JP4894180B2 - Nanowire having bonding of Ga and ZnS coated with silica film and method for producing the same - Google Patents

Nanowire having bonding of Ga and ZnS coated with silica film and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、電子デバイス分野で利用可能な、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nanowire having a junction of Ga and ZnS coated with a silica film, which can be used in the field of electronic devices, and a method for producing the nanowire.

異なる物質どうしの接合、すなわちヘテロ接合をもつ一次元のナノ構造物は、ナノエレクトロニクス及びナノフォトニクスにおける潜在的応用があることから特に興味を引くものである(S.M.Sze,1981)。二つの半導体ナノワイヤー又はナノチューブを十字状に交差させた接合を作ることによって、いろいろな機能が実現できる。もっと洗練された発光ダイオード(X.F.Duan他、2001)や相補的及びダイオードロジックのデバイスは、p型及びn型ナノワイヤを交差させることにより、又はリソグラフィーを利用してナノチューブの中に明瞭にp型及びn型領域の境界を定めることにより実現されると予測されている(X.F.Duan他,2001、Y.Huang他,2001、Y. Cui,2001)。   One-dimensional nanostructures with junctions between different materials, ie heterojunctions, are of particular interest due to their potential applications in nanoelectronics and nanophotonics (SM Sze, 1981). Various functions can be realized by forming a junction in which two semiconductor nanowires or nanotubes are crossed in a cross shape. More sophisticated light emitting diodes (XF Duan et al., 2001) and complementary and diode logic devices can be clearly seen in nanotubes by crossing p-type and n-type nanowires or using lithography. It is predicted to be realized by defining the boundary between the p-type and n-type regions (XF Duan et al., 2001, Y. Huang et al., 2001, Y. Cui, 2001).

しかしながら、均質系のナノワイヤー及びナノチューブにおける長足の進歩に比べて、明確に画成された界面を有する一次元ナノ構造物でのヘテロ接合の形成は、現在なお不十分であり、一次元ナノ構造物内におけるヘテロ接合の製作については、これまでに幾つかの報告があるのみである。   However, compared to long-lasting advances in homogeneous nanowires and nanotubes, the formation of heterojunctions with one-dimensional nanostructures with well-defined interfaces is still inadequate and one-dimensional nanostructures There have been only a few reports on fabrication of heterojunctions in objects.

Hu等は、カーボンナノチューブとSiナノワイヤーとの間のヘテロ接合を製作するための触媒作用的蒸気成長方法を、初めて報告した(J.T.Hu他,1999)。さらに、Zhang等は、カーボンナノチューブと、シリコンカーバイド又は遷移金属カーバイドとの間のヘテロ接合を製作するために制御された固体−固体反応法を開発した。その他には、長さ方向に沿った化学的ドープによる各々のカーボンナノチューブ上、又は、GaAsナノホイスカーのp−n接合の報告(C.W.Zhou他,2000、K.Haraguchi他,1994)や、逐次的電気化学的方法によるサブミクロンの金属バーコード状棒の報告がある(N.I.Kovtyukhova他,2001)。   Hu et al. Reported for the first time a catalytic vapor growth method for fabricating heterojunctions between carbon nanotubes and Si nanowires (JT Hu et al., 1999). In addition, Zhang et al. Developed a controlled solid-solid reaction method to fabricate heterojunctions between carbon nanotubes and silicon carbide or transition metal carbide. Others include reports of pn junctions on each carbon nanotube by chemical doping along the length direction or GaAs nanowhiskers (CW Zhou et al., 2000, K. Haraguchi et al., 1994) There are reports of sub-micron metal barcode rods by sequential electrochemical methods (NI Kovtyukhova et al., 2001).

最近、関連した研究として、軸状の半導体ナノワイヤーの組成を調節したマルチヘテロ構造、すなわち、超格子が、制御された化学気相堆積法に基づいて、GaAs/GaP(非特許文献1参照)、InAs/InP(非特許文献2参照)及びSi/SiGe(非特許文献3参照)等から製作されている。   Recently, as a related study, multi-heterostructures with controlled composition of axial semiconductor nanowires, that is, superlattices, are based on controlled chemical vapor deposition (GaAs / GaP) (see Non-Patent Document 1). InAs / InP (see Non-Patent Document 2), Si / SiGe (see Non-Patent Document 3), and the like.

カーボンナノチューブに閉じ込められた低融点金属についての研究は、1993年にAjayanによって初めて行なわれ、それ以来、この研究は注目を集めている。また、In2 3 ナノチューブに内包されたInに関連して、類似の現象が観察されている。 Research on low melting point metals confined in carbon nanotubes was first performed by Ajayan in 1993, and since then, this research has attracted attention. Similar phenomena have been observed in relation to In encapsulated in In 2 O 3 nanotubes.

このように、金属ナノワイヤーと珪素ナノワイヤーとの接合は、金属−半導体接合となり、電子デバイスや光学デバイスの小型化に際して有用な複合ナノワイヤーとしてその実現が期待されている材料である。   As described above, the bonding between the metal nanowire and the silicon nanowire becomes a metal-semiconductor bond, and is a material that is expected to be realized as a composite nanowire useful for downsizing electronic devices and optical devices.

M. S. Gudicksen 他,Nature, 2002, Vol.415, p.617M. S. Gudicksen et al., Nature, 2002, Vol.415, p.617 M. T. Bjoerk 他, Appl. Phys. Lett., 2002, Vol.80, p.1058M. T. Bjoerk et al., Appl. Phys. Lett., 2002, Vol.80, p.1058 Y. Y. Wu 他, Nano Lett., 2002, Vol.2, p.83Y. Y. Wu et al., Nano Lett., 2002, Vol.2, p.83

本発明者等は、最近、InとSiOとの混合物を原料に用い、これを熱蒸発させる単純な方法によって、インジウムとシリコンとが末端同士で接触して成る金属(In)−半導体(Si)ナノワイヤーヘテロジャンクションを作製できることを見出している。   Recently, the present inventors have used a mixture of In and SiO as a raw material, and a metal (In) -semiconductor (Si) in which indium and silicon are in contact with each other by a simple method of thermally evaporating the mixture. It has been found that nanowire heterojunctions can be produced.

本発明では、上記金属(In)−半導体(Si)ナノワイヤーヘテロジャンクションとは異なる金属と半導体の組み合わせである金属(Ga)−半導体(ZnS)ナノワイヤーヘテロジャンクションを有する、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー及びその製造方法を提供することを目的とする。   In the present invention, a metal (Ga) -semiconductor (ZnS) nanowire heterojunction, which is a combination of a metal and a semiconductor different from the metal (In) -semiconductor (Si) nanowire heterojunction, is coated with a silica film. An object is to provide a nanowire having a junction of Ga and ZnS and a method for producing the nanowire.

上記目的を達成するために、本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーは、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合してなるナノワイヤーであって、ナノワイヤーが、シリカ膜で被覆されていることを特徴とする。
上記構成において、シリカ膜は、好ましくは、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合してなるナノワイヤーを被覆するシリカナノチューブであり、その膜厚は4〜8nmである。
好ましくは、シリカナノチューブの中に、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとの接合が、複数含まれている。ナノワイヤーの直径は、好ましくは150〜250nmであり、その長さは数μm〜数十μmである。
この構成によれば、金属であるGaナノワイヤーと半導体であるZnSナノワイヤーとの先端同士が接合しているので、金属−半導体接合を有する複合ナノワイヤーを提供することができる。さらに、複合ナノワイヤーが化学的に安定なシリカ膜で被覆されているので、Gaナノワイヤー及びZnSナノワイヤーの酸化を防止し、化学的に安定しており、性状が劣化し難い。
In order to achieve the above object, a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film of the present invention is a nanowire formed by bonding a Ga nanowire and a ZnS nanowire, Is covered with a silica film.
The said structure WHEREIN: Preferably, a silica film is a silica nanotube which coat | covers the nanowire formed by joining Ga nanowire and ZnS nanowire, The film thickness is 4-8 nm.
Preferably, a plurality of junctions of Ga nanowires and ZnS nanowires are included in the silica nanotube. The diameter of the nanowire is preferably 150 to 250 nm, and its length is several μm to several tens of μm.
According to this configuration, since the tips of the metal Ga nanowire and the semiconductor ZnS nanowire are bonded to each other, a composite nanowire having a metal-semiconductor junction can be provided. In addition, since the composite nanowire is coated with a chemically stable silica film, the oxidation of the Ga nanowire and the ZnS nanowire is prevented, and the nanowire is chemically stable and hardly deteriorates in properties.

本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法は、ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末との混合物を不活性ガス気流中で加熱処理することにより、シリカ膜で被覆され、内部にGaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとの接合を有するナノワイヤーを形成することを特徴とする。
上記方法において、ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末との重量比は、好ましくは、0.6〜1:0.4〜0.8:0.8〜1.2の範囲である。上記加熱処理の温度は、好ましくは、1400〜1500℃の範囲である。加熱処理の時間は、好ましくは、1〜2時間の範囲である。また、上記不活性ガスとして、好ましくは、アルゴンガスを使用する。
この方法によれば、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとからなる複合ナノワイヤーが得られ、これらの複合ワイヤーの先端同士が接合していて、さらに、複合ワイヤーの表面には、化学的に不活性なシリカ膜が被覆されている。
この複合ナノワイヤーは、厚さが4〜8nmのシリカ膜が被覆された状態で、上記好ましい条件の下で、ナノワイヤーの直径は150〜200nmで、その長さは数μm〜数十μmの寸法を有している。
The method for producing a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film of the present invention is obtained by heat-treating a mixture of ZnS powder, Ga 2 O 3 powder and SiO powder in an inert gas stream. And a nanowire which is covered with a silica film and has a junction of Ga nanowire and ZnS nanowire inside.
In the above method, the weight ratio of the ZnS powder, the Ga 2 O 3 powder, and the SiO powder is preferably in the range of 0.6 to 1: 0.4 to 0.8: 0.8 to 1.2. The temperature of the heat treatment is preferably in the range of 1400-1500 ° C. The heat treatment time is preferably in the range of 1 to 2 hours. Moreover, argon gas is preferably used as the inert gas.
According to this method, composite nanowires composed of Ga nanowires and ZnS nanowires are obtained, the tips of these composite wires are bonded to each other, and the surface of the composite wire is chemically inert. A silica film is coated.
The composite nanowire has a nanowire diameter of 150 to 200 nm and a length of several μm to several tens of μm under the above-mentioned preferable conditions in a state where a silica film having a thickness of 4 to 8 nm is coated. Have dimensions.

本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーによれば、先端同士が接合したGaナノワイヤー及びZnSナノワイヤーからなるナノワイヤーを、化学的に不活性なシリカ膜で層状に被覆することで、複合ナノワイヤーの高い反応性に起因する性状の劣化を防止することができる。このナノワイヤーは、GaとZnSの接合を有しており、接合部が電子ビームの照射に対して非常に敏感であるために、電子ビームの照射で駆動するスイッチ等の電子デバイスとして利用可能である。
また、本発明の製造方法によれば、上記ナノワイヤーを、ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末との混合物を不活性ガス気流中で加熱処理することにより容易に製造することができる。
According to the nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with the silica film of the present invention, the nanowire composed of the Ga nanowire and the ZnS nanowire with the tips joined together is a chemically inert silica film. By covering in layers, deterioration of properties due to the high reactivity of the composite nanowire can be prevented. This nanowire has a junction of Ga and ZnS, and the junction is very sensitive to electron beam irradiation, so it can be used as an electronic device such as a switch driven by electron beam irradiation. is there.
According to the production method of the present invention, the nanowires, a mixture of ZnS powder and Ga 2 O 3 powder and SiO powder can be easily produced by heating in an inert gas stream.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーに使用する加熱炉の模式的な断面図である。この装置を例に製造方法を説明する。
加熱炉1は、坩堝2と、坩堝2を収容する誘導加熱円筒管3と、誘導加熱円筒管3を収容する反応管4と、反応管4の外に配置した高周波誘導加熱用コイル5と、を含み構成されている。
反応管4は溶融石英管などからなり、反応管4を気密的に保持する上部フランジ6及び下部フランジ7が、反応管4の両端に設けられている。上部フランジ6及び下部フランジ7には、不活性ガスの流入口8,9がそれぞれ配設され、下部のフランジ7には、不活性ガスの排出口10が配設されている。また、グラファイトなどからなる誘導加熱円筒管3の外側は、断熱材となる炭素繊維11で被覆されている。そして、誘導加熱円筒管3の上部及び下部に不活性ガス流入用のカーボン製の管12,13が配設されており、下部の不活性ガス流入用カーボン管13は、不活性ガスの流入口9に接続されている。
さらに、上部フランジ6には、坩堝2の温度を測定するためのプリズムを有する窓部14が配設されている。この窓部から図示しないパイロメータなどの放射温度計により、坩堝2及びこの坩堝2を収容する誘導加熱円筒管3の測温がされる。
ここで、加熱炉1は、縦型に限らず横型でもよい。また、加熱方法は、高周波誘導加熱に限らず、坩堝2を加熱できるランプ加熱による加熱装置であってもよい。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heating furnace used for a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film of the present invention. A manufacturing method will be described using this apparatus as an example.
The heating furnace 1 includes a crucible 2, an induction heating cylindrical tube 3 that accommodates the crucible 2, a reaction tube 4 that accommodates the induction heating cylindrical tube 3, a high frequency induction heating coil 5 that is disposed outside the reaction tube 4, It is comprised including.
The reaction tube 4 is formed of a fused quartz tube or the like, and an upper flange 6 and a lower flange 7 that hold the reaction tube 4 in an airtight manner are provided at both ends of the reaction tube 4. The upper flange 6 and the lower flange 7 are respectively provided with inert gas inlets 8 and 9, and the lower flange 7 is provided with an inert gas outlet 10. In addition, the outside of the induction heating cylindrical tube 3 made of graphite or the like is covered with a carbon fiber 11 serving as a heat insulating material. Further, carbon tubes 12 and 13 for inactive gas inflow are disposed at the upper and lower portions of the induction heating cylindrical tube 3, and the inactive gas inflow carbon tube 13 at the lower side is an inflow port of the inactive gas. 9 is connected.
Further, the upper flange 6 is provided with a window portion 14 having a prism for measuring the temperature of the crucible 2. The temperature of the crucible 2 and the induction heating cylindrical tube 3 that accommodates the crucible 2 is measured from the window portion by a radiation thermometer such as a pyrometer (not shown).
Here, the heating furnace 1 is not limited to a vertical type and may be a horizontal type. The heating method is not limited to high-frequency induction heating, and may be a heating device by lamp heating that can heat the crucible 2.

次に、加熱炉1を用いた本発明の製造方法を説明する。
第1の工程として、ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO(一酸化珪素)粉末15との各粉末を混ぜて原料15の混合物を調製する。
第2の工程として、原料15を、グラファイト製の坩堝2に入れ、坩堝2を誘導加熱円筒管3に取り付ける。
第3の工程として、反応管4内を減圧する。
第4の工程として、減圧した後、上部及び下部の不活性ガスの流入口8,9からアルゴンガスなどの不活性ガス16を流す。
第5の工程として、不活性ガス16を流しながら、坩堝2の温度を約1400〜1500℃まで急速に加熱する。
第6の工程として、上記加熱温度において、所定時間保持する。
第7の工程として、所定時間の加熱後に、加熱を停止し、坩堝2を室温まで急冷する。この工程によって、坩堝2中の原料15が蒸発し、誘導加熱円筒管3の外側にある断熱材となる炭素繊維11の表面が、薄黄色物質からなる合成物で密に覆われる。この合成物は後述するが、シリカ(二酸化珪素)膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーである。
第8の工程として、上記の薄黄色物質からなる合成物を炭素繊維11から回収する。
Next, the manufacturing method of the present invention using the heating furnace 1 will be described.
As a first step, a mixture of raw materials 15 is prepared by mixing each powder of ZnS powder, Ga 2 O 3 powder and SiO (silicon monoxide) powder 15.
As a second step, the raw material 15 is put into a graphite crucible 2 and the crucible 2 is attached to the induction heating cylindrical tube 3.
As a third step, the pressure in the reaction tube 4 is reduced.
As a fourth step, after decompressing, an inert gas 16 such as argon gas is flowed from the upper and lower inert gas inlets 8 and 9.
As a fifth step, the temperature of the crucible 2 is rapidly heated to about 1400-1500 ° C. while flowing the inert gas 16.
As a sixth step, the heating temperature is maintained for a predetermined time.
As a seventh step, after heating for a predetermined time, the heating is stopped and the crucible 2 is rapidly cooled to room temperature. By this step, the raw material 15 in the crucible 2 evaporates, and the surface of the carbon fiber 11 serving as a heat insulating material outside the induction heating cylindrical tube 3 is densely covered with a synthetic material made of a light yellow substance. As will be described later, this composite is a nanowire having a bond of Ga and ZnS coated with a silica (silicon dioxide) film.
As an eighth step, a composite composed of the light yellow substance is recovered from the carbon fiber 11.

この際、原料15であるZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO(一酸化珪素)粉末との重量比は、ZnS:Ga2 3 :SiO=0.6〜1:0.4〜0.8:0.8〜1.2の範囲が好ましい。 At this time, the weight ratio of the ZnS powder and Ga 2 O 3 powder and SiO (silicon monoxide) powder that is a raw material 15, ZnS: Ga 2 O 3: SiO = 0.6~1: 0.4~0. The range of 8: 0.8 to 1.2 is preferred.

上記坩堝2の合成温度、すなわち、不活性ガス16を流しながら坩堝5を加熱する温度は、約1400〜1500℃の範囲が好ましい。この工程においては、反応管4内が、黄色蒸気で充満している状態となる。加熱温度が1500℃よりも高いと、ZnSよりZnが生じ易くなり好ましくない。また、用いる石英管などの反応管4も溶融し易くなるので
、これ以上温度を上げる必要はない。逆に、加熱温度が1400℃よりも低いと、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーが殆ど得られないので好ましくない。
The synthesis temperature of the crucible 2, that is, the temperature at which the crucible 5 is heated while flowing the inert gas 16 is preferably in the range of about 1400 to 1500 ° C. In this step, the reaction tube 4 is filled with yellow vapor. When the heating temperature is higher than 1500 ° C., Zn is more likely to be generated than ZnS, which is not preferable. Further, since the reaction tube 4 such as a quartz tube to be used is easily melted, it is not necessary to raise the temperature any more. Conversely, when the heating temperature is lower than 1400 ° C., it is not preferable because nanowires having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film are hardly obtained.

また、このときの加熱時間は1〜2時間の範囲が好ましく、2時間で反応が完結するのでこれ以上の時間をかける必要はない。逆に、1時間未満の加熱時間では収量が低下するので好ましくない。   Further, the heating time at this time is preferably in the range of 1 to 2 hours, and since the reaction is completed in 2 hours, it is not necessary to spend more time. Conversely, a heating time of less than 1 hour is not preferable because the yield decreases.

不活性ガスは、好ましくは、アルゴンである。その供給速度は原料15の使用量や加熱装置1の大きさにより変わる。原料15の合計量が数gの場合には、反応管4の上部及び下部に配設した不活性ガス流入口8,9から供給するアルゴンガス16の流量は、それぞれ、0.6〜1.2リットル(1000cm3 )/分、1〜1.5リットル/分が好ましい。 The inert gas is preferably argon. The supply speed varies depending on the amount of the raw material 15 used and the size of the heating device 1. When the total amount of the raw material 15 is several g, the flow rates of the argon gas 16 supplied from the inert gas inlets 8 and 9 disposed at the upper and lower portions of the reaction tube 4 are 0.6 to 1. 2 liters (1000 cm 3 ) / min, preferably 1 to 1.5 liters / min.

上記の製造方法によれば、GaとZnSとの接合を有するナノワイヤーが得られる。さらに、複合ワイヤーの表面には、化学的に不活性なシリカ膜が被覆されている。このシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーは、後述するように、一例として、厚さが約4〜8nmのシリカ膜が被覆された状態で、GaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの直径が約150〜250nmであり、その長さが数μm〜数十μmである。化学的に活性なGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの表面をシリカ膜で被覆することにより、これらのナノワイヤーの酸化などを防止することができ、性状劣化を防止できる。   According to said manufacturing method, the nanowire which has junction of Ga and ZnS is obtained. Further, the surface of the composite wire is coated with a chemically inert silica film. As will be described later, the nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with this silica film is, as an example, a bond between Ga and ZnS in a state where a silica film having a thickness of about 4 to 8 nm is coated. The diameter of the nanowire having a thickness of about 150 to 250 nm is about several μm to several tens of μm. By coating the surface of nanowires having a chemically active Ga / ZnS bond with a silica film, oxidation of these nanowires can be prevented and property deterioration can be prevented.

次に、本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーによるスイッチについて説明する。
本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーにおいては、接合の低融点金属であるGaの加熱により、GaとZnSとの接合を分離できる。逆に分離した接合は、再びGaの加熱による移動で接合できる。従って、このナノワイヤーはスイッチとして動作させることができる。この加熱には、例えば、電子ビームを用いることができる。
Next, a nanowire switch having a junction of Ga and ZnS coated with the silica film of the present invention will be described.
In the nanowire having a junction of Ga and ZnS coated with the silica film of the present invention, the junction of Ga and ZnS can be separated by heating Ga, which is a low melting point metal of the junction. Conversely, the separated junction can be joined again by movement of Ga. Therefore, this nanowire can be operated as a switch. For example, an electron beam can be used for this heating.

次に、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
ZnS(シグマ・アルドリッチ社製、純度99.99%)0.8gと、Ga2 3 (シグマ・アルドリッチ社製、純度99.99%)0.5gと、SiO(シグマ・アルドリッチ社製、〜325メッシュ)1gと、からなる原料15の混合粉末をグラファイト製の坩堝2に入れ、この坩堝2を断熱材の炭素繊維11で覆われたグラファイト製の誘導加熱円筒管3に挿入し、加熱炉1に取り付けた。
Next, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.
ZnS (manufactured by Sigma-Aldrich, purity 99.99%) 0.8 g, Ga 2 O 3 (manufactured by Sigma-Aldrich, purity 99.99%) 0.5 g, SiO (manufactured by Sigma-Aldrich) 325 mesh) 1 g of a mixed powder of raw material 15 is put in a graphite crucible 2, and this crucible 2 is inserted into a graphite induction heating cylindrical tube 3 covered with a carbon fiber 11 of a heat insulating material. 1 was attached.

そして、加熱炉1の反応管2内を2×10-1Torr程度(26Pa)までに減圧した後、反応管2内にアルゴンガス16を導入した。上部の不活性ガス流入口8からは0.8リットル/分で、下部の不活性ガス流入口9からは1.2リットル/分の流量とした。
次に、グラファイト製の坩堝2を、薄黄色の蒸気が発生する温度、すなわち、約1400〜1500℃の温度まで急速に加熱した。このときの昇温時間は約20分であった。そして、約1400〜1500℃で1.5時間保持した。
最後に、加熱炉1を室温まで放冷した。誘導加熱円筒管4の上部側の炭素繊維11が、薄黄色の合成物で密に覆われた。
Then, after reducing the pressure in the reaction tube 2 of the heating furnace 1 to about 2 × 10 −1 Torr (26 Pa), an argon gas 16 was introduced into the reaction tube 2. The flow rate was 0.8 liter / minute from the upper inert gas inlet 8 and 1.2 liter / minute from the lower inert gas inlet 9.
Next, the graphite crucible 2 was rapidly heated to a temperature at which light yellow steam was generated, that is, a temperature of about 1400 to 1500 ° C. The temperature raising time at this time was about 20 minutes. And it hold | maintained at about 1400-1500 degreeC for 1.5 hours.
Finally, the heating furnace 1 was allowed to cool to room temperature. The carbon fiber 11 on the upper side of the induction heating cylindrical tube 4 was densely covered with a pale yellow composite.

図2は、実施例1で得た薄黄色の合成物の、(a)がX線回折パターンを、(b)が走査型電子顕微鏡(SEM)像を示す図である。図2(a)の縦軸は、回折X線強度(任意
目盛り)であり、横軸は角度(°)、すなわちX線の原子面への入射角θの2倍に相当する角度である。X線回折測定はCuKα線を有するX線回折装置(理学電機(株)製、RINT2200)を用い、SEM像の観察には、日本電子製のSEM(JSM−6700F)を使用した。
図2(a)のX線回折パターンから明らかなように、実施例1で得られた合成物が、ZnSの立方晶系結晶(JCPDSファイル:05−0566)を含んで構成されていることが分かった。また、2θ=〜20〜30°の広範なピークは合成物中の非晶質に起因するものと推定される。
2A is a diagram showing an X-ray diffraction pattern and FIG. 2B is a scanning electron microscope (SEM) image of the pale yellow compound obtained in Example 1. FIG. The vertical axis in FIG. 2A is the diffracted X-ray intensity (arbitrary scale), and the horizontal axis is the angle (°), that is, an angle corresponding to twice the incident angle θ of the X-ray to the atomic plane. X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffractometer having a CuKα ray (RINT2200, manufactured by Rigaku Corporation), and SEM images (JSM-6700F) manufactured by JEOL Ltd. were used for observation of SEM images.
As is apparent from the X-ray diffraction pattern of FIG. 2 (a), the composition obtained in Example 1 is configured to contain a ZnS cubic crystal (JCPDS file: 05-0567). I understood. Moreover, it is estimated that the broad peak of 2 (theta) =-20-30 degree originates in the amorphous | non-crystalline substance in a composite.

図2(b)のSEM像から明らかなように、実施例1で得られた合成物は、長さが数μm〜数十μmの大量のワイヤー状構造物であることが分かった。   As is clear from the SEM image of FIG. 2B, the composite obtained in Example 1 was found to be a large amount of wire-like structures having a length of several μm to several tens of μm.

実施例で得たワイヤー状構造物の構造を、エネルギー分散型X線分析装置を備えた透過型電子顕微鏡により、さらに詳しく調べた。
図3(a)〜(f)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の例を示す透過型電子顕微鏡像を示す像である。図3(a)は、ワイヤー状構造物のワイヤーの中央部を示している。後述するエネルギー分散型X線分析の測定結果から明らかなように、実施例1で得たワイヤー状構造物は、透過型電子顕微鏡の明暗のコントラストの内、明るい領域のZnSからなるナノワイヤーと、暗い領域の金属Gaからなるナノワイヤーと、が接合したナノワイヤーであり、さらに、このナノワイヤーがシリカ膜で被覆されていることが分かった。この金属Gaと半導体であるZnSからなる接合は、金属−半導体接合,又はヘテロ接合とも呼ぶことができる接合である。さらに、シリカ膜はナノワイヤーを鞘として覆うナノチューブ形状を有していることが分かった。以下、シリカ膜を適宜、シリカナノチューブと呼ぶ。そして、このナノワイヤーの直径は約150〜250nmであり、シリカナノチューブの厚みは約4〜8nmであった。
The structure of the wire-like structure obtained in the example was examined in more detail using a transmission electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray analyzer.
FIGS. 3A to 3F are images showing transmission electron microscope images showing examples of the wire-like structure obtained in Example 1. FIG. Fig.3 (a) has shown the center part of the wire of a wire-shaped structure. As is clear from the measurement results of energy dispersive X-ray analysis described later, the wire-like structure obtained in Example 1 is a nanowire made of ZnS in a bright region within the contrast of light and darkness of a transmission electron microscope, and It was found that the nanowire made of metal Ga in the dark region was bonded to the nanowire, and the nanowire was covered with a silica film. This junction made of metal Ga and ZnS as a semiconductor is a junction that can also be called a metal-semiconductor junction or a heterojunction. Furthermore, it was found that the silica film had a nanotube shape covering the nanowire as a sheath. Hereinafter, the silica film is appropriately referred to as silica nanotube. And the diameter of this nanowire was about 150-250 nm, and the thickness of the silica nanotube was about 4-8 nm.

図3(b)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の別の構造であり、シリカナノチューブの末端部を拡大している。Gaが、シリカナノチューブの一端を封じるようにチューブ端でZnSと接合を形成し、ZnSナノワイヤーがシリカナノチューブ内の大部分の空隙を占めている。
図3(c)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の別の構造であり、Gaナノワイヤーがシリカナノチューブの中央部に位置しており、その左右が二つのZnSナノワイヤーと接合している。この場合には、接合が2つ形成されていることが分かった。
図3(d)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の別の構造であり、ZnSナノワイヤーはシリカナノチューブの中央部に位置しており、その左右が二つのGaナノワイヤーと接合している。この構造は、図3(c)のGaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが入れ代わった接合関係となっている。このように、図3(c)及び(d)に示すワイヤー状構造物は、シリカ膜で被覆されているGaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合してなるナノワイヤーであって、接合が2個形成されている構造であることが分かった。
FIG.3 (b) is another structure of the wire-like structure obtained in Example 1, and has expanded the terminal part of the silica nanotube. Ga forms a bond with ZnS at the tube end so as to seal one end of the silica nanotube, and the ZnS nanowire occupies most of the voids in the silica nanotube.
FIG.3 (c) is another structure of the wire-shaped structure obtained in Example 1, Ga nanowire is located in the center part of a silica nanotube, and the left and right are joined with two ZnS nanowires. ing. In this case, it was found that two junctions were formed.
FIG. 3D shows another structure of the wire-like structure obtained in Example 1. The ZnS nanowire is located at the center of the silica nanotube, and its left and right are joined to two Ga nanowires. ing. This structure is a joint relationship in which the Ga nanowire and the ZnS nanowire in FIG. As described above, the wire-like structure shown in FIGS. 3C and 3D is a nanowire formed by bonding a Ga nanowire and a ZnS nanowire covered with a silica film, and the bonding is 2 It was found that the structure was formed individually.

例は少ないが、図3(d)及び図3(e)の矢印で示すように、Gaナノワイヤーの末端とZnSナノワイヤーの末端とが直接に接合せずに、実施例で得たシリカナノチューブの中に狭い中空部分を残すことがあった。   Although there are few examples, as indicated by arrows in FIGS. 3D and 3E, the ends of the Ga nanowires and the ends of the ZnS nanowires are not directly joined, and the silica nanotubes obtained in the examples are used. In some cases, a narrow hollow part was left in the inside.

図3(f)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の別の構造であり、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが、周期的に末端同士が長さ方向に接合し、シリカナノチューブの中に2つ以上の接合を形成している例である。   FIG. 3 (f) shows another structure of the wire-like structure obtained in Example 1, in which Ga nanowires and ZnS nanowires are periodically joined to each other in the length direction, and silica nanotubes This is an example in which two or more joints are formed.

図4は、実施例1で得たワイヤー状構造物の、それぞれ、(a)Gaナノワイヤー、(b)ZnSナノワイヤー、(c)シリカナノチューブにおけるエネルギー分散型X線分析
による測定結果を示す図である。図の縦軸はX線強度(任意目盛り)を示し、横軸はX線のエネルギー(keV)を示している。X線分析に用いた電子ビームの大きさは約2nmであった。
図4(a)から明らかなように、図3で示したコントラストの暗い領域のナノワイヤーは、Gaからなり、少量のSi及びOの信号は、鞘となるシリカナノチューブからの信号を示している。
図4(b)から明らかなように、図3で示したコントラストの明るい領域のナノワイヤーは、概ね化学量論組成のZnSからなり、少量のSi及びOの信号は、鞘となるシリカナノチューブからの信号を示している。
図4(c)から明らかなように、上記ナノワイヤーの鞘は、鞘の組成がSiとOとからなり、その原子比は、Si:O=1:約1.9であり、シリカであることが分かった。
なお、図4において、銅(Cu)の信号が観察されるが、これは試料を取り付ける治具として用いた銅グリッドに由来している。
FIG. 4 is a diagram showing measurement results by energy dispersive X-ray analysis of (a) Ga nanowire, (b) ZnS nanowire, and (c) silica nanotube, respectively, of the wire-like structure obtained in Example 1. It is. In the figure, the vertical axis represents the X-ray intensity (arbitrary scale), and the horizontal axis represents the X-ray energy (keV). The size of the electron beam used for X-ray analysis was about 2 nm.
As is clear from FIG. 4A, the nanowire in the dark region shown in FIG. 3 is made of Ga, and a small amount of Si and O signals show signals from the silica nanotubes that are the sheaths. .
As is clear from FIG. 4 (b), the nanowire in the bright region shown in FIG. 3 is composed of ZnS having a stoichiometric composition, and a small amount of Si and O signals are generated from the silica nanotube serving as the sheath. The signal is shown.
As is clear from FIG. 4C, the sheath of the nanowire is composed of Si and O, and the atomic ratio is Si: O = 1: about 1.9, which is silica. I understood that.
In FIG. 4, a copper (Cu) signal is observed, which originates from the copper grid used as a jig for attaching the sample.

次に、上記実施例1で得たシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの生成機構について説明する。
図5は、実施例1で得たシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの生成機構を説明する模式図である。原料15となるZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末を加熱した場合には、最初の段階でシリカナノチューブの成長が起こり、続いて、このシリカナノチューブの中でGa及びZnSのナノワイヤーの成長が起こると推定される。つまり、本発明の製造方法においては、シリカナノチューブは実際には鋳型として作用しており、ZnSとGaの一次元成長を制限しているものと推定される。
Next, the production mechanism of nanowires having a bond between Ga and ZnS coated with the silica film obtained in Example 1 will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a generation mechanism of nanowires having a bond between Ga and ZnS coated with the silica film obtained in Example 1. FIG. When the ZnS powder, the Ga 2 O 3 powder, and the SiO powder as the raw material 15 are heated, silica nanotubes grow in the first stage, and then, Ga and ZnS nanowires grow in the silica nanotubes. Is estimated to occur. That is, in the production method of the present invention, the silica nanotube actually acts as a template, and is presumed to limit the one-dimensional growth of ZnS and Ga.

最初に、シリカナノチューブの成長について説明する。
加熱炉1の温度を上昇し、約1200℃を越える高い温度において、SiOのSi+SiO2 への酸化−還元反応、もしくは不均化反応が起こり、異なる温度分布ゾーンで、酸化物に助けられたSiナノワイヤー及び種々のSiO2 ナノワイヤー(シリカナノワイヤーを含む)が成長する。この経路では、図5(a)に示すように、生成したSi蒸気はアルゴンガス流で運ばれ、シリカナノチューブ20が加熱炉の比較的低い温度範囲(約1000℃程度)の領域で成長する。
First, the growth of silica nanotubes will be described.
The temperature of the heating furnace 1 is increased, and at a high temperature exceeding about 1200 ° C., an oxidation-reduction reaction or disproportionation reaction of SiO to Si + SiO 2 occurs, and the oxide assisted Si in different temperature distribution zones. Nanowires and various SiO 2 nanowires (including silica nanowires) grow. In this route, as shown in FIG. 5A, the generated Si vapor is carried by an argon gas flow, and the silica nanotube 20 grows in a relatively low temperature range (about 1000 ° C.) of the heating furnace.

次に、加熱炉1の温度をさらに上昇すると、ZnS粉末が比較的高い速度で蒸発又は昇華し、ZnS蒸気を生じる。この間に、沸点が2203℃であるGaの小液滴又はクラスターが生じるものと考えられる。このGaの小液滴又はクラスターが生じる反応は、加熱炉を約1400〜1500℃に保持した場合には、下記(1)及び(2)式で、与えられる。
Ga2 3 +2C→Ga2 O+2CO (1)
2Ga2 3 +4CO→4Ga+C+2CO2 (2)
Next, when the temperature of the heating furnace 1 is further increased, the ZnS powder evaporates or sublimates at a relatively high rate to generate ZnS vapor. It is considered that Ga droplets or clusters having a boiling point of 2203 ° C. are generated during this period. The reaction in which Ga small droplets or clusters are generated is given by the following equations (1) and (2) when the heating furnace is held at about 1400-1500 ° C.
Ga 2 O 3 + 2C → Ga 2 O + 2CO (1)
2Ga 2 O 3 + 4CO → 4Ga + C + 2CO 2 (2)

ZnS蒸気及びGa小液滴21は、何れもアルゴンガス流によって運ばれると共に、生成したシリカナノチューブ20内に流入し、その結果、シリカナノチューブ20内にZnS蒸気及びGa小液滴21が沈着する。このため、図5(b)に示すように、Ga小液滴の表面に吸着したZnSは拡散と溶解とにより、ZnS−Ga溶液22が生じる。   Both the ZnS vapor and the Ga small droplet 21 are carried by the argon gas flow and flow into the generated silica nanotube 20, and as a result, the ZnS vapor and the Ga small droplet 21 are deposited in the silica nanotube 20. For this reason, as shown in FIG. 5B, ZnS adsorbed on the surface of the Ga small droplets causes a ZnS-Ga solution 22 by diffusion and dissolution.

図5(c)に示すように、加熱炉1を約1400〜1500℃で所定時間保持した場合には、上記のZnS蒸気及びGa小液滴21が連続して生じ、シリカナノチューブ20内におけるZnS−Ga溶液22の量が増える。   As shown in FIG. 5 (c), when the heating furnace 1 is held at about 1400 to 1500 ° C. for a predetermined time, the ZnS vapor and Ga small droplet 21 are continuously generated, and ZnS in the silica nanotube 20 is formed. -The amount of Ga solution 22 increases.

次に、加熱炉1の加熱を停止し、坩堝2を室温まで急冷する工程においては、坩堝温度2が低くなるにつれ、ZnS−Ga溶液22が過飽和となり、ZnSがZnS−Ga溶液
22から分離又は沈殿してくる。すなわち、反応系の自由エネルギーの減少を伴いながら、ZnS−Ga溶液22は、熱拡散による相分離を起こす。このため、図5(d)に示すように、シリカナノチューブ20の中にZnS相23とGa相24とが生成する結果となる。
Next, in the step of stopping the heating of the heating furnace 1 and rapidly cooling the crucible 2 to room temperature, as the crucible temperature 2 becomes lower, the ZnS—Ga solution 22 becomes supersaturated and ZnS is separated from the ZnS—Ga solution 22 or Precipitates. That is, the ZnS-Ga solution 22 undergoes phase separation due to thermal diffusion while accompanying a decrease in the free energy of the reaction system. Therefore, as shown in FIG. 5 (d), the result is that a ZnS phase 23 and a Ga phase 24 are generated in the silica nanotube 20.

加熱炉1の温度が室温にまで冷えてくると、シリカナノチューブ20内に閉じ込められた液体であるGa相24はGaナノワイヤーへと変化する。そして、図3(a)などに示したように、シリカナノチューブ20の内側には、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーからなる接合が生成する。   When the temperature of the heating furnace 1 is cooled to room temperature, the Ga phase 24 that is a liquid confined in the silica nanotube 20 is changed to Ga nanowires. Then, as shown in FIG. 3A and the like, a junction made of Ga nanowires and ZnS nanowires is formed inside the silica nanotubes 20.

また、この冷却に伴うシリカナノチューブ20内のGaの体積減少のために、GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合しない場合には、空隙、すなわち、シリカナノチューブの中にGa及びZnSナノワイヤーの存在しない中空部分が生じるものと推定される(図3(d)及び図3(e)の矢印で示す部分参照)。
このような実施例1で得たシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの生成機構は、カーボンナノチューブで制限されたシリコンカーバイド又は金属カーバイドのナノワイヤー(小枝)の合成方法に似ているが、実施例の場合には、シリカナノチューブが、最終的にGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの鞘を形成する。上記の生成機構において、プロセス上の因子、例えば、Ga液滴を伴うZnSの湿潤度、シリカナノチューブ内のGa液滴の大きさと分布、キャリアガスの流速及び熱変動が、GaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの形成に重要な役割を果たしているものと推定できる。
In addition, when Ga nanowires and ZnS nanowires do not join due to the volume reduction of Ga in the silica nanotubes 20 due to this cooling, the presence of Ga and ZnS nanowires in the voids, that is, the silica nanotubes It is presumed that a hollow portion that does not occur is generated (see the portions indicated by arrows in FIGS. 3D and 3E).
The generation mechanism of nanowires having a bond between Ga and ZnS coated with the silica film obtained in Example 1 is a method of synthesizing silicon carbide or metal carbide nanowires (twigs) restricted by carbon nanotubes. In the example, the silica nanotubes ultimately form a nanowire sheath with a Ga and ZnS junction. In the above generation mechanism, process factors such as the wetness of ZnS with Ga droplets, the size and distribution of Ga droplets in the silica nanotubes, the flow rate of the carrier gas and the thermal fluctuations are the reasons for the bonding of Ga and ZnS. It can be presumed that it plays an important role in the formation of nanowires having selenium.

次に、実施例1で製作したシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーのスイッチについて説明する。
図6は、実施例2のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーへ電子ビーム照射をしたときの透過型電子顕微鏡像を示す像であり、それぞれ、(a)は電子ビームの照射前、(b)電子ビーム照射時、(c)電子ビームを接合から離しているとき、(d)電子ビームを接合から十分に遠ざけたときを示している。
図6(a)から明らかように、電子ビームの照射前は、シリカ膜で被覆されたGa及びZnSナノワイヤーは接合している。
Next, a nanowire switch having a junction of Ga and ZnS coated with the silica film manufactured in Example 1 will be described.
FIG. 6 is an image showing a transmission electron microscope image when a nanowire having a junction of Ga and ZnS coated with the silica film of Example 2 is irradiated with an electron beam. Before irradiation of the beam, (b) when the electron beam is irradiated, (c) when the electron beam is separated from the junction, and (d) when the electron beam is sufficiently moved away from the junction.
As is clear from FIG. 6A, the Ga and ZnS nanowires covered with the silica film are bonded before the electron beam irradiation.

次に、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーへの接合へ約200nmの大きさの電子ビームを照射すると、接合が切り離され、図6(b)の矢印で示すようにGa及びZnSの接合におけるGaが移動し、接合は、SiO2 だけからなるシリカナノチューブの空隙になる。
この場合には、GaとZnSとのナノワイヤーからなる接合を、電子ビームにより照射することで、接合の温度上昇が起こり、融点が29.8℃と低いGaが溶け始める。同時に、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーを収容している透過型電子顕微鏡内の約1×10-5Paという非常な低圧に起因して、Gaナノワイヤーの熱膨張が起こる。この熱膨張により、Gaナノワイヤーがシリカナノチューブ内を移動し、接合が切り離されるものと推定される。
Next, when an electron beam having a size of about 200 nm is irradiated to a nanowire having a Ga / ZnS junction coated with a silica film, the junction is cut off, as indicated by an arrow in FIG. Ga in the junction of Ga and ZnS moves into the gap, and the junction becomes a void of a silica nanotube made of only SiO 2 .
In this case, by irradiating a junction made of nanowires of Ga and ZnS with an electron beam, the temperature of the junction increases, and Ga having a low melting point of 29.8 ° C. starts to melt. At the same time, due to the very low pressure of about 1 × 10 −5 Pa in a transmission electron microscope containing nanowires having a Ga and ZnS junction coated with a silica film, the heat of the Ga nanowires Expansion occurs. It is estimated that due to this thermal expansion, the Ga nanowire moves in the silica nanotube, and the bond is cut off.

次に、上記電子ビームをGaナノワイヤーに沿って接合から遠ざけ始め(図6(c)参照)、電子ビームを接合から十分に遠ざけた場合には、図6(d)に示すように、再びGa及びZnSナノワイヤーは接合する。このように、電子ビームが接合から離れていく場合には、Gaナノワイヤーが液体から再び固体に凝固し、GaナノワイヤーがZnSナノワイヤーと再度接合するようになる。   Next, the electron beam starts to move away from the junction along the Ga nanowire (see FIG. 6C), and when the electron beam is sufficiently moved away from the junction, as shown in FIG. Ga and ZnS nanowires are joined. Thus, when an electron beam leaves | separates from joining, Ga nanowire solidifies again from a liquid to solid, Ga nanowire comes to join again with ZnS nanowire.

これにより、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの接合においては、接合に電子ビームを照射することで、Gaを移動させてスイッチとして動作することが分かった。   As a result, it was found that, in the bonding of nanowires having a bond of Ga and ZnS coated with a silica film, the electron beam is irradiated to the bond to move the Ga and operate as a switch.

本発明によれば、化学的に不活性なシリカ膜で被覆され、その先端同士が接合しているGaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとからなるナノワイヤーを得ることができるので、例えば、電子ビームを照射するとスイッチとして動作する電子デバイスや光学デバイスへの応用が期待される。   According to the present invention, it is possible to obtain a nanowire composed of a Ga nanowire and a ZnS nanowire that are coated with a chemically inert silica film and the tips of which are joined together. Applications to electronic and optical devices that act as switches when irradiated are expected.

本発明のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーに使用する加熱炉の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the heating furnace used for the nanowire which has joining of Ga and ZnS coat | covered with the silica film of this invention. 実施例1で得た薄黄色の合成物の、(a)がX線回折パターンを、(b)が走査型電子顕微鏡(SEM)像を示す図である。It is a figure where (a) shows an X-ray diffraction pattern and (b) shows a scanning electron microscope (SEM) image of the pale yellow compound obtained in Example 1. (a)〜(f)は、実施例1で得たワイヤー状構造物の例を示す透過型電子顕微鏡像を示す像である。(A)-(f) is an image which shows the transmission electron microscope image which shows the example of the wire-shaped structure obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得たワイヤー状構造物の、それぞれ、(a)Gaナノワイヤー、(b)ZnSナノワイヤー、(c)シリカナノチューブにおけるエネルギー分散型X線分析による測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result by the energy dispersive X-ray analysis in (a) Ga nanowire, (b) ZnS nanowire, and (c) silica nanotube of the wire-shaped structure obtained in Example 1, respectively. 実施例1で得たシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの生成機構を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the production | generation mechanism of the nanowire which has joining of Ga and ZnS which were coat | covered with the silica film obtained in Example 1. FIG. 実施例2のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーへの電子ビーム照射をしたときの透過型電子顕微鏡像を示す像であり、それぞれ、(a)は電子ビームの照射前、(b)電子ビーム照射時、(c)電子ビームを接合から離しているとき、(d)電子ビームを接合から十分に遠ざけたときを示している。It is an image which shows the transmission electron microscope image when the electron beam is irradiated to the nanowire which has the junction of Ga and ZnS coated with the silica film of Example 2, and (a) is irradiation of an electron beam, respectively. Previously, (b) during electron beam irradiation, (c) when the electron beam is separated from the junction, and (d) when the electron beam is sufficiently away from the junction.

符号の説明Explanation of symbols

1:加熱炉
2:坩堝
3:誘導加熱円筒管
4:反応管
5:高周波誘導加熱用コイル
6:上部フランジ
7:下部フランジ
8,9:不活性ガスの流入口
10:不活性ガスの排出口
11:炭素繊維
12,13:カーボン製管
14:窓部
15:原料
16:不活性ガス(アルゴンガス)
20:シリカナノチューブ
21:ZnS蒸気及びGa小液滴
22:ZnS−Ga溶液
23:ZnS相
24:Ga相
1: heating furnace 2: crucible 3: induction heating cylindrical tube 4: reaction tube 5: coil for high frequency induction heating 6: upper flange 7: lower flange 8, 9: inlet of inert gas 10: outlet of inert gas 11: carbon fiber 12, 13: carbon pipe 14: window 15: raw material 16: inert gas (argon gas)
20: Silica nanotube 21: ZnS vapor and Ga droplet 22: ZnS-Ga solution 23: ZnS phase 24: Ga phase

Claims (9)

GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合してなるナノワイヤーであって、上記ナノワイヤーが、シリカ膜で被覆されていることを特徴とする、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー。   A nanowire formed by bonding a Ga nanowire and a ZnS nanowire, wherein the nanowire is coated with a silica film, and the bonding of Ga and ZnS coated with a silica film is performed. Having nanowires. 前記シリカ膜が、前記GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとが接合してなるナノワイヤーを被覆するシリカナノチューブであり、その膜厚が4〜8nmであることを特徴とする、請求項1に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー。   The said silica film is a silica nanotube which coat | covers the nanowire formed by the said Ga nanowire and ZnS nanowire joining, The film thickness is 4-8 nm, It is characterized by the above-mentioned. A nanowire having a junction of Ga and ZnS coated with a silica film. 前記シリカナノチューブの中に、前記GaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとの接合が、複数含まれていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー。   3. The silica nanotube according to claim 1 or 2, wherein the silica nanotube includes a plurality of junctions between the Ga nanowire and the ZnS nanowire. Nanowire with bonding. 前記ナノワイヤの直径は、150〜250nmであり、その長さが数μm〜数十μmであることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤー。   The Ga and ZnS coated with the silica film according to claim 1, wherein the nanowire has a diameter of 150 to 250 nm and a length of several nanometers to several tens of micrometers. Nanowires with junctions. ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末との混合物を不活性ガス気流中で加熱処理することにより、
シリカ膜で被覆され、内部にGaナノワイヤーとZnSナノワイヤーとの接合を有するナノワイヤーを形成することを特徴とする、シリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法。
By heat-treating a mixture of ZnS powder, Ga 2 O 3 powder and SiO powder in an inert gas stream,
A method for producing a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film, characterized in that the nanowire is coated with a silica film and having a bond between Ga nanowire and ZnS nanowire inside. .
前記ZnS粉末とGa2 3 粉末とSiO粉末との重量比は、0.6〜1:0.4〜0.8:0.8〜1.2の範囲であることを特徴とする、請求項5に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法。 The weight ratio of the ZnS powder, the Ga 2 O 3 powder, and the SiO powder is in the range of 0.6-1: 0.4-0.8: 0.8-1.2, Item 6. A method for producing nanowires having a bond between Ga and ZnS coated with the silica film according to Item 5. 前記加熱処理の温度を、1400〜1500℃の範囲に設定することを特徴とする、請求項5に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法。   The method for producing a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film according to claim 5, wherein the temperature of the heat treatment is set in a range of 1400 to 1500 ° C. 前記加熱処理時間を、1〜2時間の範囲とすることを特徴とする、請求項5に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法。   The said heat processing time is made into the range of 1-2 hours, The manufacturing method of the nanowire which has joining of Ga and ZnS which were coat | covered with the silica film of Claim 5 characterized by the above-mentioned. 前記不活性ガスとして、アルゴンガスを使用することを特徴とする、請求項5に記載のシリカ膜で被覆されたGaとZnSとの接合を有するナノワイヤーの製造方法。   The method for producing a nanowire having a bond between Ga and ZnS coated with a silica film according to claim 5, wherein argon gas is used as the inert gas.
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