JP2000219600A - 微結晶粒および微結晶細線及びそれらの作成方法 - Google Patents
微結晶粒および微結晶細線及びそれらの作成方法Info
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- JP2000219600A JP2000219600A JP1850099A JP1850099A JP2000219600A JP 2000219600 A JP2000219600 A JP 2000219600A JP 1850099 A JP1850099 A JP 1850099A JP 1850099 A JP1850099 A JP 1850099A JP 2000219600 A JP2000219600 A JP 2000219600A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロクラスターおよび量子ドットを、均
一の大きさで、かつ意図する配列で基板上に大量に作り
込むこと。 【解決手段】 基板１表面に表面波を立て、その表面波
のエネルギーの極大点もしくは極小点に微結晶粒３また
は微結晶細線４を作成する。この方法で作成された微結
晶粒３または微結晶細線４は、表面波の波長と同じか波
長の半分の長さの間隔で、均一の寸法にて大量に規則正
しく基板上に配列される。さらに、表面波によって立つ
任意の定在波文様にしたがって、大量の微結晶粒または
微結晶細線を配列させることができる。
一の大きさで、かつ意図する配列で基板上に大量に作り
込むこと。 【解決手段】 基板１表面に表面波を立て、その表面波
のエネルギーの極大点もしくは極小点に微結晶粒３また
は微結晶細線４を作成する。この方法で作成された微結
晶粒３または微結晶細線４は、表面波の波長と同じか波
長の半分の長さの間隔で、均一の寸法にて大量に規則正
しく基板上に配列される。さらに、表面波によって立つ
任意の定在波文様にしたがって、大量の微結晶粒または
微結晶細線を配列させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド触媒、
ハイブリッドセンサー、光デバイス、電子デバイス等に
用いられる微結晶粒および微結晶細線に関する。
ハイブリッドセンサー、光デバイス、電子デバイス等に
用いられる微結晶粒および微結晶細線に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在量産されている大規模集積回路の最
小回路線幅は約２００ナノメートルで、１０万個程度の
電子を単位信号として用いているが、回路の微細化がさ
らに進むと、すでに実験レベルで達成されている線幅６
０ナノメートル、酸化膜厚１．２ナノメートルの限界に
達する。このように微細化が進むと、電子の波動性が問
題になる領域に達し、回路の中での電荷の取扱いには量
子効果を考慮しなくてはならなくなるので、従来の集積
回路の延長技術では集積度が上げられなくなる。この物
理的な限界に対して、量子ドットデバイスという、１個
ないし数個の電子を制御する、より集積度が上げられる
デバイスの研究が進められている。量子ドットの作成方
法としては従来、結晶シリコンの陽極エッチング、ＭＢ
ＥもしくはＣＶＤによるモノレーヤー（mono layer）成
長、電子ビームおよびイオンビームによるエッチングな
どの方法がとられてきた。しかしこれらの方法ではシリ
コンウエハー上に大規模集積回路を作り込むようには、
量子ドットを空間的に制御性良く基板上に作り込むこと
はできない。なぜならば現在の技術では、量子ドット
は、材料を基板表面に少量付着または残存させ、その後
の熱処理などによって、材料原子が随意に移動・再配列
するのに任せて作られているからである。たとえば既に
報告されている室温で動作する単電子メモリーでは、ア
モルファスシリコンをアニールによって多結晶化させ、
ランダムにできる低ポテンシャル部分を、偶然に頼って
量子ドットとして使用している。このように１つの孤立
アイランド（island）からなる単電子トランジスタを制
御性良く作ることは難しいので、個々のトランジスター
の性能にばらつきができ、単電子トランジスタをメモリ
ーとして安定に使用することは困難であった。
小回路線幅は約２００ナノメートルで、１０万個程度の
電子を単位信号として用いているが、回路の微細化がさ
らに進むと、すでに実験レベルで達成されている線幅６
０ナノメートル、酸化膜厚１．２ナノメートルの限界に
達する。このように微細化が進むと、電子の波動性が問
題になる領域に達し、回路の中での電荷の取扱いには量
子効果を考慮しなくてはならなくなるので、従来の集積
回路の延長技術では集積度が上げられなくなる。この物
理的な限界に対して、量子ドットデバイスという、１個
ないし数個の電子を制御する、より集積度が上げられる
デバイスの研究が進められている。量子ドットの作成方
法としては従来、結晶シリコンの陽極エッチング、ＭＢ
ＥもしくはＣＶＤによるモノレーヤー（mono layer）成
長、電子ビームおよびイオンビームによるエッチングな
どの方法がとられてきた。しかしこれらの方法ではシリ
コンウエハー上に大規模集積回路を作り込むようには、
量子ドットを空間的に制御性良く基板上に作り込むこと
はできない。なぜならば現在の技術では、量子ドット
は、材料を基板表面に少量付着または残存させ、その後
の熱処理などによって、材料原子が随意に移動・再配列
するのに任せて作られているからである。たとえば既に
報告されている室温で動作する単電子メモリーでは、ア
モルファスシリコンをアニールによって多結晶化させ、
ランダムにできる低ポテンシャル部分を、偶然に頼って
量子ドットとして使用している。このように１つの孤立
アイランド（island）からなる単電子トランジスタを制
御性良く作ることは難しいので、個々のトランジスター
の性能にばらつきができ、単電子トランジスタをメモリ
ーとして安定に使用することは困難であった。
【０００３】基板上の薄膜のモノレーヤー成長の観点か
ら、量子ドットとなり得る結晶粒形成について述べる
と、薄膜成長において微結晶が形成される様式について
は、三次元的成長（Volmer-Weber型）および層形成後の
三次元成長（Stranski-Krastanov型）の様式が良く知ら
れている。これらの様式で膜成長が進行する過程は、基
板温度、成長原子の濃度・吸着エネルギー・拡散エネル
ギーなどのパラメータを用いて説明がなされている。し
かしながら、無限に広い一様な表面で初期核ができる場
所がどの様な機構で決定されていくのかという点につい
ては、基板表面の点欠陥、線欠陥、吸着物、そして薄膜
原子が衝突してできた原子対などが、核形成のきっかけ
となると言われているが、未解明な部分が多く、実際の
薄膜成長においては意図的に結晶のステップ端を利用す
るか、ないしは偶然に頼っている。この核形成位置の不
確定さが膜構造の障害となる場合には、薄膜形成後にア
ニールを施こして原子の再配列操作をすることが従来行
われてきた。
ら、量子ドットとなり得る結晶粒形成について述べる
と、薄膜成長において微結晶が形成される様式について
は、三次元的成長（Volmer-Weber型）および層形成後の
三次元成長（Stranski-Krastanov型）の様式が良く知ら
れている。これらの様式で膜成長が進行する過程は、基
板温度、成長原子の濃度・吸着エネルギー・拡散エネル
ギーなどのパラメータを用いて説明がなされている。し
かしながら、無限に広い一様な表面で初期核ができる場
所がどの様な機構で決定されていくのかという点につい
ては、基板表面の点欠陥、線欠陥、吸着物、そして薄膜
原子が衝突してできた原子対などが、核形成のきっかけ
となると言われているが、未解明な部分が多く、実際の
薄膜成長においては意図的に結晶のステップ端を利用す
るか、ないしは偶然に頼っている。この核形成位置の不
確定さが膜構造の障害となる場合には、薄膜形成後にア
ニールを施こして原子の再配列操作をすることが従来行
われてきた。
【０００４】一方、基板に振動を与えながら、該基板上
に物質を気相成長させた例としてK.L.Chopra M.R.Randl
ett, Appl.Phys.Letters，１１（１９６７）ｐ．２０
２、高橋武彦 伊藤秀章 金属学会会報第１８巻 第１
９号（１９７９）ｐｐ．６３７−６３９、特開昭５９−
１３７３１１号公報、特開平１−２７０５９６号公報、
特開平１−３０１５８７号公報、特開平２−８０３９６
号公報がある。これら従来技術は、１Ｈｚから２０ｋＨ
ｚまでの振動を基板または粒状の基体に与えることによ
り、基板表面に対しては大きな単結晶粒子の成長を防止
し、より均一でち密な多結晶体を作成している。また粒
状基体に対しては振動により基体を流動させて、粒状基
体の全表面で結晶成長を起こさせて、高速度で結晶粉を
合成している。さらに、ＭＨｚオーダーの振動を与えた
基板上に成膜を行った例として、M.Takahashi A.Fujita
et.al. 1990 Digests of The Intermag Conference,AQ
-02(1990)、 M.Takahashi A.Fujita et.al., IEEE Tran
s. Magn.，２６（１９９０）ｐ．１４５３、及び M.Ta
kahashi, H. Shoji, M Tsunoda, J Magn. Magn. Mate
r.，１３４（１９９４）ｐ．４０３がある。これは、Ｌ
ｉＮｂＯ3単結晶表面に４５ＭＨｚの表面弾性波を起こ
しながら、磁化容易軸が制御されかつ保磁力が小さいＦ
ｅ−Ｎｉ合金の多結晶薄膜を、３０ｎｍの厚みで気相成
長させている。
に物質を気相成長させた例としてK.L.Chopra M.R.Randl
ett, Appl.Phys.Letters，１１（１９６７）ｐ．２０
２、高橋武彦 伊藤秀章 金属学会会報第１８巻 第１
９号（１９７９）ｐｐ．６３７−６３９、特開昭５９−
１３７３１１号公報、特開平１−２７０５９６号公報、
特開平１−３０１５８７号公報、特開平２−８０３９６
号公報がある。これら従来技術は、１Ｈｚから２０ｋＨ
ｚまでの振動を基板または粒状の基体に与えることによ
り、基板表面に対しては大きな単結晶粒子の成長を防止
し、より均一でち密な多結晶体を作成している。また粒
状基体に対しては振動により基体を流動させて、粒状基
体の全表面で結晶成長を起こさせて、高速度で結晶粉を
合成している。さらに、ＭＨｚオーダーの振動を与えた
基板上に成膜を行った例として、M.Takahashi A.Fujita
et.al. 1990 Digests of The Intermag Conference,AQ
-02(1990)、 M.Takahashi A.Fujita et.al., IEEE Tran
s. Magn.，２６（１９９０）ｐ．１４５３、及び M.Ta
kahashi, H. Shoji, M Tsunoda, J Magn. Magn. Mate
r.，１３４（１９９４）ｐ．４０３がある。これは、Ｌ
ｉＮｂＯ3単結晶表面に４５ＭＨｚの表面弾性波を起こ
しながら、磁化容易軸が制御されかつ保磁力が小さいＦ
ｅ−Ｎｉ合金の多結晶薄膜を、３０ｎｍの厚みで気相成
長させている。
【０００５】以上に述べた従来技術は、振動により基板
に圧縮と伸長を与えて表面を活性化させ、より多くの核
生成サイトを不特定位置に発生させ、その結果孤立した
大きな単結晶の成長を防ぎ、その上で成膜を続けること
で高速かつ均一に稠密な多結晶膜を得るものである。
に圧縮と伸長を与えて表面を活性化させ、より多くの核
生成サイトを不特定位置に発生させ、その結果孤立した
大きな単結晶の成長を防ぎ、その上で成膜を続けること
で高速かつ均一に稠密な多結晶膜を得るものである。
【０００６】これに対して発明者らは、表面波が立って
いる基板表面での結晶核生成について詳しく研究を行っ
た結果、基板の局所局所での振動のエネルギーの大小が
一つ一つの核発生と関係があり、量子ドットのような微
細構造の制御に効果があることを見いだし、本発明を完
成したものである。
いる基板表面での結晶核生成について詳しく研究を行っ
た結果、基板の局所局所での振動のエネルギーの大小が
一つ一つの核発生と関係があり、量子ドットのような微
細構造の制御に効果があることを見いだし、本発明を完
成したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、Ｆ
ｅ， Ｎｂ， Ｃｏなどの金属クラスターを均一の大き
さで、一次元状に配列させたものを一度に大量に作成す
ることはできなかった。そのために個々のクラスター間
でガス分子の吸着反応の速度定数が異なったり、電荷の
受け渡しの効率が低下するという問題点があった。本発
明はこうした課題を解決するものである。さらに従来の
技術では、シリコンウエハー上に大規模集積回路を作り
込むようには、量子ドットを空間的に制御性良く基板上
に作り込むことはできず、偶然や基板の面方位に頼って
量子ドットを作成していた。本発明は、このようなこと
に頼ること無く、基板を選ばずに、規則的・周期的な任
意の多数の場所に、量子ドットを大量に同時に作成でき
るようにする方法を提供するものである。
ｅ， Ｎｂ， Ｃｏなどの金属クラスターを均一の大き
さで、一次元状に配列させたものを一度に大量に作成す
ることはできなかった。そのために個々のクラスター間
でガス分子の吸着反応の速度定数が異なったり、電荷の
受け渡しの効率が低下するという問題点があった。本発
明はこうした課題を解決するものである。さらに従来の
技術では、シリコンウエハー上に大規模集積回路を作り
込むようには、量子ドットを空間的に制御性良く基板上
に作り込むことはできず、偶然や基板の面方位に頼って
量子ドットを作成していた。本発明は、このようなこと
に頼ること無く、基板を選ばずに、規則的・周期的な任
意の多数の場所に、量子ドットを大量に同時に作成でき
るようにする方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面に表
面波を立てながら微結晶粒または微結晶細線を該基板表
面に作成する方法、および基板表面に表面波を立てるこ
とで得られる該基板表面の表面波のエネルギーの極大点
もしくは極小点に微結晶粒または微結晶細線を作成する
方法、および微結晶粒もしくは微結晶細線の間隔が、基
板表面に印加する表面波の波長と同じか、または波長の
半分の長さであるように配列されていることを特徴とす
る微結晶粒または微結晶細線、そして基板表面に印加す
る表面波の定在波文様に従って配列されている微結晶粒
および微結晶細線に関するものである。
面波を立てながら微結晶粒または微結晶細線を該基板表
面に作成する方法、および基板表面に表面波を立てるこ
とで得られる該基板表面の表面波のエネルギーの極大点
もしくは極小点に微結晶粒または微結晶細線を作成する
方法、および微結晶粒もしくは微結晶細線の間隔が、基
板表面に印加する表面波の波長と同じか、または波長の
半分の長さであるように配列されていることを特徴とす
る微結晶粒または微結晶細線、そして基板表面に印加す
る表面波の定在波文様に従って配列されている微結晶粒
および微結晶細線に関するものである。
【０００９】本発明によって量子ドットなどの微結晶粒
が、作成されるべき位置に確実に作成されるようにな
り、かつこの微結晶粒の大きさや微結晶細線の幅をも制
御可能となった。
が、作成されるべき位置に確実に作成されるようにな
り、かつこの微結晶粒の大きさや微結晶細線の幅をも制
御可能となった。
【００１０】本発明で言う微結晶粒および微結晶細線と
は、結晶の微細な低次元構造のことであり、０次元構造
であれば、径１０μｍ以下０．６ｎｍ以上の大きさの微
結晶粒である。特に、径５ｎｍ以下の量子サイズ効果が
構築できる微結晶粒は量子ドットと一般に呼ばれてい
る。また、一次元構造であれば線幅が１０μｍ以下０．
６ｎｍ以上の微結晶細線であり、特に線幅が５ｎｍ以下
のもので量子サイズ効果が現れるものは量子細線と一般
に呼ばれている。このような分類のほかに、物性物理学
では原子数１０〜１０００個からなる結晶をマイクロク
ラスター、５００〜１００，０００個からなる結晶を超
微粒子と呼んでおり、本発明で言う微結晶粒または微結
晶細線はこれらのものを含める。
は、結晶の微細な低次元構造のことであり、０次元構造
であれば、径１０μｍ以下０．６ｎｍ以上の大きさの微
結晶粒である。特に、径５ｎｍ以下の量子サイズ効果が
構築できる微結晶粒は量子ドットと一般に呼ばれてい
る。また、一次元構造であれば線幅が１０μｍ以下０．
６ｎｍ以上の微結晶細線であり、特に線幅が５ｎｍ以下
のもので量子サイズ効果が現れるものは量子細線と一般
に呼ばれている。このような分類のほかに、物性物理学
では原子数１０〜１０００個からなる結晶をマイクロク
ラスター、５００〜１００，０００個からなる結晶を超
微粒子と呼んでおり、本発明で言う微結晶粒または微結
晶細線はこれらのものを含める。
【００１１】本発明で言う表面波とは、次のようなもの
である。すなわち、固体表面や物質境界面に沿って伝搬
するレイリー波、ラム波、ラブ波、妹沢波のような表面
弾性波であり、これらの表面弾性波の媒質の最小限必要
な厚さは波長の２〜３倍程度である。また本発明の表面
波には弾性体の内部振源による表面波および、物体の振
動による表面の弾性的変形も含める。
である。すなわち、固体表面や物質境界面に沿って伝搬
するレイリー波、ラム波、ラブ波、妹沢波のような表面
弾性波であり、これらの表面弾性波の媒質の最小限必要
な厚さは波長の２〜３倍程度である。また本発明の表面
波には弾性体の内部振源による表面波および、物体の振
動による表面の弾性的変形も含める。
【００１２】基板に表面波が立っているときに、微結晶
粒や微結晶細線が波の文様に従って生成するメカニズム
については、今のところ次の２つの理由が考えられる
が、不明な点が多く、解明には今後の研究が待たれる。
１つめの理由は次のようなものである。気相原料から基
板表面に微結晶粒を作成するとき、基板に表面波が立っ
ていると析出表面近傍の境膜拡散層内の化学種が大きな
基板振幅によって撹拌されて拡散層の厚さが薄くなるた
めに過飽和度が上がり、その結果結晶粒子の核生成が促
進される。２つめの理由は次のようなものである。見か
けは一様で均質な基板表面でも、詳しく眺めると、表面
には点欠陥、線欠陥、吸着物、及び結晶のステップ端な
ど、”均質”でない場所があり、こうした表面エネルギ
ーの特異点に相当する場所で核生成が起こり易いことは
経験的に知られている。そこで基板表面に波を立てて、
意図的に表面エネルギーの分布を作ってやると、この分
布に沿って、微結晶粒もしくは細線を形成することが可
能となる。
粒や微結晶細線が波の文様に従って生成するメカニズム
については、今のところ次の２つの理由が考えられる
が、不明な点が多く、解明には今後の研究が待たれる。
１つめの理由は次のようなものである。気相原料から基
板表面に微結晶粒を作成するとき、基板に表面波が立っ
ていると析出表面近傍の境膜拡散層内の化学種が大きな
基板振幅によって撹拌されて拡散層の厚さが薄くなるた
めに過飽和度が上がり、その結果結晶粒子の核生成が促
進される。２つめの理由は次のようなものである。見か
けは一様で均質な基板表面でも、詳しく眺めると、表面
には点欠陥、線欠陥、吸着物、及び結晶のステップ端な
ど、”均質”でない場所があり、こうした表面エネルギ
ーの特異点に相当する場所で核生成が起こり易いことは
経験的に知られている。そこで基板表面に波を立てて、
意図的に表面エネルギーの分布を作ってやると、この分
布に沿って、微結晶粒もしくは細線を形成することが可
能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に概念式を用いて、微結晶粒
の配列や分布を制御する方法を詳しく述べる。
の配列や分布を制御する方法を詳しく述べる。
【００１４】Ｅ（ｘ）を基板表面上の位置ｘで、核の生
成しやすさの指標となるパラメータとする。
成しやすさの指標となるパラメータとする。
【００１５】するとＥ（ｘ）は以下の式に従う。 Ｅ（ｘ）＝Ｕ（ｘ）＋Ｉ（ｘ） （１） Ｕ：振動が与えられていない基板表面の自由エネルギ
ー。欠陥などの表面の構造や温度に依存する。Ｉ：波動
によるｘ点での自由エネルギー。
ー。欠陥などの表面の構造や温度に依存する。Ｉ：波動
によるｘ点での自由エネルギー。
【００１６】ここで、Ｅ（ｘ）が低エネルギーから徐々
に上昇してあるエネルギーＥ1に達すると、位置ｘで微
結晶粒が作成される場合を考える。説明を簡単にするた
めに、Ｕ（ｘ）は位置によらず以下に示すようにＵ
0（一定）とし、ｘは一次元とする。 Ｅ1＞Ｕ（ｘ）＝Ｕ0 （２） ここで波動の強度Ｉ（ｘ）を導入するわけであるが、次
式に示すように単純にｘ軸に沿った一次元のエネルギー
分布を示す正弦波動を仮定する。 Ｉ（ｘ）＝Ｉmax｛sin(2π/λ)ｘ｝2 （３） この時、 Ｅ1＞Ｕ0＋Ｉmax （４） であると微結晶粒は作成されない。微結晶粒は Ｅ1≦Ｕ0＋Ｉmax （ただしＥ1＞Ｕ0） （５） の時作成される。
に上昇してあるエネルギーＥ1に達すると、位置ｘで微
結晶粒が作成される場合を考える。説明を簡単にするた
めに、Ｕ（ｘ）は位置によらず以下に示すようにＵ
0（一定）とし、ｘは一次元とする。 Ｅ1＞Ｕ（ｘ）＝Ｕ0 （２） ここで波動の強度Ｉ（ｘ）を導入するわけであるが、次
式に示すように単純にｘ軸に沿った一次元のエネルギー
分布を示す正弦波動を仮定する。 Ｉ（ｘ）＝Ｉmax｛sin(2π/λ)ｘ｝2 （３） この時、 Ｅ1＞Ｕ0＋Ｉmax （４） であると微結晶粒は作成されない。微結晶粒は Ｅ1≦Ｕ0＋Ｉmax （ただしＥ1＞Ｕ0） （５） の時作成される。
【００１７】このとき、以下の式で与えられる半径ｒの
微結晶粒が間隔λ／２で作成される（図１）。 ｒ ＝λ/4−(λ/2π)sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/2 （６） ただし ０＜sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/2＜π／２ （７） である。図１が記載されている用紙の垂線方向に空間が
一様に広がっている場合には線幅の２分の１が（６）式
で与えられる細線構造となる。
微結晶粒が間隔λ／２で作成される（図１）。 ｒ ＝λ/4−(λ/2π)sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/2 （６） ただし ０＜sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/2＜π／２ （７） である。図１が記載されている用紙の垂線方向に空間が
一様に広がっている場合には線幅の２分の１が（６）式
で与えられる細線構造となる。
【００１８】波動の伝搬を二次元に拡張すると、（３）
式に相当する波動のエネルギー分布は Ｉ（ｘ）＝Ｉmax｛sin(2π/λ1)ｘ・sin(2π/λ2)ｙ｝2 （８） となる。ここで，λ1 ＝λ2 ＝λ（波動が直交２軸に
沿って等方的）であるとすると、（５）の条件におい
て、以下の式で与えられる半径ｒ（厳密には正方形の一
辺の長さの半分）の微結晶粒が、ｘあるいはｙ各座標軸
に沿って間隔λ／２で作成される。 ｒ ＝λ/4−(λ/2π)sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4 （９） ただし ０＜sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4＜π／２ （１０） である。厳密には、sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4
がπ／２近傍の時に微結晶粒が作成され、近傍にないと
きは各点の微結晶粒は近接する微結晶粒とつながってし
まい、２次元の格子状構造になる。
式に相当する波動のエネルギー分布は Ｉ（ｘ）＝Ｉmax｛sin(2π/λ1)ｘ・sin(2π/λ2)ｙ｝2 （８） となる。ここで，λ1 ＝λ2 ＝λ（波動が直交２軸に
沿って等方的）であるとすると、（５）の条件におい
て、以下の式で与えられる半径ｒ（厳密には正方形の一
辺の長さの半分）の微結晶粒が、ｘあるいはｙ各座標軸
に沿って間隔λ／２で作成される。 ｒ ＝λ/4−(λ/2π)sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4 （９） ただし ０＜sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4＜π／２ （１０） である。厳密には、sin-1｛（Ｅ1−Ｕ0）／Ｉmax｝1/4
がπ／２近傍の時に微結晶粒が作成され、近傍にないと
きは各点の微結晶粒は近接する微結晶粒とつながってし
まい、２次元の格子状構造になる。
【００１９】基板の表面状態Ｕ（ｘ）は実際は表面内で
一定ではないので、微結晶粒を意図した位置に確実に作
成するためにはＵ（ｘ）の揺らぎの最大値よりも、波動
によるエネルギーＩを充分大きな値にしておく必要があ
る。さらに結晶のステップ端の利用など従来用いられて
きた他の方法と、本発明の方法とを組み合わせることに
よっても、制御性高く微結晶粒を作成することができ
る。
一定ではないので、微結晶粒を意図した位置に確実に作
成するためにはＵ（ｘ）の揺らぎの最大値よりも、波動
によるエネルギーＩを充分大きな値にしておく必要があ
る。さらに結晶のステップ端の利用など従来用いられて
きた他の方法と、本発明の方法とを組み合わせることに
よっても、制御性高く微結晶粒を作成することができ
る。
【００２０】これまでの議論では、Ｅ（ｘ）が低エネル
ギーから徐々に上昇してＥ1に達すると、位置ｘで微結
晶粒が作成される場合について述べた。この場合は、表
面波のエネルギーが高い部分で微結晶粒が作成される。
ギーから徐々に上昇してＥ1に達すると、位置ｘで微結
晶粒が作成される場合について述べた。この場合は、表
面波のエネルギーが高い部分で微結晶粒が作成される。
【００２１】一方、上記とは対照的に、融点よりも高い
温度にある溶融状態の物質が徐々に冷却されて融点より
もわずかに低い温度になった時、微視的にはエネルギー
がより低いところから凝固を開始する。また、多くのア
モルファス物質は常温では非平衡状態にあるので、何ら
かのきっかけがあるとより安定した相（例えば結晶相）
に変態する。これらの凝固や結晶化による微結晶粒およ
び微結晶細線の生成にも本発明が適用できる。すなわち
図２に示すように、Ｅ（ｘ）がこれまで述べたのとは逆
に高エネルギーから徐々に下降してあるエネルギーレベ
ルＥ2に達すると、位置ｘで微結晶粒が作成されること
に相当する。この場合、 Ｅ2≧ Ｕ0＋ Ｉmax （１１） の位置で微結晶粒が作成され、 Ｅ2＜ Ｕ0＋ Ｉmax （１２） の位置は微結晶粒は作成されず、微結晶粒を取り囲む相
となる。つまり、表面波のエネルギーが低い部分で微結
晶粒が作成されることになり、表面波が定在波の場合は
微結晶粒の位置の周期はλ／２となる。
温度にある溶融状態の物質が徐々に冷却されて融点より
もわずかに低い温度になった時、微視的にはエネルギー
がより低いところから凝固を開始する。また、多くのア
モルファス物質は常温では非平衡状態にあるので、何ら
かのきっかけがあるとより安定した相（例えば結晶相）
に変態する。これらの凝固や結晶化による微結晶粒およ
び微結晶細線の生成にも本発明が適用できる。すなわち
図２に示すように、Ｅ（ｘ）がこれまで述べたのとは逆
に高エネルギーから徐々に下降してあるエネルギーレベ
ルＥ2に達すると、位置ｘで微結晶粒が作成されること
に相当する。この場合、 Ｅ2≧ Ｕ0＋ Ｉmax （１１） の位置で微結晶粒が作成され、 Ｅ2＜ Ｕ0＋ Ｉmax （１２） の位置は微結晶粒は作成されず、微結晶粒を取り囲む相
となる。つまり、表面波のエネルギーが低い部分で微結
晶粒が作成されることになり、表面波が定在波の場合は
微結晶粒の位置の周期はλ／２となる。
【００２２】均一な大きさの微結晶粒を作成するメカニ
ズムは、作成位置の制御よりも複雑で、基板の振動以外
の条件が微結晶粒の大きさに大きく影響を及ぼす場合に
は、式（６）および（９）が単純には当てはまらない。
すなわち、基板に吸着後その表面を移動する原子を、表
面弾性波の振幅の極大もしくは極小点で効率良く捕獲
し、それ以外の場所では原子の再脱離が容易に起こる場
合は、前述のモデルの式に従うが、そうでない場合は、
微結晶粒の大きさは堆積させる原子の供給量・供給速度
や基板温度に左右される。のみならず基板の表面形状の
サイズが原子レベルで均一でない場合、微結晶粒の大き
さや微結晶細線の幅にはある程度の揺らぎが発生する。
これを防ぐためには、リソグラフィー、エッチングなど
の基板加工技術によって加工した、基板形状のサイズの
揺らぎが小さい、原子層レベルで制御された基板表面の
作成技術が必要であるが、現在の技術では充分でない。
しかし本発明のように表面波をこれらの揺らぎよりも大
きな振幅で用いると（Ｕ<<Ｉ max ）、これらの揺らぎ
の影響をある程度抑えることが可能となる。
ズムは、作成位置の制御よりも複雑で、基板の振動以外
の条件が微結晶粒の大きさに大きく影響を及ぼす場合に
は、式（６）および（９）が単純には当てはまらない。
すなわち、基板に吸着後その表面を移動する原子を、表
面弾性波の振幅の極大もしくは極小点で効率良く捕獲
し、それ以外の場所では原子の再脱離が容易に起こる場
合は、前述のモデルの式に従うが、そうでない場合は、
微結晶粒の大きさは堆積させる原子の供給量・供給速度
や基板温度に左右される。のみならず基板の表面形状の
サイズが原子レベルで均一でない場合、微結晶粒の大き
さや微結晶細線の幅にはある程度の揺らぎが発生する。
これを防ぐためには、リソグラフィー、エッチングなど
の基板加工技術によって加工した、基板形状のサイズの
揺らぎが小さい、原子層レベルで制御された基板表面の
作成技術が必要であるが、現在の技術では充分でない。
しかし本発明のように表面波をこれらの揺らぎよりも大
きな振幅で用いると（Ｕ<<Ｉ max ）、これらの揺らぎ
の影響をある程度抑えることが可能となる。
【００２３】本発明に適用できる表面波の励振方法には
現在のところ以下の方法がある。 簾状電極トランスデューサーを直接基板に作製する方法 圧電膜あるいは磁性膜を基板にコーティングしその上に
作製した簾状電極を用いる方法 楔型トランスデューサーを用いる方法 ガン効果表面弾性波発生素子を用いる方法 光照射により基板にフォトサーマル振動を与える方法 レーザー光の誘導ブリルアン散乱によるバルク超音波を
用いる方法 ２つのレーザー光を混合させ、その差周波数を用いる方
法 ２つのレーザー光の干渉による周期的な熱発生分布を用
いる方法 バルク波の熱パルス法を応用した表面熱パルスを用いる
方法 パラメトリック表面弾性波発生素子を用いる方法 ジョセフソン電流密度波によりジョセフソン素子で表面
弾性波を発生する方法。
現在のところ以下の方法がある。 簾状電極トランスデューサーを直接基板に作製する方法 圧電膜あるいは磁性膜を基板にコーティングしその上に
作製した簾状電極を用いる方法 楔型トランスデューサーを用いる方法 ガン効果表面弾性波発生素子を用いる方法 光照射により基板にフォトサーマル振動を与える方法 レーザー光の誘導ブリルアン散乱によるバルク超音波を
用いる方法 ２つのレーザー光を混合させ、その差周波数を用いる方
法 ２つのレーザー光の干渉による周期的な熱発生分布を用
いる方法 バルク波の熱パルス法を応用した表面熱パルスを用いる
方法 パラメトリック表面弾性波発生素子を用いる方法 ジョセフソン電流密度波によりジョセフソン素子で表面
弾性波を発生する方法。
【００２４】以上のうちで、簾状電極トランスデューサ
ーをＬｉＮｂＯ3などの圧電基板に直接作製して表面弾
性波を得る方法が最も容易で廉価であるが、大量生産を
念頭に置くと、基板に導波路を押しつけて表面弾性波を
立てる方法、およびレーザー光を遠隔的に基板に照射し
て表面弾性波を立てる方法が望ましい。以下に本発明の
微結晶粒および微結晶細線作成に直接関わる、基板表面
に立たせる波について詳しく述べる。
ーをＬｉＮｂＯ3などの圧電基板に直接作製して表面弾
性波を得る方法が最も容易で廉価であるが、大量生産を
念頭に置くと、基板に導波路を押しつけて表面弾性波を
立てる方法、およびレーザー光を遠隔的に基板に照射し
て表面弾性波を立てる方法が望ましい。以下に本発明の
微結晶粒および微結晶細線作成に直接関わる、基板表面
に立たせる波について詳しく述べる。
【００２５】表面波が単一方向の進行波の時は、表面波
が通過した基板上の帯状の経路に沿って微結晶粒は作成
される。しかし、個々の微結晶粒の位置はその帯の中で
はランダムとなる。微結晶粒の個々の位置も互いに整列
した規則正しいものとするためには、表面波の定在波を
立てることが有効である。そのためには２つ以上の励振
源を用いたり、励振源と反射器を組み合わせれば良い。
加えて微結晶粒を配列したいパターンに合わせて複数の
励振源と反射器とを配置することも有効である。定在波
と微結晶粒の配列との関係について基本的な点を述べる
と、基板の表面波の伝搬速度をｖ（ｍ／ｓ）で等方的と
し、波の周波数をν（Ｈｚ）、波の波長をλ（ｍ）とす
ると ν＝ｖ／λ （１３） となる。このとき２つの励振源（たとえば対向する簾状
電極）から平行同期な表面弾性波が生ずるとき、これら
励振源間の距離Ｌがλの整数倍の時に定在波が立つ。表
面波の振動エネルギーが極大もしくは極小のいずれかの
ところで微結晶粒が作成されるとすると、式（３）から
微結晶粒の間隔はλ／２となる。励振源を１箇所にして
それに対向する場所に反射格子を設けても上の条件は同
様に成り立つ。さらに励振源を３つ以上設けたり、反射
器を励振源に対して角度を傾けて配置したり、平行波の
みならず拡散波を用いたり、逆位相の波で打ち消したり
させて、複雑な２次元パターンを成す定在波を基板表面
に立てて、その文様に従って微結晶粒を作成することが
できる。
が通過した基板上の帯状の経路に沿って微結晶粒は作成
される。しかし、個々の微結晶粒の位置はその帯の中で
はランダムとなる。微結晶粒の個々の位置も互いに整列
した規則正しいものとするためには、表面波の定在波を
立てることが有効である。そのためには２つ以上の励振
源を用いたり、励振源と反射器を組み合わせれば良い。
加えて微結晶粒を配列したいパターンに合わせて複数の
励振源と反射器とを配置することも有効である。定在波
と微結晶粒の配列との関係について基本的な点を述べる
と、基板の表面波の伝搬速度をｖ（ｍ／ｓ）で等方的と
し、波の周波数をν（Ｈｚ）、波の波長をλ（ｍ）とす
ると ν＝ｖ／λ （１３） となる。このとき２つの励振源（たとえば対向する簾状
電極）から平行同期な表面弾性波が生ずるとき、これら
励振源間の距離Ｌがλの整数倍の時に定在波が立つ。表
面波の振動エネルギーが極大もしくは極小のいずれかの
ところで微結晶粒が作成されるとすると、式（３）から
微結晶粒の間隔はλ／２となる。励振源を１箇所にして
それに対向する場所に反射格子を設けても上の条件は同
様に成り立つ。さらに励振源を３つ以上設けたり、反射
器を励振源に対して角度を傾けて配置したり、平行波の
みならず拡散波を用いたり、逆位相の波で打ち消したり
させて、複雑な２次元パターンを成す定在波を基板表面
に立てて、その文様に従って微結晶粒を作成することが
できる。
【００２６】本発明は、基板の種類、基板表面の微視的
な欠陥や汚染、および成膜条件の揺らぎに左右されず
に、大量に安定的・複製的に微結晶粒または微結晶細線
を作成する手段を提示するものである。さらに既存の技
術と本発明とを組み合わせても何らさしつかえない。た
とえば基板表面に反応ガスを誘導して、レーザーや電子
線の干渉によって選択的に原子を堆積させたり、食刻さ
せたりする方法（特開平５−３６６５６号公報や特開平
７−８６６１３号公報）と組み合わせたり、もしくは結
晶のステップを利用したり、結晶面方位に特有の原子取
り込み数を利用した原子の自己集合化・自己組織化の手
法と本発明とを組合わせたり、帯電効果によって微結晶
粒もしくは微結晶細線の構造を動揺させる手法と本発明
とを組み合わせることもできる。
な欠陥や汚染、および成膜条件の揺らぎに左右されず
に、大量に安定的・複製的に微結晶粒または微結晶細線
を作成する手段を提示するものである。さらに既存の技
術と本発明とを組み合わせても何らさしつかえない。た
とえば基板表面に反応ガスを誘導して、レーザーや電子
線の干渉によって選択的に原子を堆積させたり、食刻さ
せたりする方法（特開平５−３６６５６号公報や特開平
７−８６６１３号公報）と組み合わせたり、もしくは結
晶のステップを利用したり、結晶面方位に特有の原子取
り込み数を利用した原子の自己集合化・自己組織化の手
法と本発明とを組合わせたり、帯電効果によって微結晶
粒もしくは微結晶細線の構造を動揺させる手法と本発明
とを組み合わせることもできる。
【００２７】
【実施例】以下に本発明の実施例を述べる。
【００２８】（実施例１）表面（結晶面１２８°ｒｏｔ
ａｔｅ Ｙカット）をＲa＝５ｎｍの粗度に仕上げたＬ
ｉＮｂＯ3単結晶１（５×２０×１ｍｍ）の５×２０ｍ
ｍ平面の５ｍｍ両短辺に沿って４×６ｍｍの広さに、通
常のフォトリソグラフィーで電極間隔２μｍの簾状電極
２を作成した（図３）。この２つの対向する簾状電極間
の距離（結晶軸Ｘ方向）は、表面波の波長４μｍの整数
倍となるように７８９２．００μｍとした。このＬｉＮ
ｂＯ3基板１をＭＢＥ装置中で温度１８０℃に保持し、
かつ１ＧＨｚの表面弾性波の定在波を立てながら、金属
Ｐｔを０．１２原子層／秒の速さで総量２．７原子層分
堆積させたところ図３に示すように、２つの簾状電極２
に挟まれた場所に、直径約８０ｎｍのＰｔ微結晶粒３
が、定在波の半波長（２μｍ）の間隔で整列して作成さ
れた。
ａｔｅ Ｙカット）をＲa＝５ｎｍの粗度に仕上げたＬ
ｉＮｂＯ3単結晶１（５×２０×１ｍｍ）の５×２０ｍ
ｍ平面の５ｍｍ両短辺に沿って４×６ｍｍの広さに、通
常のフォトリソグラフィーで電極間隔２μｍの簾状電極
２を作成した（図３）。この２つの対向する簾状電極間
の距離（結晶軸Ｘ方向）は、表面波の波長４μｍの整数
倍となるように７８９２．００μｍとした。このＬｉＮ
ｂＯ3基板１をＭＢＥ装置中で温度１８０℃に保持し、
かつ１ＧＨｚの表面弾性波の定在波を立てながら、金属
Ｐｔを０．１２原子層／秒の速さで総量２．７原子層分
堆積させたところ図３に示すように、２つの簾状電極２
に挟まれた場所に、直径約８０ｎｍのＰｔ微結晶粒３
が、定在波の半波長（２μｍ）の間隔で整列して作成さ
れた。
【００２９】比較として、表面弾性波を立てないで、同
条件でＰｔを堆積させたところ、図４に示すように直径
約８０ｎｍのＰｔ微結晶粒３がランダムに作成された。
条件でＰｔを堆積させたところ、図４に示すように直径
約８０ｎｍのＰｔ微結晶粒３がランダムに作成された。
【００３０】以上から、表面弾性波の使用は微結晶粒を
規則的に整列させることに効果が有ることが解った。
規則的に整列させることに効果が有ることが解った。
【００３１】（実施例２）実施例１と同様のＬｉＮｂＯ
3単結晶基板１の５×２０ｍｍ平面の５ｍｍ両短辺に沿
って４×２ｍｍの広さに、ＡＦＭ電解蒸発法にて電極間
隔５０ｎｍで金の簾状電極２を作成した。この２つの対
向する簾状電極間の距離（結晶軸Ｘ方向）は表面波の波
長１００ｎｍの整数倍となるように１５３６０．００μ
ｍとした。このＬｉＮｂＯ3基板１をＭＢＥ装置中で温
度１８０℃に保持し、かつ４０ＧＨｚの表面弾性波の定
在波を立てながら、金属Ｐｔを０．１２原子層／秒 の
速さで総量２．７原子層分堆積させたところ図５に示す
ように、２つの簾状電極２に挟まれた場所に、線幅約２
０ｎｍのＰｔ微結晶細線４が、定在波の半波長５０ｎｍ
の間隔で整列して作成された。
3単結晶基板１の５×２０ｍｍ平面の５ｍｍ両短辺に沿
って４×２ｍｍの広さに、ＡＦＭ電解蒸発法にて電極間
隔５０ｎｍで金の簾状電極２を作成した。この２つの対
向する簾状電極間の距離（結晶軸Ｘ方向）は表面波の波
長１００ｎｍの整数倍となるように１５３６０．００μ
ｍとした。このＬｉＮｂＯ3基板１をＭＢＥ装置中で温
度１８０℃に保持し、かつ４０ＧＨｚの表面弾性波の定
在波を立てながら、金属Ｐｔを０．１２原子層／秒 の
速さで総量２．７原子層分堆積させたところ図５に示す
ように、２つの簾状電極２に挟まれた場所に、線幅約２
０ｎｍのＰｔ微結晶細線４が、定在波の半波長５０ｎｍ
の間隔で整列して作成された。
【００３２】比較として、表面弾性波を立てないで、同
条件でＰｔを堆積させたところ、直径約４０ｎｍのＰｔ
微結晶粒３がランダムに作成された。
条件でＰｔを堆積させたところ、直径約４０ｎｍのＰｔ
微結晶粒３がランダムに作成された。
【００３３】以上から、表面弾性波の使用は規則的に整
列させた微結晶細線４を作成することに効果が有ること
が解った。
列させた微結晶細線４を作成することに効果が有ること
が解った。
【００３４】（実施例３）直径０．８ｍｍのＳｉ単結晶
粒５に硫酸過水溶液−純水−１％希弗酸−純水の順に洗
浄を施し、表面を水素終端させた。このＳｉ単結晶粒５
を、表面（結晶面１２８°ｒｏｔａｔｅ Ｙカット）を
Ｒa＝５ｎｍの粗度に仕上げたＬｉＮｂＯ3単結晶１（５
×２０×１ｍｍ）の中央部近傍に乗せた。この時Ｓｉ単
結晶粒５とＬｉＮｂＯ3基板１との間には、ファンデァ
ワールス力により、Ｓｉ単結晶粒の自重の数倍の付着力
が生じるためにＳｉ単結晶粒５は安定して基板に固定さ
れる。次にこのＳｉ単結晶粒５が固定されたＬｉＮｂＯ
3基板１を減圧ＣＶＤ装置中で２７０℃に保持した後
に、図６に示すように２つのくさび型振動子６を７８９
２．００μｍの距離に対向させて接触させた。これらの
くさび型振動子６は接触面積が４×６ｍｍ、接触角が２
２．３°の銅製の振動子で、厚み振動する圧電振動子が
装着されている。
粒５に硫酸過水溶液−純水−１％希弗酸−純水の順に洗
浄を施し、表面を水素終端させた。このＳｉ単結晶粒５
を、表面（結晶面１２８°ｒｏｔａｔｅ Ｙカット）を
Ｒa＝５ｎｍの粗度に仕上げたＬｉＮｂＯ3単結晶１（５
×２０×１ｍｍ）の中央部近傍に乗せた。この時Ｓｉ単
結晶粒５とＬｉＮｂＯ3基板１との間には、ファンデァ
ワールス力により、Ｓｉ単結晶粒の自重の数倍の付着力
が生じるためにＳｉ単結晶粒５は安定して基板に固定さ
れる。次にこのＳｉ単結晶粒５が固定されたＬｉＮｂＯ
3基板１を減圧ＣＶＤ装置中で２７０℃に保持した後
に、図６に示すように２つのくさび型振動子６を７８９
２．００μｍの距離に対向させて接触させた。これらの
くさび型振動子６は接触面積が４×６ｍｍ、接触角が２
２．３°の銅製の振動子で、厚み振動する圧電振動子が
装着されている。
【００３５】この２つのくさび型振動子６から１ＧＨｚ
の同期する縦波をＬｉＮｂＯ3基板１に与えると、基板
には表面弾性波定在波が立ち、この状態で水素ガスでバ
ブリングした０．３％ＤＭＡＨガス（（ＣＨ3）2Ａｌ
Ｈ）を全圧１Ｔｏｒｒで１分間導入した。このときＳｉ
単結晶粒５表面には単結晶粒自身の３次元的な共振によ
り表面に１μｍの間隔の縞状の模様７が浮かび上がる。
この結果、図５に示すように幅約０．２μｍのＡｌ微結
晶細線４が、縞の文様に沿って１μｍの間隔で整列して
作成された。
の同期する縦波をＬｉＮｂＯ3基板１に与えると、基板
には表面弾性波定在波が立ち、この状態で水素ガスでバ
ブリングした０．３％ＤＭＡＨガス（（ＣＨ3）2Ａｌ
Ｈ）を全圧１Ｔｏｒｒで１分間導入した。このときＳｉ
単結晶粒５表面には単結晶粒自身の３次元的な共振によ
り表面に１μｍの間隔の縞状の模様７が浮かび上がる。
この結果、図５に示すように幅約０．２μｍのＡｌ微結
晶細線４が、縞の文様に沿って１μｍの間隔で整列して
作成された。
【００３６】比較のため、 ＬｉＮｂＯ3基板１に表面
弾性波を立てないで、その他は同じ条件でＳｉ単結晶粒
にＡｌを堆積させたところ、 Ｓｉ単結晶粒の表面は一
様にＡｌ膜でおおわれてしまった。以上から、表面波の
使用は規則的に整列させた微結晶細線を作成することに
効果が有ることが解った。
弾性波を立てないで、その他は同じ条件でＳｉ単結晶粒
にＡｌを堆積させたところ、 Ｓｉ単結晶粒の表面は一
様にＡｌ膜でおおわれてしまった。以上から、表面波の
使用は規則的に整列させた微結晶細線を作成することに
効果が有ることが解った。
【００３７】（実施例４）基板としてＧａＡｓの（１０
０）面３インチウエハー８を用いた。この表面にＧａＡ
ｓバッファー層をＭＢＥ成長させて平坦面を得た後に、
真空中でＳ原子を吸着させ、表面の結合手の終端処理を
施した後に、さらに真空中でＡＦＭ電解蒸発法にて電極
間隔２５ｎｍの２つの金の簾状電極２を、図７に示すよ
うに表面弾性波が［０１１］方向と［０−１ １］方向
とに進むように作成した。さらにこの２つの簾状電極２
から発生する直行する２つの表面弾性波が交差する場所
に、同じくＡＦＭ電解蒸発法で金の周期摂動回路（反射
格子９）を、２つの表面弾性波が互いに相手の発信源の
簾状電極２に向かうように設置した。［０１１］方向の
表面弾性波を発生させる簾状電極２と反射格子９との距
離は表面波の波長５０ｎｍの整数倍の１０２０．５０μ
ｍ、［０ −１ １］方向の表面弾性波を発生させる簾
状電極２と反射格子９との距離も表面波の波長５０ｎｍ
の整数倍の９８５．２５μｍである。次に、ＭＢＥ装置
中で基板温度を４００℃に保持し、かつ４８ＧＨｚの表
面弾性波定在波を２つの簾状電極２で同期させて立てな
がら、まずＧａをＧａＡｓ換算で１．８分子層堆積さ
せ、次に単原子分子換算で３．８×１０18個／ｍ2のＡ
ｓを照射した。その結果、図７に示すように、簾状電極
２の付近では直径約５ｎｍのＧａＡｓの量子ドット１０
ａが、表面弾性波の定在波の半波長２５ｎｍの等間隔で
作成された。そして反射格子９近傍の表面弾性波定在波
が交差して立つところでは、一辺が２５ｎｍの格子文様
状にＧａＡｓの量子ドット１０ｂが作成され、さらに、
格子の交点にある量子ドットは、他の量子ドットよりも
大きかった。作成された量子ドットは結晶軸が［０１
１］方向または［０ −１ １］方向に配向しているも
のが多かった。
０）面３インチウエハー８を用いた。この表面にＧａＡ
ｓバッファー層をＭＢＥ成長させて平坦面を得た後に、
真空中でＳ原子を吸着させ、表面の結合手の終端処理を
施した後に、さらに真空中でＡＦＭ電解蒸発法にて電極
間隔２５ｎｍの２つの金の簾状電極２を、図７に示すよ
うに表面弾性波が［０１１］方向と［０−１ １］方向
とに進むように作成した。さらにこの２つの簾状電極２
から発生する直行する２つの表面弾性波が交差する場所
に、同じくＡＦＭ電解蒸発法で金の周期摂動回路（反射
格子９）を、２つの表面弾性波が互いに相手の発信源の
簾状電極２に向かうように設置した。［０１１］方向の
表面弾性波を発生させる簾状電極２と反射格子９との距
離は表面波の波長５０ｎｍの整数倍の１０２０．５０μ
ｍ、［０ −１ １］方向の表面弾性波を発生させる簾
状電極２と反射格子９との距離も表面波の波長５０ｎｍ
の整数倍の９８５．２５μｍである。次に、ＭＢＥ装置
中で基板温度を４００℃に保持し、かつ４８ＧＨｚの表
面弾性波定在波を２つの簾状電極２で同期させて立てな
がら、まずＧａをＧａＡｓ換算で１．８分子層堆積さ
せ、次に単原子分子換算で３．８×１０18個／ｍ2のＡ
ｓを照射した。その結果、図７に示すように、簾状電極
２の付近では直径約５ｎｍのＧａＡｓの量子ドット１０
ａが、表面弾性波の定在波の半波長２５ｎｍの等間隔で
作成された。そして反射格子９近傍の表面弾性波定在波
が交差して立つところでは、一辺が２５ｎｍの格子文様
状にＧａＡｓの量子ドット１０ｂが作成され、さらに、
格子の交点にある量子ドットは、他の量子ドットよりも
大きかった。作成された量子ドットは結晶軸が［０１
１］方向または［０ −１ １］方向に配向しているも
のが多かった。
【００３８】比較として表面弾性波を立てずに、その他
は同じ条件で試料を作成したところ直径約５０ｎｍのＧ
ａＡｓの微結晶粒が面密度４．７個／μｍ2でランダム
に作成された。従って表面弾性波の使用がＧａＡｓの量
子ドットを等間隔に配置することに効果があることが明
らかになった。
は同じ条件で試料を作成したところ直径約５０ｎｍのＧ
ａＡｓの微結晶粒が面密度４．７個／μｍ2でランダム
に作成された。従って表面弾性波の使用がＧａＡｓの量
子ドットを等間隔に配置することに効果があることが明
らかになった。
【００３９】（実施例５）実施例４と同様の、簾状電極
付きＧａＡｓ（１００）３インチウエハーをＭＢＥ装置
中で４００℃に保持し、かつ４８ＧＨｚの表面弾性波定
在波を２つの簾状電極２で同期させて立てながら、固体
ソースからＧａとＩｎを供給し、ＰＨ3を１．２ｓｃｃ
ｍ流しながら（ＧａＰ）1.5（ＩｎＰ）1.88超格子膜を
３００ｎｍの厚みに成長させた。その結果、［０１１］
方向の表面弾性波を発生させる簾状電極付近で図８に示
すように、Ｉｎリッチ細線１１とＧａリッチ細線１２と
が面内周期２５ｎｍで並ぶような、微結晶細線構造が形
成された。
付きＧａＡｓ（１００）３インチウエハーをＭＢＥ装置
中で４００℃に保持し、かつ４８ＧＨｚの表面弾性波定
在波を２つの簾状電極２で同期させて立てながら、固体
ソースからＧａとＩｎを供給し、ＰＨ3を１．２ｓｃｃ
ｍ流しながら（ＧａＰ）1.5（ＩｎＰ）1.88超格子膜を
３００ｎｍの厚みに成長させた。その結果、［０１１］
方向の表面弾性波を発生させる簾状電極付近で図８に示
すように、Ｉｎリッチ細線１１とＧａリッチ細線１２と
が面内周期２５ｎｍで並ぶような、微結晶細線構造が形
成された。
【００４０】比較のため表面弾性波を立てずに、その他
は同じ条件で試料を作成したところ、図９に示すような
直線性・周期性に劣る微結晶細線構造が形成された。
は同じ条件で試料を作成したところ、図９に示すような
直線性・周期性に劣る微結晶細線構造が形成された。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、微結晶粒または微結晶
細線を意図するデザインで作成することが可能になり、
特に成長方向に対して横方向の構造制御が精密に行なえ
るようになり、加えて大量の微結晶粒または微結晶細線
を均質に作成することができるようになるので、ハイブ
リッドセンサー、ハイブリッド触媒や量子効果を応用す
る光デバイス・電子デバイスを工業的に製造することが
できる。
細線を意図するデザインで作成することが可能になり、
特に成長方向に対して横方向の構造制御が精密に行なえ
るようになり、加えて大量の微結晶粒または微結晶細線
を均質に作成することができるようになるので、ハイブ
リッドセンサー、ハイブリッド触媒や量子効果を応用す
る光デバイス・電子デバイスを工業的に製造することが
できる。
【図１】基板表面の自由エネルギー分布と作成される微
結晶粒との関係を表した図。
結晶粒との関係を表した図。
【図２】基板表面の自由エネルギー分布と作成される微
結晶粒との関係を表した図。
結晶粒との関係を表した図。
【図３】表面弾性波定在波を立てながら作成されたＰｔ
微結晶粒を模式的に表した図。
微結晶粒を模式的に表した図。
【図４】表面弾性波定在波を立てずに作成されたＰｔ微
結晶粒を模式的に表した図。
結晶粒を模式的に表した図。
【図５】表面弾性波定在波を立てながら作成されたＰｔ
微結晶細線を模式的に表した図。
微結晶細線を模式的に表した図。
【図６】表面波が立っているＳｉ単結晶粒表面に作成さ
れたＡｌ微結晶細線を模式的に表した図。
れたＡｌ微結晶細線を模式的に表した図。
【図７】表面弾性波定在波を立てながら作成されたＧａ
Ａｓ量子ドットを模式的に表した図。
Ａｓ量子ドットを模式的に表した図。
【図８】表面弾性波定在波を立てながら作成されたＧａ
Ｐ／ＩｎＰ微結晶細線を模式的に表した図。
Ｐ／ＩｎＰ微結晶細線を模式的に表した図。
【図９】表面弾性波定在波を立てずに作成されたＧａＰ
／ＩｎＰ微結晶細線を模式的に表した図。
／ＩｎＰ微結晶細線を模式的に表した図。
１ ＬｉＮｂＯ3単結晶（基板） ２ 簾状電極 ３ 微結晶粒 ４ 微結晶細線 ５ Ｓｉ単結晶粒 ６ くさび型振動子 ７ 縞状の模様 ８ ＧａＡｓウエハー ９ 反射格子 １０ 量子ドット １１ Ｉｎリッチ細線 １２ Ｇａリッチ細線
Claims (4)
- 【請求項１】 基板表面に表面波を立てながら微結晶粒
または微結晶細線を該基板表面に作成する方法。 - 【請求項２】 基板表面に表面波を立てることで得られ
る該基板表面の表面波のエネルギーの極大点もしくは極
小点に、微結晶粒または微結晶細線を作成する請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】 微結晶粒もしくは微結晶細線の間隔が、
基板表面に印加する表面波の波長と同じか、または波長
の半分の長さであるように配列されていることを特徴と
する微結晶粒または微結晶細線。 - 【請求項４】 基板表面に印加する表面波の定在波文様
に従って配列されている微結晶粒および微結晶細線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1850099A JP2000219600A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 微結晶粒および微結晶細線及びそれらの作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1850099A JP2000219600A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 微結晶粒および微結晶細線及びそれらの作成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000219600A true JP2000219600A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=11973358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1850099A Withdrawn JP2000219600A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 微結晶粒および微結晶細線及びそれらの作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000219600A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003221664A (ja) * | 2001-10-15 | 2003-08-08 | Korea Inst Of Science & Technology | 金属ナノ線の製造方法 |
| JP2006332227A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Yokohama City Univ | 微細構造物作製方法及び装置 |
| WO2010137297A1 (ja) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | 株式会社日立製作所 | レーザー誘起表面ナノ配列構造の作製方法及びそれを用いて作製したデバイス構造 |
| US20110311737A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-22 | Ihi Corporation | Vapor deposition apparatus for minute-structure and method therefor |
| WO2012026359A1 (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-01 | 株式会社日立製作所 | レーザー誘起表面層を有する３次元構造体及びその製造方法 |
| JP2012049186A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Tokyo Electron Ltd | 量子ドット形成方法及びこれを実施するためのプログラムを記憶する記憶媒体並びに基板処理装置 |
-
1999
- 1999-01-27 JP JP1850099A patent/JP2000219600A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
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| JP2012049186A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Tokyo Electron Ltd | 量子ドット形成方法及びこれを実施するためのプログラムを記憶する記憶媒体並びに基板処理装置 |
| WO2012026359A1 (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-01 | 株式会社日立製作所 | レーザー誘起表面層を有する３次元構造体及びその製造方法 |
| JP2012045672A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Hitachi Ltd | レーザー誘起表面層を有する３次元構造体及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
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