JP2001192858A - Method for depositing metallic thin film having microhole - Google Patents

Method for depositing metallic thin film having microhole

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聡 小泉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To deposit a metallic thin film having microholes with a diameter of 1 to 10 μm distributed at intervals of 1 to 10 μm on the surface of a solid without using a shielding mask, mechanical cutting and a lithographic device. SOLUTION: In this method for depositing a metallic thin film having microholes with a diameter of 1 to 10 μm distributed at intervals of 1 to 10 μm, the surface of a solid is deposited with a metallic thin film which is not chemically reacted with the solid surface, successively, the temperature of the metallic thin film is raised to the vicinity of the melting point of the metal, the metallic thin film is thermally flocculated, and a part of the solid surface is exposed. Moreover, it is also possible that, after the deposition of microholes, the synthesis of a solid film having constituting elements same as those of the above solid is executed, by which many solid projections are formed within the microhole regions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、遮蔽マスクや機械
的な切削、リソグラフィ装置を用いることなく固体表面
に、1〜10μm間隔で分布した直径が1〜10μmの
マイクロホールを有している金属薄膜を形成する方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal having micro holes having a diameter of 1 to 10 .mu.m distributed at an interval of 1 to 10 .mu.m on a solid surface without using a shielding mask, mechanical cutting, or a lithography apparatus. The present invention relates to a method for forming a thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】一般に、金属薄膜に穴を形成
する場合、金属薄膜堆積時に固体表面近傍に遮蔽マスク
をおき、その上方から金属源を飛ばす、という方法が採
られる。しかし、この方法では、マスクの設計精度や金
属源のマスク裏側への回り込みにより、直径数μmのマ
イクロホールを形成することは、困難である。
2. Description of the Related Art In general, when forming a hole in a metal thin film, a method is employed in which a shielding mask is placed near the solid surface when depositing the metal thin film, and the metal source is blown from above. However, in this method, it is difficult to form a micro hole having a diameter of several μm due to the mask design accuracy and the metal source wrapping around the back side of the mask.

【0003】機械的な切削では、直径数μmのドリルが
存在しないため、直径数μmのマイクロホールを形成す
ることは困難である。代わりに 放電加工やレーザービ
ーム加工が手法として用いられる。しかし、これらの方
法では、マイクロホールを一つずつ開ける必要があるた
め、多数のマイクロホールを形成するには、繰り返し加
工プロセスが必要となる。また、加工部分が削られると
同時に局所的に熱せられるため、金属薄膜の下の固体表
面もエッチングまたは変質されるという本質的問題を有
している。
In mechanical cutting, since there is no drill having a diameter of several μm, it is difficult to form micro holes having a diameter of several μm. Instead, electrical discharge machining or laser beam machining is used. However, in these methods, since it is necessary to open micro holes one by one, a repeated processing process is required to form a large number of micro holes. Further, since the processed portion is locally heated at the same time as being cut, there is an essential problem that the solid surface under the metal thin film is also etched or deteriorated.

【0004】リソグラフィによりマイクロホールを形成
する場合、金属薄膜の堆積後に、まず、レジストを金属
薄膜上に塗布し、続いて、リソグラフィ装置を用いて露
光を行い、最後にレジストをエッチングするという、3
段階のプロセスで行われる。このプロセスでは、リソグ
ラフィ装置という高額な装置を用意する必要がある。
When microholes are formed by lithography, after depositing a metal thin film, first, a resist is applied on the metal thin film, then exposure is performed using a lithography apparatus, and finally, the resist is etched.
This is done in a staged process. In this process, it is necessary to prepare an expensive apparatus called a lithography apparatus.

【0005】集束イオンビームでマイクロホールを形成
する場合、マイクロホールを一つずつ開ける必要がある
ため、多数のマイクロホールを形成するには、繰り返し
加工プロセスが必要となる。また、加工部分が削られる
と同時に、金属薄膜の下の固体表面もエッチングあるい
は変質されるという本質的問題を有している。さらに、
集束イオンビーム装置という、高額な装置を用意する必
要がある。
[0005] When microholes are formed by a focused ion beam, it is necessary to open the microholes one by one. Therefore, in order to form a large number of microholes, a repetitive processing process is required. In addition, there is an essential problem that the solid surface under the metal thin film is etched or deteriorated at the same time as the processed portion is cut. further,
It is necessary to prepare an expensive device called a focused ion beam device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、固体表面にマ
イクロホールを有する金属薄膜を形成する方法におい
て、固体の表面に、この固体表面と化学反応を起こさな
い金属薄膜を堆積させ、続いて、この金属薄膜を、金属
の融点近傍まで昇温して金属薄膜を熱凝集させることに
より固体表面の一部を露出させることにより、1〜10
μm間隔で分布した直径が1〜10μmのマイクロホー
ルを形成することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for forming a metal thin film having microholes on a solid surface, comprising depositing a metal thin film which does not cause a chemical reaction with the solid surface on the surface of the solid. The metal thin film is heated to a temperature close to the melting point of the metal to thermally aggregate the metal thin film, thereby exposing a part of the solid surface, whereby 1 to 10
It is characterized in that microholes having a diameter of 1 to 10 μm distributed at μm intervals are formed.

【0007】金属薄膜を表面上に堆積させた固体を金属
の融点近傍まで昇温すると、金属薄膜は熱凝集を行い、
その結果、金属薄膜で覆われていた固体表面の一部が露
出することにより、多数の穴が形成される。露出した穴
の領域の大きさは、金属の元素種、固体の構成元素種、
固体表面の終端元素種、加熱温度、加熱雰囲気に大きく
依存する。
When a solid having a metal thin film deposited on its surface is heated to a temperature near the melting point of the metal, the metal thin film thermally aggregates,
As a result, a large number of holes are formed by exposing a part of the solid surface covered with the metal thin film. The size of the exposed hole area depends on the element type of the metal, the constituent element type of the solid,
It largely depends on the type of the termination element on the solid surface, the heating temperature, and the heating atmosphere.

【0008】金属薄膜の昇温をその金属の融点近傍とす
るのは、金属薄膜全体が融解することにより薄膜の形態
を損なうことを抑制するためであり、近傍とは、金属薄
膜の一部のみ融解するが金属全体は薄膜の形態を保持で
きる温度をいう。金属薄膜の形成方法としては、抵抗加
熱法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、CVD
法、電気メッキ法などが挙げられる。金属薄膜の好まし
い厚みは、固体表面から剥離を起こさない厚みで、かつ
(穴の直径)>(金属の膜厚)であればよく、1〜10
μmの直径の穴を作製する場合には、金属薄膜の厚みは
約1μm以下である。固体表面としては、 例えば、ダ
イヤモンド表面などを例示することができ、これらの固
体表面と化学反応を起こさない金属として、金を例示す
ることができる。
The reason why the temperature of the metal thin film is raised near the melting point of the metal is to prevent the melting of the entire metal thin film and to impair the morphology of the thin film. It is the temperature at which the metal melts but the shape of the entire metal can be maintained. As a method of forming a metal thin film, resistance heating, electron beam evaporation, sputtering, CVD
And an electroplating method. The preferred thickness of the metal thin film is a thickness that does not cause peeling from the solid surface and (hole diameter)> (metal film thickness).
When forming a hole having a diameter of μm, the thickness of the metal thin film is about 1 μm or less. Examples of the solid surface include, for example, a diamond surface, and a metal that does not cause a chemical reaction with these solid surfaces can be, for example, gold.

【0009】さらに、本発明は、上記のマイクロホール
を利用した電子放出素子の形成方法に関し、固体がダイ
ヤモンド、ZnSe、GaN、BN、CN、BCN、AlN、その他バン
ドギャップが4eV以上である物質の単結晶または多結晶
基板であり、該基板表面に請求項1記載の方法でマイク
ロホールを有する金属薄膜を形成した後、該基板表面に
基板と同じ構成元素を持つ単結晶または多結晶の堆積を
行い、その後マイクロホールを有する金属薄膜をエッチ
ングすることにより、単結晶または多結晶基板の表面上
に基板と同じ構成元素を持つ単結晶または多結晶の多数
の突起を形成することを特徴とする電子放出素子の形成
方法である。
Further, the present invention relates to a method for forming an electron-emitting device using the above-mentioned microholes, wherein the solid is diamond, ZnSe, GaN, BN, CN, BCN, AlN or any other substance having a band gap of 4 eV or more. After forming a metal thin film having microholes on the surface of the substrate by the method according to claim 1, depositing a single crystal or polycrystal having the same constituent elements as the substrate on the surface of the substrate. Electron, characterized by forming a large number of single-crystal or polycrystalline projections having the same constituent elements as the substrate on the surface of the single-crystal or polycrystalline substrate by etching the metal thin film having microholes. This is a method for forming an emission element.

【0010】上記の方法において、該基板表面に基板と
同じ構成元素を持つ単結晶または多結晶の堆積を行うと
は、例えば、ダイヤモンド基板に対しては、ダイヤモン
ド単結晶、ダイヤモンド多結晶、ダイヤモンド状炭素、
カーボンナノチューブ層、またはグラファイト層を堆積
することをいう。マイクロホールを金属に作製させるこ
とにより、固体表面における選択成長を行うことができ
る。例えば、ダイヤモンド基板上にマイクロホールを作
製し、続いてダイヤモンド薄膜の合成を行うと、ダイヤ
モンド基板が露出している領域でのみ成長が起こる。成
長後に金属を薬液でエッチングすると、ダイヤモンドの
突起を多数有するダイヤモンド基板が形成される。この
突起部を有するダイヤモンドは、電子放出素子に応用す
ることが可能である。
[0010] In the above method, depositing a single crystal or polycrystal having the same constituent elements as the substrate on the surface of the substrate means, for example, for a diamond substrate, a diamond single crystal, a diamond polycrystal, or a diamond-like crystal. carbon,
This refers to depositing a carbon nanotube layer or a graphite layer. By forming microholes in a metal, selective growth on a solid surface can be performed. For example, when a microhole is formed on a diamond substrate and then a diamond thin film is synthesized, growth occurs only in a region where the diamond substrate is exposed. When the metal is etched with a chemical after growth, a diamond substrate having a large number of diamond protrusions is formed. The diamond having the projection can be applied to an electron-emitting device.

【0011】また、ダイヤモンド単結晶基板上にマイク
ロホールを有する金属膜を形成させ、続いて、ラテラル
成長、すなわち、ダイヤモンドの面に対して垂直方向へ
のダイヤモンド成長が主となる成長条件でダイヤモンド
薄膜を堆積させることにより、埋め込み金属薄膜を有す
るダイヤモンド単結晶を形成することができる。
Further, a metal film having microholes is formed on a diamond single crystal substrate, and subsequently, a diamond thin film is grown under a growth condition in which lateral growth, ie, growth of diamond in a direction perpendicular to the diamond surface, is mainly performed. Is deposited, a diamond single crystal having a buried metal thin film can be formed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は、上記のとおり、固体表
面に金属薄膜を堆積させ、続いて、この固体を昇温する
ことにより、マイクロホールを有する金属薄膜を固体表
面上に形成する方法を提供するものである。図1は、マ
イクロホールを有する金属薄膜を固体表面上に形成する
過程を示す模式図である。(a)は、金属薄膜の堆積前、
(b)は、金属薄膜の堆積後、(c)は、加熱処理後を示して
いる。マイクロホールの形成の過程は、まず、固体1の
表面上(図1a)に金属薄膜2を堆積させる(図1
b)。次に加熱処理を行うことにより金属薄膜2が熱凝
集することによって一部の領域で固体1表面が露出し、
マイクロホール3が形成される(図1c)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described above, the present invention provides a method for forming a metal thin film having microholes on a solid surface by depositing a metal thin film on a solid surface and then heating the solid. Is provided. FIG. 1 is a schematic diagram showing a process of forming a metal thin film having micro holes on a solid surface. (a) before the deposition of the metal thin film,
(b) shows the state after the deposition of the metal thin film, and (c) shows the state after the heat treatment. In the process of forming microholes, first, a metal thin film 2 is deposited on the surface of the solid 1 (FIG. 1a) (FIG. 1).
b). Next, by performing heat treatment, the metal thin film 2 thermally aggregates, so that the surface of the solid 1 is exposed in a part of the region,
Micro holes 3 are formed (FIG. 1c).

【0013】マイクロホールの形成技術に用いる金属の
元素種、固体の構成元素種、固体表面の終端元素種、加
熱温度、加熱雰囲気には特に制限はない。金属には、反
応性の低い金属である金を、固体には、構造的に対照性
が良いダイヤモンド構造を持つ結晶において、最も反応
性の低いダイヤモンド単結晶を、固体表面の終端元素種
には、結合手を1本しか持たないため、結合状態が理想
的である水素を、加熱温度は金の融点より少し低い90
0℃を、加熱雰囲気には、終端原子の脱離を抑制するた
めに、終端原子と同じ水素を使用することが、最も典型
的な例として以下に示される。
There are no particular restrictions on the metal element species, solid constituent element species, solid surface termination element species, heating temperature, and heating atmosphere used in the microhole formation technology. For the metal, gold, which is a metal with low reactivity, is used for the solid.For the solid, the single crystal with the lowest reactivity, which is a crystal having a diamond structure with good structural contrast, is used as the terminal element species on the surface of the solid. Since only one bond is provided, hydrogen whose bonding state is ideal is heated at a heating temperature slightly lower than the melting point of gold.
The most typical example of the heating atmosphere at 0 ° C. is to use the same hydrogen as the terminating atom in order to suppress the desorption of the terminating atom.

【0014】実施例1 高圧合成{100}ダイヤモンド基板上において、電子
ビーム蒸着装置により膜厚が100nmの金を堆積さ
せ、続いて、水素雰囲気中において900℃に保持する
ことにより、2〜10μm間隔で分布した直径が2〜5
μmのマイクロホールを有している金薄膜を形成した。
図2の光学顕微鏡写真に示すように、金薄膜に2〜10
μm間隔の直径が2〜5μmのマイクロホール(黒い斑
点)が形成された。
Example 1 On a high-pressure synthesized {100} diamond substrate, gold having a film thickness of 100 nm was deposited by an electron beam evaporation apparatus, and then kept at 900 ° C. in a hydrogen atmosphere to thereby obtain an interval of 2 to 10 μm. 2-5 distributed diameter
A gold thin film having μm microholes was formed.
As shown in the optical micrograph of FIG.
Microholes (black spots) having a diameter of 2 to 5 μm at μm intervals were formed.

【0015】比較例1 高圧合成{100}ダイヤモンド基板上において、電子
ビーム蒸着装置により膜厚が100nmのチタンを堆積
させ、続いて、水素雰囲気中において900℃に保持し
た場合、チタンとダイヤモンドの界面で化学反応を起こ
し、マイクロホールが形成されなかった。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Titanium having a thickness of 100 nm was deposited on a high-pressure synthetic {100} diamond substrate by an electron beam evaporation apparatus and subsequently kept at 900 ° C. in a hydrogen atmosphere. Caused a chemical reaction, and no microhole was formed.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、本発明によ
って、固体表面に形成された金属薄膜に対して、専用の
リソグラフィ装置を使用することなく、1〜10μm間
隔で分布した直径が1〜10μmのマイクロホールを形
成することができる。
As described above in detail, according to the present invention, a metal thin film formed on a solid surface has a diameter of 1 to 10 μm distributed at an interval of 1 to 10 μm without using a dedicated lithography apparatus. Micro holes can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、マイクロホールを有する金属層を固体
表面上に形成する過程を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a process of forming a metal layer having micro holes on a solid surface.

【図2】図2は、実施例1によって得られた金属薄膜の
表面の図面代用光学顕微鏡写真である。
FIG. 2 is an optical microscope photograph as a drawing of the surface of the metal thin film obtained in Example 1.

フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA04 BA05 BA34 BB02 BB03 BB08 BB09 BD00 GA00 GA01 4K030 BA01 BA28 BB02 BB03 BB13 CA01 DA08 DA09 LA11 4K044 AA06 AA11 AA13 BA08 BA18 BB08 BC14 CA13 CA14 CA18 CA67 Continued on the front page F term (reference) 4K029 AA04 BA05 BA34 BB02 BB03 BB08 BB09 BD00 GA00 GA01 4K030 BA01 BA28 BB02 BB03 BB13 CA01 DA08 DA09 LA11 4K044 AA06 AA11 AA13 BA08 BA18 BB08 BC14 CA13 CA14 CA18 CA67

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体の表面上に、この固体表面と化学反
応を起こさない金属薄膜を堆積させ、続いて、この金属
薄膜を、金属の融点近傍まで昇温して金属薄膜を熱凝集
させることにより固体表面の一部を露出させることを特
徴とする1〜10μm間隔で分布した直径が1〜10μ
mのマイクロホールを有している金属薄膜の形成方法。
1. Depositing a metal thin film that does not cause a chemical reaction with the solid surface on the surface of the solid, and subsequently heating the metal thin film to near the melting point of the metal to thermally aggregate the metal thin film. Characterized in that a part of the solid surface is exposed by the method, wherein diameters distributed at an interval of 1 to 10 μm are 1 to 10 μm.
A method for forming a metal thin film having m microholes.
【請求項2】 固体がダイヤモンド、ZnSe、GaN、BN、C
N、BCN、AlN、その他バンドギャップが4eV以上である物
質の単結晶または多結晶基板であり、該基板表面に請求
項1記載の方法でマイクロホール有する金属薄膜を形成
した後、該基板表面に基板と同じ構成元素を持つ単結晶
または多結晶の堆積を行い、その後マイクロホール有す
る金属薄膜をエッチングすることにより、単結晶または
多結晶基板の表面上に基板と同じ構成元素を持つ単結晶
または多結晶の多数の突起を形成することを特徴とする
電子放出素子の形成方法。
2. The solid is diamond, ZnSe, GaN, BN, C
A monocrystalline or polycrystalline substrate of N, BCN, AlN, or another substance having a band gap of 4 eV or more, and after forming a metal thin film having microholes on the surface of the substrate by the method according to claim 1, the substrate By depositing a single crystal or polycrystal having the same constituent elements as the substrate, and then etching the metal thin film having micro holes, a single crystal or polycrystal having the same constituent elements as the substrate is formed on the surface of the single crystal or polycrystal substrate. A method for forming an electron-emitting device, comprising forming a large number of projections of a crystal.
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