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，第二电极层由选自金属、半导体和导电有机高聚物中的任何一种材料制成。

29、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，第二电极层由选自Au、Pt、Ag、Si、GaAs、InP、GaN、聚吡咯和聚苯胺中的任何一种材料制成。

30、根据权利要求15的制造电子元件的方法，其中，该设置步骤包括通过在所期望的区域上涂敷分散溶液并使该分散溶液干燥而设置该碳纳米管组，所述分散溶液是通过在分散介质中分散该碳纳米管得到的。

31、根据权利要求30的制造电子元件的方法，其中，该分散介质包括水和/或醇。

32、根据权利要求30的制造电子元件的方法，其中，该分散介质包括水和/或醇、以及表面活性剂。

33、根据权利要求14的制造电子元件的方法，其中，在切割中采用金刚石刀或蓝宝石刀。

34、根据权利要求19的制造电子元件的方法，其中，在切割中采用金刚石刀或蓝宝石刀。