JP2004188395A - 流体制御装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超微細な細孔、とくに平均直径が１０ｎｍ以下（好ましくは３ｎｍ以下）の細孔を有し、且つフラックス量のとれる流体制御装置を提供する。
【解決手段】流体制御装置は、細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、ＡｌＳｉ混合膜から得られた微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とを有する構成であって、細孔１３と微細孔１４との少なくとも一部が互いに接合されている。この流体制御装置の作製方法は、少なくともアルミニウムとＡｌＳｉ混合膜を有する膜から、アルミニウム部分は陽極酸化法によって細孔膜である陽極酸化アルミナ皮膜１１を形成し、ＡｌＳｉ混合膜から陽極酸化法もしくはエッチング法によりシリコンを主体とした微細孔膜であるシリコン系微細孔皮膜１２を形成する。シリコン系微細孔膜１２には、アモルファスシリコンと酸化シリコンがあり、その細孔径は１０ｎｍ以下である。この流体制御装置は、液体や気体を透過されて用いるフィルターや限外濾過膜に使用可能である。
【選択図】 図１
【解決手段】流体制御装置は、細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、ＡｌＳｉ混合膜から得られた微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とを有する構成であって、細孔１３と微細孔１４との少なくとも一部が互いに接合されている。この流体制御装置の作製方法は、少なくともアルミニウムとＡｌＳｉ混合膜を有する膜から、アルミニウム部分は陽極酸化法によって細孔膜である陽極酸化アルミナ皮膜１１を形成し、ＡｌＳｉ混合膜から陽極酸化法もしくはエッチング法によりシリコンを主体とした微細孔膜であるシリコン系微細孔皮膜１２を形成する。シリコン系微細孔膜１２には、アモルファスシリコンと酸化シリコンがあり、その細孔径は１０ｎｍ以下である。この流体制御装置は、液体や気体を透過されて用いるフィルターや限外濾過膜に使用可能である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体制御装置及びその製造方法に係り、特にガスや液体のフィルターや流量制御装置、分離装置に利用可能な流体制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体制御装置の例として、濾過膜が挙げられる。この濾過膜には、セルロース系、ポリスルフォン系、ポリオレフィン系などの高分子材料からなる有機濾過膜が一般的に用いられている。また、無機材料系の濾過膜としては、バイコールガラス、カーボン管、シリカ系セラミックス、陽極酸化アルミナ膜などの多孔質材料が用いられている。また限外濾過膜としても上記有機材料系の膜が使用されている。
【０００３】
上記の濾過膜は、主に数ｎｍから数１０ｎｍの微細孔を持つ半透膜であり、膜の表裏すなわち流路の上流側と下流側の圧力差を駆動力として作用するものである。
【０００４】
ここでは、本発明と関連が深い陽極酸化アルミナ膜についてさらに詳しく説明する。
【０００５】
陽極酸化アルミナ膜は、多孔質な膜であり、細孔が膜表面に膜面から垂直方向に成長している（たとえば非特許文献１等参照）。この多孔質酸化皮膜の特徴は、直径（2r）が数ｎｍ〜数１００ｎｍの極めて微細な細孔が、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの間隔（２Ｒ）でほぼ平行に配列するという特異的な幾何学的構造を有することにある。この細孔は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。また、この細孔の直径２ｒおよび間隔２Ｒは、陽極酸化の際の電流、電圧を調整することによりある程度の制御が可能である。
【０００６】
このアルミニウムの陽極酸化膜を濾過膜などに利用するには、陽極酸化膜をアルミニウムから剥離する必用がある。
【０００７】
特許文献１には、金属アルミニウムもしくはアルミニウム合金を陽極酸化して多孔質皮膜を形成した後、多孔質部分以外の金属をエッチングにより除去する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、溶液によるエッチング除去ではなく、電解エッチングによるピットを用いて陽極酸化皮膜を担持される手法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献３には、陽極酸化の条件を途中で変えることにより、径の太い細孔と細い細孔を連結した皮膜の製造方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献４には、珪素が添加されたアルミニウム合金の陽極酸化皮膜を用いた流体制御装置について開示されている。珪素が添加されたアルミニウム合金としてはADC12やAC4C、A4000系の材料が利用されるが、これらの材料は珪素が不均一に分散されており、陽極酸化を阻害する要因になっていた。
【００１１】
【特許文献１】
特公平４−１２１６９号公報
【特許文献２】
特公平７―１１２５３１号公報
【特許文献３】
特開平２−２１８４２２号公報
【特許文献４】
特開２０００−１２０８６８号公報
【非特許文献１】
R.C.Furneaux, W.R.Rigby & A.P.Davidson, NATURE Vol.337 P147(1989)
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記流体制御装置、特に有機系濾過膜には薬品耐性が悪い、耐熱性が無いなどの問題点があった。 また無機材料系、特にセラミックス系の膜は成型が困難であるなどの問題点があった。
【００１３】
陽極酸化アルミナ膜は、無機材料系であり、強アルカリ以外のアルカリ水溶液や酸性溶液、及び有機溶剤には耐性が強い。また、皮膜として形成されるのである程度形状が制御可能であるが、アルミナ皮膜を剥離する工程においてエッチングを施すので、細孔が１０ｎｍ以上になりやすい欠点があった。
【００１４】
また、フィルターとしては細孔径とともにフラックス（単位面積当たりの流量）も重要な要因である。すなわち、細孔が小さくなっても、細孔の厚みが大きくなってもフラックスはそれに比例して低下してしまう。フラックスが大きく且つ細孔径を小さくするには細孔径が小さい膜の厚みを薄くする必要があるが、この様な膜を作製することは困難であった。
【００１５】
また、１０ｎｍ以下の細孔径を均一に制御することは非常に困難であった。
【００１６】
本発明の目的は、これらの問題点を解決することにあり、無機材料系で１０ｎｍ以下の細孔を有する膜を安定に制御良く作製することにある。また、実用上１０ｎｍ以下の細孔を有する膜を厚く形成してもフラックスが低下する可能性が高いので、この様に微細孔膜を薄く作製した場合にも安定に使用できるような担持膜を形成することも本発明の目的である。
【００１７】
また、本発明の目的は、微細孔膜を作製する製法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の以下の構成および製法により解決できる。
【００１９】
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、シリコンを主体とし且つ前記細孔よりも径の小さい微細孔を有する膜とを有し、前記細孔と前記微細孔との少なくとも一部が制御すべき流体の流路に沿って互いに連結されていることを特徴とする。
【００２０】
前記細孔の平均直径が５ｎｍ以上であること、前記微細孔の平均直径が１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
前記細孔の平均直径が８ｎｍ以上であり、且つ前記微細孔の平均直径が７ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜がアモルファスシリコンを主体とした材料から構成されていることが望ましい。
【００２３】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が酸化シリコンを主体とした材料から構成されていることが望ましい。
【００２４】
前記微細孔の平均直径が３ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が平均直径１０ｎｍ以下のアルミニウムを主体とするシリンダーを有するＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合体から前記アルミニウムを主体とするシリンダーを除去することにより得られた膜であることが望ましい。
【００２６】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が直接、もしくは膜厚１０ｎｍ以下の接合層を介して接合されていることが望ましい。
【００２７】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔の直径が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜と接合する側において、直接接合されていない側の直径より小さいことが望ましい。
【００２８】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜より膜厚が大きいことが望ましい。
【００２９】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜の厚みが１μｍ以上であり、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜の厚みが０．５μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が前記流体制御装置の上流部に配置され、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が前記流体制御装置の下流部に配置されていることが望ましい。
【００３１】
本発明に係る流体制御装置の製造方法は、少なくともアルミニウムを主成分とする層と平均直径が１０ｎｍ以下であるアルミニウムを主成分とするシリンダーが形成されたＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合膜とを形成し、その後前記アルミニウムを主成分とする層に陽極酸化により細孔を形成する工程と、前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜からアルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程とを有することを特徴とする。
【００３２】
前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜はスパッタリングにより成膜することが望ましい。
【００３３】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が化学エッチングによる工程であることが望ましい。
【００３４】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程の後に、前記アルミニウムを主成分とするシリンダーが除去された層を酸化して微細孔を有する酸化シリコン膜にする工程を有することが望ましい。
【００３５】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程であってもよい。
【００３６】
前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程が硫酸溶液中で行なう工程であり、且つ前記アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化を硫酸、もしくは蓚酸、もしくは燐酸を含有する溶液中で行う工程であってもよい。
【００３７】
前記全工程の終了後に１００℃以上の温度でアニールする工程を有することが望ましい。
【００３８】
以下、本発明の特徴を説明する。
【００３９】
以下の説明では、その記載を簡単にするため、アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜を「陽極酸化アルミナ皮膜」、シリコンを主体とした微細孔を有する膜を「シリコン系微細孔皮膜」と記載することにする。
【００４０】
本発明の流体制御装置は、陽極酸化アルミナ皮膜と、本発明者らが鋭意発明した「ＡｌＳｉナノ混合膜（ＡｌＳｉ混合膜）」を細孔膜にし、各細孔を効果的に連結させることにある。
【００４１】
ここで、本発明者らが発明した「ＡｌＳｉ混合膜」について説明する。
【００４２】
このＡｌＳｉ混合膜は、ＡｌとＳｉを含み構成される膜状の構造体であって、該Ａｌを含み構成される柱状の部材（以下、「シリンダー」と呼ぶ）が、該Ｓｉを含み構成される領域に取り囲まれており、且つ該構造体には該Ｓｉが、該ＡｌとＳｉの全量に対して２０atomic％以上７０atomic％以下の割合で含まれているものである。
【００４３】
上記割合は、構造体を構成するＡｌとＳｉの全量に対するＳｉの割合のことであり、好ましくは２５atomic％以上６５atomic％以下、より好ましくは３０atomic％以上６０atomic％以下である。
【００４４】
なお、実質的に柱状形状が実現していればよく、例えば前記シリンダーの成分としてＳｉが含まれていてもよいし、前記領域にＡｌが含まれていてもよい。また、上記シリンダーやその周囲の領域に酸素、アルゴン、窒素、水素などが少量含まれていてもよい。
【００４５】
上記割合は、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法で定量分析することにより得られる。atomic％を単位として用いているが、wt％を単位として用いる場合には、２０atomic％以上７０Atomic％以下とは、２０．６５wt％以上７０．８４wt％以下となる（Ａｌの原子量を２６．９８２、Ｓｉの原子量を２８．０８６として換算している）。
【００４６】
前記シリンダーを取り囲む領域は、非晶質であることが望ましいがこれに限定されるものではない。
【００４７】
前記シリンダーの平面形状としては円形あるいは楕円形状である。
【００４８】
前記構造体には、Ｓｉを含み構成されるマトリックス中に複数のシリンダーが分散していることになる。シリンダーの径（平面形状が円の場合は直径）は、主として前記構造体の組成（即ち、前記第２の材料の割合）に応じて制御可能であるが、その平均径は、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。ここで平均径とは、例えば、実際のＳＥＭ写真（約１００ｎｍ×７０ｎｍの範囲）で観察される柱状の部分を、その写真から直接、あるいはコンピュータで画像処理して、導出される値である。平均径の下限としては１ｎｍ以上、あるいは数ｎｍ以上であることが実用的な下限値である。
【００４９】
また、複数のシリンダー間の中心間距離２Ｒは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、更に好ましくは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。勿論、中心間距離の下限として上記２Ｒは柱状構造体どうしが接触しない間隔は最低限備えている必要がある。
【００５０】
前記膜状の構造体において、前記シリンダーは膜の面内方向に対して略垂直になるようにＳｉを含み構成されるマトリックス中に分散していることになる。この膜状の構造体の膜厚としては、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲で適用できる。プロセス時間等を考慮してより現実的な膜厚としては、１ｎｍ〜１μｍ程度である。特に３００ｎｍ以上の膜厚でも柱状構造が維持されていることが好ましい。
【００５１】
前記膜状の構造体は、非平衡状態で成膜する方法を利用して作製することができる。当該成膜方法としては、スパッタリング法が好ましいが、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、イオンプレーティング法をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。スパッタリング法で行う場合には、マグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリング、ＥＣＲスパッタリング、ＤＣスパッタリング法を用いることができる。スパッタリング法で行う場合は、通常アルゴンガス雰囲気中で反応装置内の圧力を０．２Ｐａから１Ｐａ程度にして成膜を行う。スパッタリングの際には、ターゲット原料として前記第１の材料と第２の材料をそれぞれ別途用意しても良いが、予め所望の割合で第１の材料と第２の材料が焼成されたターゲット材料を用いてもよい。
【００５２】
基板上に形成される前記構造体は、基板温度を２０℃以上３００℃以下、好ましくは２０℃以上２００℃以下で形成されることが好ましい。
【００５３】
前記膜状の構造体から前記シリンダーを除去（ウェットエッチングあるいはドライエッチングなど）することにより複数の柱状の孔を有する多孔体が形成される。
【００５４】
すなわち、この多孔体の製造方法は、ＡｌとＳｉを含み構成される膜状の構造体であって、該Ａｌを含み構成されるシリンダーが、該Ｓｉを含み構成される領域に取り囲まれており、且つ該構造体には該Ｓｉが、該ＡｌとＳｉの全量に対して２０atomic％以上７０atomic％以下の割合で含まれている該構造体を用意する工程、及び該構造体から該シリンダーを除去する工程を有することを特徴とするものである。
【００５５】
上記エッチングには、上記シリンダーを選択的に除去できればよく、エッチング液としては例えば、燐酸、硫酸、塩酸、硝酸などの酸やアルカリが好適である。当該除去により形成される多孔質体の孔は、互いに連結せず独立していることが好適である。なお、除去工程として陽極酸化処理を行なってもよい。
【００５６】
本発明の「シリコンを主体とした微細孔を有する膜（シリコン系微細孔皮膜）」は、上記構造体である「ＡｌＳｉ混合膜」から得られる上記多孔体に相当するものである。
【００５７】
従来の陽極酸化アルミナ皮膜では、１０ｎｍ以下の細孔を有する流体制御装置を作製することは困難であったが、前述の「ＡｌＳｉナノ混合膜」から１０ｎｍ以下、更には５ｎｍ以下の超微細孔を有する膜を形成することが可能になり、これらを上手く接合させることにより超微細な細孔膜を薄くしてフラックスを確保した状態の流体制御装置を得ることが可能となった。
【００５８】
また、本発明の流体制御装置は、無機材料から形成されている為に耐薬品性が非常に優れていることが挙げられる。またアルミナはもちろん、シリコンもしくはシリコン酸化物も耐熱性が高く、高温の使用条件にも耐えられる流体制御装置を提供可能となる。
【００５９】
本発明の流体制御装置では、フィルターは勿論各種濾過器や流量制御装置などに用いることが可能であり、その応用範囲を著しく広げる作用を有する。
また、本発明に係る装置は、アルミナを含み構成され、第1の孔径を有する第1の多孔質体、及びシリコンあるいは酸化シリコンを含み構成され、該第１の孔径よりも小さい第２の孔径を有する第２の多孔質体を備えていることを特徴とする。ここでいう装置とは、フィルターや流体制御装置などであり、流体が当該多孔質体を通過するような装置を全て含むものである。なお、シリコンに代えて、ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混合体、あるいは当該混合体の酸化物を用いてもよい。
【００６０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明に係る流体制御装置及びその製造方法の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
（流体制御装置の構成）
本実施形態の流体制御装置を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本実施形態の流体制御装置の構成を示す概念図である。
【００６１】
図１（ａ）は、本実施形態の流体制御装置の最も簡単な構成を示す断面図を示す。図１（ａ）において、１１は陽極酸化アルミナ皮膜、１２はシリコン系微細孔皮膜、１３は陽極酸化アルミナ皮膜にある細孔、１４はシリコン系微細孔皮膜にある微細孔であり、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２とが積層膜を形成し、これにより細孔１３と微細孔１４が互いに連結されている。
【００６２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１中の細孔１３の径がシリコン系微細孔皮膜１２へ接続する部分で小さくなっている場合の断面図を示す。
【００６３】
図２（ａ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１を挟む両側のそれぞれにシリコン系微細孔皮膜１２、１２を配置した場合の断面図を示す。
【００６４】
図２（ｂ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成（細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される）で、シリコン系微細孔皮膜１２を挟む両側のそれぞれに陽極酸化アルミナ皮膜１１、１１を配置した場合の断面図を示す。
【００６５】
図３は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２との接合部分に、接合強度を増すために接合層３１を挿入した場合の断面図を示す。
【００６６】
図１〜図３において、陽極酸化アルミナ皮膜１１は、アルミニウムと酸素を主成分とし、多数の円柱状の細孔１３を有し、その細孔１３は、皮膜表面にほぼ垂直に配置され、それぞれの細孔１３は概ね互いに平行かつ等間隔に配置されている。また、各細孔１３の直径２ｒは、数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度、隣接する細孔１３の中心間の間隔２Ｒは、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度である。ここで細孔１３の直径２ｒは、最も小さい場合でも１０ｎｍ弱であり、おおよそ８〜９ｎｍ程度である。陽極酸化アルミナ皮膜１１に形成されている細孔１３の直径２ｒは、シリコン系微細孔皮膜１２に接続される側でより小さいことが好ましく、フラックスを考慮するとシリコン系微細孔皮膜１２に接続される側以外の部分では、細孔１３の直径２ｒが大きいことが好ましい。
【００６７】
また、シリコン系微細孔皮膜１２は、アモルファスシリコンもしくは酸化シリコンを主成分とする微細孔１４を有する皮膜であり、陽極酸化アルミナ皮膜１１と同様にその膜面に垂直方向にほぼ等間隔でほぼ同じ直径の微細孔１４が形成されている。ただし、アモルファスシリコンの場合には微細孔１４の直径は約３〜１０ｎｍ程度であり、酸化シリコンの場合には約１〜８ｎｍ程度である。このシリコン系微細孔皮膜１２には若干のアルミニウムが含まれる場合がある。
【００６８】
陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２は、図１、図２に示したように直接接合されていても良いし、また他の細孔を有する膜を挿入しても構わない。もしくは図３に示したように、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２との接合部分に、接合強度を増すために接合層３１を挿入しても構わない。また、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２は、図１、図３に示したように１層づつで構成する必要は無く、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、各々の皮膜（層）１１、１２がそれぞれ複数枚存在していても構わない。なお、上記シリコンに代えて、ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混合体、あるいは当該混合体の酸化物を用いてもよい。
（流体制御装置（ナノ構造体）の製法）
図１に示す本実施形態の基本的な流体制御装置の作製方法について、図４、図５、及び図６を用いて以下に説明する。本作製方法は、「基体の準備工程」、「アルミニウム部分の細孔形成工程（陽極酸化アルミナ皮膜１１の細孔１３を得る工程）」、及び「ＡｌＳｉ部分の細孔形成工程（シリコン系微細孔皮膜１２の微細孔１４を得る工程）」を有する。以下、各工程を説明する。
【００６９】
１）基体の準備工程
図４（ａ）において、まず、基体の準備工程として、その基体を成すアルミニウム４２の板、もしくは箔を十分表面が平坦になるように研磨する。この研磨工程は、機械的な研磨工程でも構わないし、溶液によるエッチング工程でも構わない。電解エッチング工程では、アルミニウム表面に若干のうねりが発生する場合があるが、使用上問題にならなければ構わない。このときのアルミニウム４２の厚みに特に限定は無いが、取り扱いを考慮すると１０μｍ以上あることが好ましい。陽極酸化後アルミニウム部分の溶解除去工程を行わない場合には、アルミニウム４２の厚みは５００μｍ以下であることが好ましい。また、微小な流体制御装置や、他の支持材を用いる場合などはアルミニウムの膜でも使用可能である。このときアルミニウムの成膜にはスパッタリング法や抵抗加熱蒸着法など一般的な成膜方法が利用可能である。
【００７０】
図４（ａ）に示すように、この平坦なアルミニウム４２の表面上にＡｌＳｉ混合膜４１を成膜する。この成膜工程は、非平衡過程を経由する工程が好ましく、例えばスパッタリング法が好ましい。この場合、ＡｌＳｉの混合比はＡｌ1-xＳｉxと表した場合、０．２≦ｘ≦０．７が必要であり、より好ましくは０．３≦ｘ≦０．５が好ましい。このとき若干の不純物が入っていても構わない。この様な条件でＡｌＳｉ混合膜４１を成膜すると、その膜４１中にその膜面に垂直方向にアルミニウムを主体とした微細なシリンダー（柱状の部材）が無数に発生する。このシリンダーの直径は約２〜１０ｎｍであり、隣接するシリンダー間の中心距離の間隔は５〜１５ｎｍ程度となる。シリンダー以外の部分はＡｌを若干含んだアモルファス状のシリコンからなっている。このＡｌＳｉ混合膜４１の厚みは特に制限は無いが１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ以下では作製工程中や使用中に破壊の可能性があり、１μｍ以上ではフラックスが十分得られなくなる可能性がある。
【００７１】
２）アルミニウム部分の細孔形成工程
図４（ｃ）に示すように、アルミニウム４２部分の細孔形成には陽極酸化工程を用いる。もちろん陽極酸化工程に電解エッチングピット形成工程などを追加しても構わないが、ここでは最も基本的な工程を図６を用いて説明する。
【００７２】
図６は本工程に用いる陽極酸化装置の一例を示す概略図である。図６中、６０は恒温槽であり、６１は反応容器、６２はＰｔ板などの対向電極、６３は電解液、６４は試料、６５は陽極酸化電圧を印加する電源、６６は陽極酸化電流を測定する電流計、６７は試料ホルダーである。図では省略してあるが、このほか電圧、電流を自動制御、測定するコンピュータなどが組み込まれている。
【００７３】
試料６４および対向電極６２は、恒温水槽６０により温度を一定に保たれた電解液６３中に配置され、電源６５より試料、対向電極６２間に電圧を印加することで陽極酸化が行われる。ここで、６７は不必要な部分に電圧が印加されない様にする為のホルダーである。
【００７４】
陽極酸化に用いる電解液６３は、たとえば、シュウ酸、リン酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる。特に好ましい溶液は低電圧（〜３０Ｖ程度）は硫酸、高電圧（６０Ｖ〜）はリン酸、その間の電圧ではシュウ酸の溶液が好ましい。陽極酸化の電圧と細孔の間隔には概ね下記の相関関係がある。
【００７５】
細孔の間隔（ｎｍ）＝２．５×陽極酸化電圧（Ｖ）
アルミニウムの陽極酸化は必ずしも定電圧で行う必要性は無い。定電流制御で行ったり、陽極酸化の途中で電圧や電流を故意に変化させる場合もある。
【００７６】
陽極酸化直後の細孔の直径は、陽極酸化に用いる電解液の濃度と温度、及び、陽極酸化電圧印加方法、電圧値などに依存するが、その後のポアワイド処理によりかなり任意に広げることが可能である。このエッチングにはリン酸やアルカリ水溶液などが利用可能である。
【００７７】
また、陽極酸化アルミナ皮膜の厚さは、陽極酸化の時間や用いるアルミニウム箔やアルミニウム膜の厚みで制御可能であり、たとえば１０ｎｍ〜５００μｍの厚みである。
【００７８】
３）ＡｌＳｉ部分の細孔形成工程
図４（ｂ）に示すように、微細孔を有するシリコン系微細孔皮膜４３は、前述の図４（ａ）に示すＡｌＳｉ混合膜４１から得られるが、このＡｌＳｉ混合膜４１から微細孔を得るにはいくつかの手法がある。
【００７９】
Ａ）アモルファスシリコン系の微細孔膜を得る工程
Ａｌシリンダーがアモルファスシリコンのマトリックス中に分散されている膜からＡｌシリンダーをエッチング除去することによりアモルファスシリコンからなる微細孔皮膜を得ることができる。このエッチング工程にはアルミニウムを選択的に溶解させる溶液に浸すことにより達成される。例えばリン酸などの酸性水溶液を用いることが可能である。またアルカリ溶液（ＫＯＨ溶液など）に浸すことでも達成可能である。また、このエッチング処理では同時に微細孔径を広げることができる。
【００８０】
Ｂ）酸化シリコン系の微細孔膜を得る工程
上記に説明したアモルファスシリコンの微細孔皮膜を熱酸化、もしくは陽極酸化のような化学的酸化を施すことにより酸化シリコンを主体とした微細孔皮膜を形成することができる。また、ＡｌＳｉ混合膜４１を直接陽極酸化しても酸化シリコンを主体とした微細孔皮膜を形成することができる。このとき、陽極酸化は硫酸で行うことが好ましく、陽極酸化電圧も３Ｖ以下で行うことが好ましい。この酸化工程において、細孔径は縮小する傾向があり、アモルファスシリコン細孔径より数割小さくなる。
【００８１】
上記シリコン系の微細孔膜を得る工程と陽極酸化アルミナ皮膜を得る工程の順序は、積層膜の構成に依存する。図４に示すように、ＡｌＳｉ混合膜４１がアルミニウム４２上に形成されている場合（図４（ａ）参照）には、ＡｌＳｉ混合膜４１に細孔を形成し（図４（ｂ）参照）、その後でアルミニウム４２の陽極酸化工程（図４（ｃ）参照）を行う。
【００８２】
また、図５に示すようにＡｌＳｉ混合膜５１上にアルミニウム膜５２を形成した場合（図５（ａ）参照）には、そのアルミニウム膜５２の陽極酸化により陽極酸化アルミナ皮膜５４を得る工程（図５（ｂ）参照）を行い、その後でシリコン系微細孔膜５３を得る工程（図５（ｃ）参照）を行い、下地からシリコン系微細孔膜５３を剥がす工程（図５（ｄ）参照）を行う。
【００８３】
４）その他の工程
上記の工程後に、アニール処理を行うことも有効である。すなわち上記の陽極酸化工程直後では、得られた膜には水分や酸などの成分が残留している場合があるからである。アニールは場合にもよるが約１０００℃まで可能であり、１００℃以上のアニールで膜に残存する水分を除去できることや、更に高い温度のアニールで陽極酸化膜の結晶性を高めることができる。これにより耐薬品性や耐熱温度も向上させることができる。上記のアニール処理空気や酸素中でのアニールも可能である。ただし、アモルファスシリコンの微細孔膜を得たい場合には不活性ガス中、還元雰囲気中、真空中などのアニール処理が好ましい。
【００８４】
また、上記剥離工程には溶液エッチングや機械的な剥離工程を用いることが可能である。
【００８５】
また、図３に示すように、陽極酸化アルミナ皮膜とシリコン系皮膜の間に非常に薄い接合膜３１を形成しておくことも有効である。この材料としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどを主成分とした膜が有効であり、その膜厚は０．５〜１０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００８６】
本実施形態によれば、１０ｎｍ以下はもちろん５ｎｍ以下の細孔径を制御性良く作製することができ、且つ流体制御装置としての耐久性や扱い易さを得ることができる。このような微細な細孔を用いると、特に微細な物質を濾過したり、流速を制御することが可能となる。例えばＤＮＡの直径は約２ｎｍであるが、このような細い物質であっても分離などできるようになる。
【００８７】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明を説明する。
（実施例１：第１の材料Ａｌ、第２の材料Ｓｉ）
本実施例では、シリコン系微細孔皮膜として、シリコンに周囲を囲まれたアルミニウム構造体部分が円柱状構造であり、その径２ｒが３ｎｍであり、間隔２Ｒが７ｎｍ、長さＬが２００ｎｍであるアルミニウム細線について示す。
【００８８】
まず、アルミニウム細線の作製方法を説明する。
【００８９】
ガラス基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して５５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成する。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を８枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９０】
なお、ここではターゲットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチップを８枚置いたものを用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定されるものではなく、スパッタ条件により変化し、アルミニウムシリコン混合膜の組成が約５５ａｔｏｍｉｃ％近辺になれば良い。また、ターゲットはアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限定したものではなく、シリコンターゲット上にアルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミニウムの粉末を焼結したターゲットを用いても良い。
【００９１】
次に、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約５５ａｔｏｍｉｃ％であった。なお、ここでは測定の都合上、基板として、カーボン基板上に堆積したアルミニウムシリコン混合膜を用いた。
【００９２】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した。基板真上方向から見た表面の形状は、シリコンに囲まれた円形のアルミニウムナノ構造体が二次元的に配列していた。アルミニウムナノ構造体部分の孔径は３ｎｍであり、その平均中心間間隔は７ｎｍであった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、高さは２００ｎｍであり、それぞれのアルミニウムナノ構造体部分はお互いに独立していた。
【００９３】
また、Ｘ線回折法でこの試料を観察した所、結晶性を示すシリコンのピークは確認できず、シリコンは非晶質であった。
【００９４】
従って、シリコンに周囲を囲まれた間隔２Ｒが７ｎｍ、径２ｒが３ｎｍ、高さＬが２００ｎｍのアルミニウム細線を含んだアルミニウムシリコンナノ構造体を作製することができた。
【００９５】
（比較例）
上記実施例の比較試料Ａとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して１５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を２枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９６】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ａを観察した。基板真上方向から見た表面の形状は、アルミニウム部分は円形状にはなっておらず、縄状になっていた。即ち、アルミニウムの柱状構造体がシリコン領域内に均質に分散した微細構造体となっていなかった。さらに、その大きさは１０ｎｍを遥かに超えていた。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、アルミニウム部分の幅は１５ｎｍを超えていた。なお、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約１５ａｔｏｍｉｃ％であった。
【００９７】
さらに、比較試料Ｂとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して７５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を１４枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９８】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ｂを観察した。基板真上方向から見た試料表面には、アルミニウム部分を観察することができなかった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察しても、明確にアルミニウム部分を観察することができなかった。なお、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約７５ａｔｏｍｉｃ％であった。
【００９９】
また、比較試料Ａを作製した場合と、シリコンチップの枚数の条件のみを変え、アルミニウムシリコン混合体の全量に対するシリコンの割合が、２０ａｔｏｍｉｃ％、３５ａｔｏｍｉｃ％、５０ａｔｏｍｉｃ％、６０ａｔｏｍｉｃ％、７０ａｔｏｍｉｃ％である試料を作製した。アルミニウムの柱状構造体がシリコン領域内に均質に分散した微細構造体となっている場合を○、なっていない場合を×としたものを以下に示す。
【０１００】
【表１】
このように、アルミニウムとシリコンの全量に対するシリコン含有量を、２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下に調整することで、作製されたアルミニウムナノ構造体の孔径の制御が可能であり、また、直線性に優れたアルミニウム細線の作製が可能になる。なお、構造の確認には、ＳＥＭの他にもＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）等を利用するのがよい。なお、上記含有量に関しては上記シリコンに代えてゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物を用いても同様であった。
【０１０１】
さらに、比較試料Ｃとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して５５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を８枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は２５０℃とした。
【０１０２】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ｃを観察した。基板真上方向から見た試料表面には、アルミニウムとシリコンの明瞭な境界を確認することができなかった。つまり、アルミニウムナノ構造体を確認することができなかった。即ち、基板温度が高すぎると、より安定な状態に変化してしまうため、このようなアルミニウムナノ構造体を形成する膜成長ができていないと思われる。
【０１０３】
なお、柱状の部材が分散した構造体を得る為に、ターゲットの組成をＡｌ：Ｓｉ＝５５：４５などに設定することも好ましい形態である。
（実施例２）
本実施例は、図４に示す工程に従い、図６に示す陽極酸化装置を用いて流体制御装置を作製した場合の実施例を説明する。
【０１０４】
工程ａ）：積層膜の形成（図４（ａ）参照）
まず、十分平坦なアルミニウム箔４２の上にＡｌＳｉ混合膜４１を３００ｎｍ成膜する。このときＡｌＳｉ混合膜４１はＡｌ1-xＳｉxの組成においてｘ＝０．１〜０．８の膜を０．１刻みで８種類作製した。
【０１０５】
工程ｂ)：ＡｌＳｉ層の細孔形成（図４（ｂ）参照）
図６に示す陽極酸化装置を用い陽極酸化処理を施した。
【０１０６】
本工程においては、電解液として３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を２０℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ２Ｖであり、電極は均一に陽極酸化が進行するようにアルミニウム箔側からとった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がＡｌＳｉ混合層４１表面から進行しアルミニウム層まで到達したことを示す電流を検知するため、陽極酸化電流をモニターした。
【０１０７】
陽極酸化処理後、純水による洗浄を行った。
【０１０８】
工程ｃ)：アルミニウム箔の細孔形成（図４（ｃ）参照）
上記工程ｂ）と同様に図６に示す陽極酸化装置を用い陽極酸化処理を施した。
【０１０９】
本工程においては、電解液として０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を１７℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ４０Ｖであり、電極は均一に陽極酸化が進行するようにアルミニウム４２側からとった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がアルミニウム箔表面からどの程度陽極酸化が進行したか検知するために、陽極酸化電流を検知してその陽極酸化電流積算量をモニターした。そしてアルミニウム４２がほとんど陽極酸化された時点で陽極酸化を終了した。
【０１１０】
工程ｄ）：エッチング処理（図４（ｄ）参照）
陽極酸化処理後、リン酸に浸すことにより陽極酸化アルミナ細孔の径の拡大、および残ったアルミニウムをエッチング除去した。
【０１１１】
（試験結果）
取り出した試料の表面、断面をＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission - Scanning Electron Microscope : 電界放出走査型電子顕微鏡）にて観察した。その結果、Ａｌ1-xＳｉxの組成においてｘ＝０．２〜０．７の試料においては、図４に示すようにＡｌＳｉ混合層４１は、２〜８ｎｍの細孔を有した酸化された状態でシリコン系微細孔皮膜４３として残っていたが、ｘ＝０．８の試料においては、微細孔の形成状態が不十分であった。また、ｘ＝０．１の試料においては、微細孔の径が大きくなり過ぎており不適当であった。また、陽極酸化アルミナ皮膜４４は、細孔直径約７０ｎｍ、細孔間隔約１００ｎｍのポーラス皮膜になっていた。シリコン系微細孔皮膜４３、陽極酸化アルミナ皮膜４４のどちらにおいても細孔は膜面に垂直方向に形成されていた。
【０１１２】
剥離した積層膜が流体制御装置として機能するかどうか、作製した流体制御装置を図７に示す装置にそのフィルターとして取り付けて試験した。図７において、７１が作製した流体制御装置であり、７２が上流側流路、７３が下流側流路、７４が流入孔、７５が流出孔である。
【０１１３】
図７に示す装置において、流入孔７４から上流側流路７２へ約１０ｎｍの微粒子を分散させた水溶液を流し込み、フィルターとしての流体制御装置７１を介して下流側流路７３と通って流出孔７５から出てきた溶液を検査したところ、微粒子が取り除かれていることが確認された。
【０１１４】
このことから、本実施例の流体制御装置がフィルターとして機能していることが分かった。また、フィルターとしての分離性、フラックスの特性では、特にＸ＝０．３〜０．５のＡｌＳｉ混合膜を用いた流体制御装置が優れていることが確認された。
（実施例３）
本実施例では、実施例２と同様にして積層膜を用意した。ただし、ＡｌＳｉ層にはＡｌ1-xＳｉxの組成においてＸ＝０．４の試料を用い、ＡｌＳｉ層の膜厚は１００ｎｍとした。
【０１１５】
実施例２では、ＡｌＳｉ層の細孔形成工程（工程（ｂ））に陽極酸化を用いたが、本実施例においては、リン酸水溶液に浸す工程を用いた。リン酸５質量％水溶液に２時間浸すことによりＡｌＳｉ層のＡｌシリンダー部分が溶解し、ＡｌＳｉ層はアモルファスシリコンの微細孔膜となった。その後、アルミニウム箔を実施例１と同様に陽極酸化して、流体制御装置を作製した。
【０１１６】
得られた流体制御装置を実施例２と同様な機能試験を行ったところ、ほぼ同じ結果が得られた。
【０１１７】
従って、実施例によれば、上記流体制御装置で用いるシリコン系微細孔皮膜は、酸化シリコンでもアモルファスシリコンでも機能することが分かった。
（実施例４）
本実施例では、図５に示す工程に従い流体制御装置を作製した場合の実施例を説明する。
【０１１８】
工程ａ）：積層膜の形成（図５（ａ）参照）
まず、Ｓｉ基板上にＡｌＳｉ混合膜５１をＡｌ1-xＳｉxの組成においてＸ＝０．４の膜を形成した。その上にアルミニウム膜５２を１０μｍ積んだものと、Ｔｉを２ｎｍ成膜した後アルミニウム膜５２を１０μｍ積んだものを用意した。
【０１１９】
工程ｂ)：アルミニウム膜の細孔形成（図５（ｂ）参照）
実施例２と同様に図６の陽極酸化装置を用いて陽極酸化処理を施した。
【０１２０】
本工程においては、電解液として０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を１７℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ４０Ｖであった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がアルミニウム膜５２表面からどの程度陽極酸化が進行したかを検知するため、陽極酸化電流を検知してその陽極酸化電流積算量をモニターした。そしてアルミニウム膜５２が約９割方陽極酸化された時点で、陽極酸化の浴を０．３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液に変えて、電圧を２０Ｖに落として残りのアルミニウム膜５２を陽極酸化した。
【０１２１】
工程ｃ)：ＡｌＳｉ混合層の細孔形成（図５（ｃ）参照）
続いて、電解液として３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液を使用し、ＤＣ２ＶでＡｌＳｉ混合層５１の陽極酸化を行なった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がＳｉ基板まで到達したことを示す電流を検知するため、陽極酸化電流をモニターした。陽極酸化の終了は電流が十分減少した時点で行った。
【０１２２】
陽極酸化処理後、純水よる洗浄を行った。
【０１２３】
工程ｄ）：エッチング処理（図５（ｄ）参照）
陽極酸化処理後、リン酸に浸すことにより陽極酸化アルミナ細孔の径の拡大、および得られたＳｉ系微細孔膜のＳｉ基板からの剥離を行なった。
【０１２４】
（試験結果）
取り出した試料の表面、断面をＦＥ−ＳＥＭで観察した。その結果図１に示すようにＡｌＳｉ混合層５１は２〜８ｎｍの細孔を有した酸化された状態でシリコン系微細孔皮膜５５として残っており、陽極酸化アルミナ皮膜５４は上部約９割が細孔直径約７０ｎｍ、細孔間隔約１００ｎｍのポーラス皮膜になっており、シリコン系微細孔皮膜５５と接合される近辺で細孔直径約２０ｎｍ、細孔間隔約５０ｎｍのポーラス皮膜になっていた。シリコン系微細孔皮膜５５、陽極酸化アルミナ皮膜５４のどちらにおいても細孔は膜面に垂直方向に形成されていた。
【０１２５】
剥離した積層膜が流体制御装置として機能するかどうか、作製した流体制御装置を前述の図７に示す装置にそのフィルターとして取り付けて試験した。
【０１２６】
その結果、本実施例の流体制御装置は、前述の実施例２と同様に、フィルターとして機能していることが分かった。また、ＡｌＳｉ混合膜とアルミニウム膜の間にＴｉを挟んだ試料の方が流体制御装置としての機械的特性が優れていることが確認された。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超微細な細孔（例えば、平均直径が1１０ｎｍ以下の微細孔）を有し、且つフラックス量のとれる流体制御装置を提供できる。これによれば、１）アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜（陽極酸化アルミナ皮膜）と組み合わせることによって支持性の優れた流体制御装置を提供でき、２）シリコンを主体とした微細孔を有する膜（シリコン系微細孔膜）と組み合わせることによって細孔径数ｎｍの垂直貫通性に優れた流体制御装置を提供できるといった効果がある。本発明によれば、フィルターはもちろんのこと、限外濾過装置などをさまざまな形態で応用することができ、その応用範囲を著しく広げることが可能な流体制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置の製造方法を成す各工程を示す概念図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置の製造方法を成す各工程を示す概念図である。
【図６】実施例の流体制御装置の製造工程で用いる陽極酸化装置を示す概略図である。
【図７】実施例の流体制御装置をフィルターとして用いた装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１１ 陽極酸化アルミナ皮膜
１２ シリコン系微細孔皮膜
１３ 細孔
１４ 微細孔
３１ 接合層
４１ ＡｌＳｉ混合膜
４２ アルミニウム（アルミニウム箔）
４３ シリコン系微細孔皮膜
４４ 陽極酸化アルミナ皮膜
５１ ＡｌＳｉ混合膜
５２ アルミニウム膜
５３ 基板
５４ 陽極酸化アルミナ皮膜
５５ シリコン系微細孔皮膜
６０ 恒温槽
６１ 反応容器
６２ 対向電極
６３ 電解液
６４ 試料
６５ 電源
６６ 電流計
６７ 試料ホルダー
７１ 流体制御装置
７２ 上流側流路
７３ 下流側流路
７４ 流入孔
７５ 流出孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体制御装置及びその製造方法に係り、特にガスや液体のフィルターや流量制御装置、分離装置に利用可能な流体制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体制御装置の例として、濾過膜が挙げられる。この濾過膜には、セルロース系、ポリスルフォン系、ポリオレフィン系などの高分子材料からなる有機濾過膜が一般的に用いられている。また、無機材料系の濾過膜としては、バイコールガラス、カーボン管、シリカ系セラミックス、陽極酸化アルミナ膜などの多孔質材料が用いられている。また限外濾過膜としても上記有機材料系の膜が使用されている。
【０００３】
上記の濾過膜は、主に数ｎｍから数１０ｎｍの微細孔を持つ半透膜であり、膜の表裏すなわち流路の上流側と下流側の圧力差を駆動力として作用するものである。
【０００４】
ここでは、本発明と関連が深い陽極酸化アルミナ膜についてさらに詳しく説明する。
【０００５】
陽極酸化アルミナ膜は、多孔質な膜であり、細孔が膜表面に膜面から垂直方向に成長している（たとえば非特許文献１等参照）。この多孔質酸化皮膜の特徴は、直径（2r）が数ｎｍ〜数１００ｎｍの極めて微細な細孔が、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの間隔（２Ｒ）でほぼ平行に配列するという特異的な幾何学的構造を有することにある。この細孔は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。また、この細孔の直径２ｒおよび間隔２Ｒは、陽極酸化の際の電流、電圧を調整することによりある程度の制御が可能である。
【０００６】
このアルミニウムの陽極酸化膜を濾過膜などに利用するには、陽極酸化膜をアルミニウムから剥離する必用がある。
【０００７】
特許文献１には、金属アルミニウムもしくはアルミニウム合金を陽極酸化して多孔質皮膜を形成した後、多孔質部分以外の金属をエッチングにより除去する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、溶液によるエッチング除去ではなく、電解エッチングによるピットを用いて陽極酸化皮膜を担持される手法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献３には、陽極酸化の条件を途中で変えることにより、径の太い細孔と細い細孔を連結した皮膜の製造方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献４には、珪素が添加されたアルミニウム合金の陽極酸化皮膜を用いた流体制御装置について開示されている。珪素が添加されたアルミニウム合金としてはADC12やAC4C、A4000系の材料が利用されるが、これらの材料は珪素が不均一に分散されており、陽極酸化を阻害する要因になっていた。
【００１１】
【特許文献１】
特公平４−１２１６９号公報
【特許文献２】
特公平７―１１２５３１号公報
【特許文献３】
特開平２−２１８４２２号公報
【特許文献４】
特開２０００−１２０８６８号公報
【非特許文献１】
R.C.Furneaux, W.R.Rigby & A.P.Davidson, NATURE Vol.337 P147(1989)
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記流体制御装置、特に有機系濾過膜には薬品耐性が悪い、耐熱性が無いなどの問題点があった。 また無機材料系、特にセラミックス系の膜は成型が困難であるなどの問題点があった。
【００１３】
陽極酸化アルミナ膜は、無機材料系であり、強アルカリ以外のアルカリ水溶液や酸性溶液、及び有機溶剤には耐性が強い。また、皮膜として形成されるのである程度形状が制御可能であるが、アルミナ皮膜を剥離する工程においてエッチングを施すので、細孔が１０ｎｍ以上になりやすい欠点があった。
【００１４】
また、フィルターとしては細孔径とともにフラックス（単位面積当たりの流量）も重要な要因である。すなわち、細孔が小さくなっても、細孔の厚みが大きくなってもフラックスはそれに比例して低下してしまう。フラックスが大きく且つ細孔径を小さくするには細孔径が小さい膜の厚みを薄くする必要があるが、この様な膜を作製することは困難であった。
【００１５】
また、１０ｎｍ以下の細孔径を均一に制御することは非常に困難であった。
【００１６】
本発明の目的は、これらの問題点を解決することにあり、無機材料系で１０ｎｍ以下の細孔を有する膜を安定に制御良く作製することにある。また、実用上１０ｎｍ以下の細孔を有する膜を厚く形成してもフラックスが低下する可能性が高いので、この様に微細孔膜を薄く作製した場合にも安定に使用できるような担持膜を形成することも本発明の目的である。
【００１７】
また、本発明の目的は、微細孔膜を作製する製法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の以下の構成および製法により解決できる。
【００１９】
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、シリコンを主体とし且つ前記細孔よりも径の小さい微細孔を有する膜とを有し、前記細孔と前記微細孔との少なくとも一部が制御すべき流体の流路に沿って互いに連結されていることを特徴とする。
【００２０】
前記細孔の平均直径が５ｎｍ以上であること、前記微細孔の平均直径が１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
前記細孔の平均直径が８ｎｍ以上であり、且つ前記微細孔の平均直径が７ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜がアモルファスシリコンを主体とした材料から構成されていることが望ましい。
【００２３】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が酸化シリコンを主体とした材料から構成されていることが望ましい。
【００２４】
前記微細孔の平均直径が３ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が平均直径１０ｎｍ以下のアルミニウムを主体とするシリンダーを有するＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合体から前記アルミニウムを主体とするシリンダーを除去することにより得られた膜であることが望ましい。
【００２６】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が直接、もしくは膜厚１０ｎｍ以下の接合層を介して接合されていることが望ましい。
【００２７】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔の直径が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜と接合する側において、直接接合されていない側の直径より小さいことが望ましい。
【００２８】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜より膜厚が大きいことが望ましい。
【００２９】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜の厚みが１μｍ以上であり、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜の厚みが０．５μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が前記流体制御装置の上流部に配置され、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が前記流体制御装置の下流部に配置されていることが望ましい。
【００３１】
本発明に係る流体制御装置の製造方法は、少なくともアルミニウムを主成分とする層と平均直径が１０ｎｍ以下であるアルミニウムを主成分とするシリンダーが形成されたＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合膜とを形成し、その後前記アルミニウムを主成分とする層に陽極酸化により細孔を形成する工程と、前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜からアルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程とを有することを特徴とする。
【００３２】
前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜はスパッタリングにより成膜することが望ましい。
【００３３】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が化学エッチングによる工程であることが望ましい。
【００３４】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程の後に、前記アルミニウムを主成分とするシリンダーが除去された層を酸化して微細孔を有する酸化シリコン膜にする工程を有することが望ましい。
【００３５】
前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程であってもよい。
【００３６】
前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程が硫酸溶液中で行なう工程であり、且つ前記アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化を硫酸、もしくは蓚酸、もしくは燐酸を含有する溶液中で行う工程であってもよい。
【００３７】
前記全工程の終了後に１００℃以上の温度でアニールする工程を有することが望ましい。
【００３８】
以下、本発明の特徴を説明する。
【００３９】
以下の説明では、その記載を簡単にするため、アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜を「陽極酸化アルミナ皮膜」、シリコンを主体とした微細孔を有する膜を「シリコン系微細孔皮膜」と記載することにする。
【００４０】
本発明の流体制御装置は、陽極酸化アルミナ皮膜と、本発明者らが鋭意発明した「ＡｌＳｉナノ混合膜（ＡｌＳｉ混合膜）」を細孔膜にし、各細孔を効果的に連結させることにある。
【００４１】
ここで、本発明者らが発明した「ＡｌＳｉ混合膜」について説明する。
【００４２】
このＡｌＳｉ混合膜は、ＡｌとＳｉを含み構成される膜状の構造体であって、該Ａｌを含み構成される柱状の部材（以下、「シリンダー」と呼ぶ）が、該Ｓｉを含み構成される領域に取り囲まれており、且つ該構造体には該Ｓｉが、該ＡｌとＳｉの全量に対して２０atomic％以上７０atomic％以下の割合で含まれているものである。
【００４３】
上記割合は、構造体を構成するＡｌとＳｉの全量に対するＳｉの割合のことであり、好ましくは２５atomic％以上６５atomic％以下、より好ましくは３０atomic％以上６０atomic％以下である。
【００４４】
なお、実質的に柱状形状が実現していればよく、例えば前記シリンダーの成分としてＳｉが含まれていてもよいし、前記領域にＡｌが含まれていてもよい。また、上記シリンダーやその周囲の領域に酸素、アルゴン、窒素、水素などが少量含まれていてもよい。
【００４５】
上記割合は、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法で定量分析することにより得られる。atomic％を単位として用いているが、wt％を単位として用いる場合には、２０atomic％以上７０Atomic％以下とは、２０．６５wt％以上７０．８４wt％以下となる（Ａｌの原子量を２６．９８２、Ｓｉの原子量を２８．０８６として換算している）。
【００４６】
前記シリンダーを取り囲む領域は、非晶質であることが望ましいがこれに限定されるものではない。
【００４７】
前記シリンダーの平面形状としては円形あるいは楕円形状である。
【００４８】
前記構造体には、Ｓｉを含み構成されるマトリックス中に複数のシリンダーが分散していることになる。シリンダーの径（平面形状が円の場合は直径）は、主として前記構造体の組成（即ち、前記第２の材料の割合）に応じて制御可能であるが、その平均径は、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。ここで平均径とは、例えば、実際のＳＥＭ写真（約１００ｎｍ×７０ｎｍの範囲）で観察される柱状の部分を、その写真から直接、あるいはコンピュータで画像処理して、導出される値である。平均径の下限としては１ｎｍ以上、あるいは数ｎｍ以上であることが実用的な下限値である。
【００４９】
また、複数のシリンダー間の中心間距離２Ｒは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、更に好ましくは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。勿論、中心間距離の下限として上記２Ｒは柱状構造体どうしが接触しない間隔は最低限備えている必要がある。
【００５０】
前記膜状の構造体において、前記シリンダーは膜の面内方向に対して略垂直になるようにＳｉを含み構成されるマトリックス中に分散していることになる。この膜状の構造体の膜厚としては、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲で適用できる。プロセス時間等を考慮してより現実的な膜厚としては、１ｎｍ〜１μｍ程度である。特に３００ｎｍ以上の膜厚でも柱状構造が維持されていることが好ましい。
【００５１】
前記膜状の構造体は、非平衡状態で成膜する方法を利用して作製することができる。当該成膜方法としては、スパッタリング法が好ましいが、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、イオンプレーティング法をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。スパッタリング法で行う場合には、マグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリング、ＥＣＲスパッタリング、ＤＣスパッタリング法を用いることができる。スパッタリング法で行う場合は、通常アルゴンガス雰囲気中で反応装置内の圧力を０．２Ｐａから１Ｐａ程度にして成膜を行う。スパッタリングの際には、ターゲット原料として前記第１の材料と第２の材料をそれぞれ別途用意しても良いが、予め所望の割合で第１の材料と第２の材料が焼成されたターゲット材料を用いてもよい。
【００５２】
基板上に形成される前記構造体は、基板温度を２０℃以上３００℃以下、好ましくは２０℃以上２００℃以下で形成されることが好ましい。
【００５３】
前記膜状の構造体から前記シリンダーを除去（ウェットエッチングあるいはドライエッチングなど）することにより複数の柱状の孔を有する多孔体が形成される。
【００５４】
すなわち、この多孔体の製造方法は、ＡｌとＳｉを含み構成される膜状の構造体であって、該Ａｌを含み構成されるシリンダーが、該Ｓｉを含み構成される領域に取り囲まれており、且つ該構造体には該Ｓｉが、該ＡｌとＳｉの全量に対して２０atomic％以上７０atomic％以下の割合で含まれている該構造体を用意する工程、及び該構造体から該シリンダーを除去する工程を有することを特徴とするものである。
【００５５】
上記エッチングには、上記シリンダーを選択的に除去できればよく、エッチング液としては例えば、燐酸、硫酸、塩酸、硝酸などの酸やアルカリが好適である。当該除去により形成される多孔質体の孔は、互いに連結せず独立していることが好適である。なお、除去工程として陽極酸化処理を行なってもよい。
【００５６】
本発明の「シリコンを主体とした微細孔を有する膜（シリコン系微細孔皮膜）」は、上記構造体である「ＡｌＳｉ混合膜」から得られる上記多孔体に相当するものである。
【００５７】
従来の陽極酸化アルミナ皮膜では、１０ｎｍ以下の細孔を有する流体制御装置を作製することは困難であったが、前述の「ＡｌＳｉナノ混合膜」から１０ｎｍ以下、更には５ｎｍ以下の超微細孔を有する膜を形成することが可能になり、これらを上手く接合させることにより超微細な細孔膜を薄くしてフラックスを確保した状態の流体制御装置を得ることが可能となった。
【００５８】
また、本発明の流体制御装置は、無機材料から形成されている為に耐薬品性が非常に優れていることが挙げられる。またアルミナはもちろん、シリコンもしくはシリコン酸化物も耐熱性が高く、高温の使用条件にも耐えられる流体制御装置を提供可能となる。
【００５９】
本発明の流体制御装置では、フィルターは勿論各種濾過器や流量制御装置などに用いることが可能であり、その応用範囲を著しく広げる作用を有する。
また、本発明に係る装置は、アルミナを含み構成され、第1の孔径を有する第1の多孔質体、及びシリコンあるいは酸化シリコンを含み構成され、該第１の孔径よりも小さい第２の孔径を有する第２の多孔質体を備えていることを特徴とする。ここでいう装置とは、フィルターや流体制御装置などであり、流体が当該多孔質体を通過するような装置を全て含むものである。なお、シリコンに代えて、ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混合体、あるいは当該混合体の酸化物を用いてもよい。
【００６０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明に係る流体制御装置及びその製造方法の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
（流体制御装置の構成）
本実施形態の流体制御装置を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本実施形態の流体制御装置の構成を示す概念図である。
【００６１】
図１（ａ）は、本実施形態の流体制御装置の最も簡単な構成を示す断面図を示す。図１（ａ）において、１１は陽極酸化アルミナ皮膜、１２はシリコン系微細孔皮膜、１３は陽極酸化アルミナ皮膜にある細孔、１４はシリコン系微細孔皮膜にある微細孔であり、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２とが積層膜を形成し、これにより細孔１３と微細孔１４が互いに連結されている。
【００６２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１中の細孔１３の径がシリコン系微細孔皮膜１２へ接続する部分で小さくなっている場合の断面図を示す。
【００６３】
図２（ａ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１を挟む両側のそれぞれにシリコン系微細孔皮膜１２、１２を配置した場合の断面図を示す。
【００６４】
図２（ｂ）は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成（細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される）で、シリコン系微細孔皮膜１２を挟む両側のそれぞれに陽極酸化アルミナ皮膜１１、１１を配置した場合の断面図を示す。
【００６５】
図３は、図１（ａ）に示す流体制御装置と同様の構成、すなわち細孔１３を有する陽極酸化アルミナ皮膜１１と、微細孔１４を有するシリコン系微細孔皮膜１２とから構成される流体制御装置で、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２との接合部分に、接合強度を増すために接合層３１を挿入した場合の断面図を示す。
【００６６】
図１〜図３において、陽極酸化アルミナ皮膜１１は、アルミニウムと酸素を主成分とし、多数の円柱状の細孔１３を有し、その細孔１３は、皮膜表面にほぼ垂直に配置され、それぞれの細孔１３は概ね互いに平行かつ等間隔に配置されている。また、各細孔１３の直径２ｒは、数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度、隣接する細孔１３の中心間の間隔２Ｒは、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度である。ここで細孔１３の直径２ｒは、最も小さい場合でも１０ｎｍ弱であり、おおよそ８〜９ｎｍ程度である。陽極酸化アルミナ皮膜１１に形成されている細孔１３の直径２ｒは、シリコン系微細孔皮膜１２に接続される側でより小さいことが好ましく、フラックスを考慮するとシリコン系微細孔皮膜１２に接続される側以外の部分では、細孔１３の直径２ｒが大きいことが好ましい。
【００６７】
また、シリコン系微細孔皮膜１２は、アモルファスシリコンもしくは酸化シリコンを主成分とする微細孔１４を有する皮膜であり、陽極酸化アルミナ皮膜１１と同様にその膜面に垂直方向にほぼ等間隔でほぼ同じ直径の微細孔１４が形成されている。ただし、アモルファスシリコンの場合には微細孔１４の直径は約３〜１０ｎｍ程度であり、酸化シリコンの場合には約１〜８ｎｍ程度である。このシリコン系微細孔皮膜１２には若干のアルミニウムが含まれる場合がある。
【００６８】
陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２は、図１、図２に示したように直接接合されていても良いし、また他の細孔を有する膜を挿入しても構わない。もしくは図３に示したように、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２との接合部分に、接合強度を増すために接合層３１を挿入しても構わない。また、陽極酸化アルミナ皮膜１１とシリコン系微細孔皮膜１２は、図１、図３に示したように１層づつで構成する必要は無く、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、各々の皮膜（層）１１、１２がそれぞれ複数枚存在していても構わない。なお、上記シリコンに代えて、ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの混合体、あるいは当該混合体の酸化物を用いてもよい。
（流体制御装置（ナノ構造体）の製法）
図１に示す本実施形態の基本的な流体制御装置の作製方法について、図４、図５、及び図６を用いて以下に説明する。本作製方法は、「基体の準備工程」、「アルミニウム部分の細孔形成工程（陽極酸化アルミナ皮膜１１の細孔１３を得る工程）」、及び「ＡｌＳｉ部分の細孔形成工程（シリコン系微細孔皮膜１２の微細孔１４を得る工程）」を有する。以下、各工程を説明する。
【００６９】
１）基体の準備工程
図４（ａ）において、まず、基体の準備工程として、その基体を成すアルミニウム４２の板、もしくは箔を十分表面が平坦になるように研磨する。この研磨工程は、機械的な研磨工程でも構わないし、溶液によるエッチング工程でも構わない。電解エッチング工程では、アルミニウム表面に若干のうねりが発生する場合があるが、使用上問題にならなければ構わない。このときのアルミニウム４２の厚みに特に限定は無いが、取り扱いを考慮すると１０μｍ以上あることが好ましい。陽極酸化後アルミニウム部分の溶解除去工程を行わない場合には、アルミニウム４２の厚みは５００μｍ以下であることが好ましい。また、微小な流体制御装置や、他の支持材を用いる場合などはアルミニウムの膜でも使用可能である。このときアルミニウムの成膜にはスパッタリング法や抵抗加熱蒸着法など一般的な成膜方法が利用可能である。
【００７０】
図４（ａ）に示すように、この平坦なアルミニウム４２の表面上にＡｌＳｉ混合膜４１を成膜する。この成膜工程は、非平衡過程を経由する工程が好ましく、例えばスパッタリング法が好ましい。この場合、ＡｌＳｉの混合比はＡｌ1-xＳｉxと表した場合、０．２≦ｘ≦０．７が必要であり、より好ましくは０．３≦ｘ≦０．５が好ましい。このとき若干の不純物が入っていても構わない。この様な条件でＡｌＳｉ混合膜４１を成膜すると、その膜４１中にその膜面に垂直方向にアルミニウムを主体とした微細なシリンダー（柱状の部材）が無数に発生する。このシリンダーの直径は約２〜１０ｎｍであり、隣接するシリンダー間の中心距離の間隔は５〜１５ｎｍ程度となる。シリンダー以外の部分はＡｌを若干含んだアモルファス状のシリコンからなっている。このＡｌＳｉ混合膜４１の厚みは特に制限は無いが１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ以下では作製工程中や使用中に破壊の可能性があり、１μｍ以上ではフラックスが十分得られなくなる可能性がある。
【００７１】
２）アルミニウム部分の細孔形成工程
図４（ｃ）に示すように、アルミニウム４２部分の細孔形成には陽極酸化工程を用いる。もちろん陽極酸化工程に電解エッチングピット形成工程などを追加しても構わないが、ここでは最も基本的な工程を図６を用いて説明する。
【００７２】
図６は本工程に用いる陽極酸化装置の一例を示す概略図である。図６中、６０は恒温槽であり、６１は反応容器、６２はＰｔ板などの対向電極、６３は電解液、６４は試料、６５は陽極酸化電圧を印加する電源、６６は陽極酸化電流を測定する電流計、６７は試料ホルダーである。図では省略してあるが、このほか電圧、電流を自動制御、測定するコンピュータなどが組み込まれている。
【００７３】
試料６４および対向電極６２は、恒温水槽６０により温度を一定に保たれた電解液６３中に配置され、電源６５より試料、対向電極６２間に電圧を印加することで陽極酸化が行われる。ここで、６７は不必要な部分に電圧が印加されない様にする為のホルダーである。
【００７４】
陽極酸化に用いる電解液６３は、たとえば、シュウ酸、リン酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる。特に好ましい溶液は低電圧（〜３０Ｖ程度）は硫酸、高電圧（６０Ｖ〜）はリン酸、その間の電圧ではシュウ酸の溶液が好ましい。陽極酸化の電圧と細孔の間隔には概ね下記の相関関係がある。
【００７５】
細孔の間隔（ｎｍ）＝２．５×陽極酸化電圧（Ｖ）
アルミニウムの陽極酸化は必ずしも定電圧で行う必要性は無い。定電流制御で行ったり、陽極酸化の途中で電圧や電流を故意に変化させる場合もある。
【００７６】
陽極酸化直後の細孔の直径は、陽極酸化に用いる電解液の濃度と温度、及び、陽極酸化電圧印加方法、電圧値などに依存するが、その後のポアワイド処理によりかなり任意に広げることが可能である。このエッチングにはリン酸やアルカリ水溶液などが利用可能である。
【００７７】
また、陽極酸化アルミナ皮膜の厚さは、陽極酸化の時間や用いるアルミニウム箔やアルミニウム膜の厚みで制御可能であり、たとえば１０ｎｍ〜５００μｍの厚みである。
【００７８】
３）ＡｌＳｉ部分の細孔形成工程
図４（ｂ）に示すように、微細孔を有するシリコン系微細孔皮膜４３は、前述の図４（ａ）に示すＡｌＳｉ混合膜４１から得られるが、このＡｌＳｉ混合膜４１から微細孔を得るにはいくつかの手法がある。
【００７９】
Ａ）アモルファスシリコン系の微細孔膜を得る工程
Ａｌシリンダーがアモルファスシリコンのマトリックス中に分散されている膜からＡｌシリンダーをエッチング除去することによりアモルファスシリコンからなる微細孔皮膜を得ることができる。このエッチング工程にはアルミニウムを選択的に溶解させる溶液に浸すことにより達成される。例えばリン酸などの酸性水溶液を用いることが可能である。またアルカリ溶液（ＫＯＨ溶液など）に浸すことでも達成可能である。また、このエッチング処理では同時に微細孔径を広げることができる。
【００８０】
Ｂ）酸化シリコン系の微細孔膜を得る工程
上記に説明したアモルファスシリコンの微細孔皮膜を熱酸化、もしくは陽極酸化のような化学的酸化を施すことにより酸化シリコンを主体とした微細孔皮膜を形成することができる。また、ＡｌＳｉ混合膜４１を直接陽極酸化しても酸化シリコンを主体とした微細孔皮膜を形成することができる。このとき、陽極酸化は硫酸で行うことが好ましく、陽極酸化電圧も３Ｖ以下で行うことが好ましい。この酸化工程において、細孔径は縮小する傾向があり、アモルファスシリコン細孔径より数割小さくなる。
【００８１】
上記シリコン系の微細孔膜を得る工程と陽極酸化アルミナ皮膜を得る工程の順序は、積層膜の構成に依存する。図４に示すように、ＡｌＳｉ混合膜４１がアルミニウム４２上に形成されている場合（図４（ａ）参照）には、ＡｌＳｉ混合膜４１に細孔を形成し（図４（ｂ）参照）、その後でアルミニウム４２の陽極酸化工程（図４（ｃ）参照）を行う。
【００８２】
また、図５に示すようにＡｌＳｉ混合膜５１上にアルミニウム膜５２を形成した場合（図５（ａ）参照）には、そのアルミニウム膜５２の陽極酸化により陽極酸化アルミナ皮膜５４を得る工程（図５（ｂ）参照）を行い、その後でシリコン系微細孔膜５３を得る工程（図５（ｃ）参照）を行い、下地からシリコン系微細孔膜５３を剥がす工程（図５（ｄ）参照）を行う。
【００８３】
４）その他の工程
上記の工程後に、アニール処理を行うことも有効である。すなわち上記の陽極酸化工程直後では、得られた膜には水分や酸などの成分が残留している場合があるからである。アニールは場合にもよるが約１０００℃まで可能であり、１００℃以上のアニールで膜に残存する水分を除去できることや、更に高い温度のアニールで陽極酸化膜の結晶性を高めることができる。これにより耐薬品性や耐熱温度も向上させることができる。上記のアニール処理空気や酸素中でのアニールも可能である。ただし、アモルファスシリコンの微細孔膜を得たい場合には不活性ガス中、還元雰囲気中、真空中などのアニール処理が好ましい。
【００８４】
また、上記剥離工程には溶液エッチングや機械的な剥離工程を用いることが可能である。
【００８５】
また、図３に示すように、陽極酸化アルミナ皮膜とシリコン系皮膜の間に非常に薄い接合膜３１を形成しておくことも有効である。この材料としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどを主成分とした膜が有効であり、その膜厚は０．５〜１０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００８６】
本実施形態によれば、１０ｎｍ以下はもちろん５ｎｍ以下の細孔径を制御性良く作製することができ、且つ流体制御装置としての耐久性や扱い易さを得ることができる。このような微細な細孔を用いると、特に微細な物質を濾過したり、流速を制御することが可能となる。例えばＤＮＡの直径は約２ｎｍであるが、このような細い物質であっても分離などできるようになる。
【００８７】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明を説明する。
（実施例１：第１の材料Ａｌ、第２の材料Ｓｉ）
本実施例では、シリコン系微細孔皮膜として、シリコンに周囲を囲まれたアルミニウム構造体部分が円柱状構造であり、その径２ｒが３ｎｍであり、間隔２Ｒが７ｎｍ、長さＬが２００ｎｍであるアルミニウム細線について示す。
【００８８】
まず、アルミニウム細線の作製方法を説明する。
【００８９】
ガラス基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して５５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成する。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を８枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９０】
なお、ここではターゲットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチップを８枚置いたものを用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定されるものではなく、スパッタ条件により変化し、アルミニウムシリコン混合膜の組成が約５５ａｔｏｍｉｃ％近辺になれば良い。また、ターゲットはアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限定したものではなく、シリコンターゲット上にアルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミニウムの粉末を焼結したターゲットを用いても良い。
【００９１】
次に、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約５５ａｔｏｍｉｃ％であった。なお、ここでは測定の都合上、基板として、カーボン基板上に堆積したアルミニウムシリコン混合膜を用いた。
【００９２】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した。基板真上方向から見た表面の形状は、シリコンに囲まれた円形のアルミニウムナノ構造体が二次元的に配列していた。アルミニウムナノ構造体部分の孔径は３ｎｍであり、その平均中心間間隔は７ｎｍであった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、高さは２００ｎｍであり、それぞれのアルミニウムナノ構造体部分はお互いに独立していた。
【００９３】
また、Ｘ線回折法でこの試料を観察した所、結晶性を示すシリコンのピークは確認できず、シリコンは非晶質であった。
【００９４】
従って、シリコンに周囲を囲まれた間隔２Ｒが７ｎｍ、径２ｒが３ｎｍ、高さＬが２００ｎｍのアルミニウム細線を含んだアルミニウムシリコンナノ構造体を作製することができた。
【００９５】
（比較例）
上記実施例の比較試料Ａとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して１５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を２枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９６】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ａを観察した。基板真上方向から見た表面の形状は、アルミニウム部分は円形状にはなっておらず、縄状になっていた。即ち、アルミニウムの柱状構造体がシリコン領域内に均質に分散した微細構造体となっていなかった。さらに、その大きさは１０ｎｍを遥かに超えていた。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、アルミニウム部分の幅は１５ｎｍを超えていた。なお、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約１５ａｔｏｍｉｃ％であった。
【００９７】
さらに、比較試料Ｂとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して７５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を１４枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温とした。
【００９８】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ｂを観察した。基板真上方向から見た試料表面には、アルミニウム部分を観察することができなかった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察しても、明確にアルミニウム部分を観察することができなかった。なお、このようにして得られたアルミニウムシリコン混合膜をＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析）にて、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量（ａｔｏｍｉｃ％）を分析した。その結果、シリコンのアルミニウムとシリコンの全量に対する分量は約７５ａｔｏｍｉｃ％であった。
【００９９】
また、比較試料Ａを作製した場合と、シリコンチップの枚数の条件のみを変え、アルミニウムシリコン混合体の全量に対するシリコンの割合が、２０ａｔｏｍｉｃ％、３５ａｔｏｍｉｃ％、５０ａｔｏｍｉｃ％、６０ａｔｏｍｉｃ％、７０ａｔｏｍｉｃ％である試料を作製した。アルミニウムの柱状構造体がシリコン領域内に均質に分散した微細構造体となっている場合を○、なっていない場合を×としたものを以下に示す。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
さらに、比較試料Ｃとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して５５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を８枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は２５０℃とした。
【０１０２】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ｃを観察した。基板真上方向から見た試料表面には、アルミニウムとシリコンの明瞭な境界を確認することができなかった。つまり、アルミニウムナノ構造体を確認することができなかった。即ち、基板温度が高すぎると、より安定な状態に変化してしまうため、このようなアルミニウムナノ構造体を形成する膜成長ができていないと思われる。
【０１０３】
なお、柱状の部材が分散した構造体を得る為に、ターゲットの組成をＡｌ：Ｓｉ＝５５：４５などに設定することも好ましい形態である。
（実施例２）
本実施例は、図４に示す工程に従い、図６に示す陽極酸化装置を用いて流体制御装置を作製した場合の実施例を説明する。
【０１０４】
工程ａ）：積層膜の形成（図４（ａ）参照）
まず、十分平坦なアルミニウム箔４２の上にＡｌＳｉ混合膜４１を３００ｎｍ成膜する。このときＡｌＳｉ混合膜４１はＡｌ1-xＳｉxの組成においてｘ＝０．１〜０．８の膜を０．１刻みで８種類作製した。
【０１０５】
工程ｂ)：ＡｌＳｉ層の細孔形成（図４（ｂ）参照）
図６に示す陽極酸化装置を用い陽極酸化処理を施した。
【０１０６】
本工程においては、電解液として３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を２０℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ２Ｖであり、電極は均一に陽極酸化が進行するようにアルミニウム箔側からとった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がＡｌＳｉ混合層４１表面から進行しアルミニウム層まで到達したことを示す電流を検知するため、陽極酸化電流をモニターした。
【０１０７】
陽極酸化処理後、純水による洗浄を行った。
【０１０８】
工程ｃ)：アルミニウム箔の細孔形成（図４（ｃ）参照）
上記工程ｂ）と同様に図６に示す陽極酸化装置を用い陽極酸化処理を施した。
【０１０９】
本工程においては、電解液として０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を１７℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ４０Ｖであり、電極は均一に陽極酸化が進行するようにアルミニウム４２側からとった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がアルミニウム箔表面からどの程度陽極酸化が進行したか検知するために、陽極酸化電流を検知してその陽極酸化電流積算量をモニターした。そしてアルミニウム４２がほとんど陽極酸化された時点で陽極酸化を終了した。
【０１１０】
工程ｄ）：エッチング処理（図４（ｄ）参照）
陽極酸化処理後、リン酸に浸すことにより陽極酸化アルミナ細孔の径の拡大、および残ったアルミニウムをエッチング除去した。
【０１１１】
（試験結果）
取り出した試料の表面、断面をＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission - Scanning Electron Microscope : 電界放出走査型電子顕微鏡）にて観察した。その結果、Ａｌ1-xＳｉxの組成においてｘ＝０．２〜０．７の試料においては、図４に示すようにＡｌＳｉ混合層４１は、２〜８ｎｍの細孔を有した酸化された状態でシリコン系微細孔皮膜４３として残っていたが、ｘ＝０．８の試料においては、微細孔の形成状態が不十分であった。また、ｘ＝０．１の試料においては、微細孔の径が大きくなり過ぎており不適当であった。また、陽極酸化アルミナ皮膜４４は、細孔直径約７０ｎｍ、細孔間隔約１００ｎｍのポーラス皮膜になっていた。シリコン系微細孔皮膜４３、陽極酸化アルミナ皮膜４４のどちらにおいても細孔は膜面に垂直方向に形成されていた。
【０１１２】
剥離した積層膜が流体制御装置として機能するかどうか、作製した流体制御装置を図７に示す装置にそのフィルターとして取り付けて試験した。図７において、７１が作製した流体制御装置であり、７２が上流側流路、７３が下流側流路、７４が流入孔、７５が流出孔である。
【０１１３】
図７に示す装置において、流入孔７４から上流側流路７２へ約１０ｎｍの微粒子を分散させた水溶液を流し込み、フィルターとしての流体制御装置７１を介して下流側流路７３と通って流出孔７５から出てきた溶液を検査したところ、微粒子が取り除かれていることが確認された。
【０１１４】
このことから、本実施例の流体制御装置がフィルターとして機能していることが分かった。また、フィルターとしての分離性、フラックスの特性では、特にＸ＝０．３〜０．５のＡｌＳｉ混合膜を用いた流体制御装置が優れていることが確認された。
（実施例３）
本実施例では、実施例２と同様にして積層膜を用意した。ただし、ＡｌＳｉ層にはＡｌ1-xＳｉxの組成においてＸ＝０．４の試料を用い、ＡｌＳｉ層の膜厚は１００ｎｍとした。
【０１１５】
実施例２では、ＡｌＳｉ層の細孔形成工程（工程（ｂ））に陽極酸化を用いたが、本実施例においては、リン酸水溶液に浸す工程を用いた。リン酸５質量％水溶液に２時間浸すことによりＡｌＳｉ層のＡｌシリンダー部分が溶解し、ＡｌＳｉ層はアモルファスシリコンの微細孔膜となった。その後、アルミニウム箔を実施例１と同様に陽極酸化して、流体制御装置を作製した。
【０１１６】
得られた流体制御装置を実施例２と同様な機能試験を行ったところ、ほぼ同じ結果が得られた。
【０１１７】
従って、実施例によれば、上記流体制御装置で用いるシリコン系微細孔皮膜は、酸化シリコンでもアモルファスシリコンでも機能することが分かった。
（実施例４）
本実施例では、図５に示す工程に従い流体制御装置を作製した場合の実施例を説明する。
【０１１８】
工程ａ）：積層膜の形成（図５（ａ）参照）
まず、Ｓｉ基板上にＡｌＳｉ混合膜５１をＡｌ1-xＳｉxの組成においてＸ＝０．４の膜を形成した。その上にアルミニウム膜５２を１０μｍ積んだものと、Ｔｉを２ｎｍ成膜した後アルミニウム膜５２を１０μｍ積んだものを用意した。
【０１１９】
工程ｂ)：アルミニウム膜の細孔形成（図５（ｂ）参照）
実施例２と同様に図６の陽極酸化装置を用いて陽極酸化処理を施した。
【０１２０】
本工程においては、電解液として０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を使用し、恒温水槽により電解液を１７℃に保持した。ここで陽極酸化電圧はＤＣ４０Ｖであった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がアルミニウム膜５２表面からどの程度陽極酸化が進行したかを検知するため、陽極酸化電流を検知してその陽極酸化電流積算量をモニターした。そしてアルミニウム膜５２が約９割方陽極酸化された時点で、陽極酸化の浴を０．３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液に変えて、電圧を２０Ｖに落として残りのアルミニウム膜５２を陽極酸化した。
【０１２１】
工程ｃ)：ＡｌＳｉ混合層の細孔形成（図５（ｃ）参照）
続いて、電解液として３ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液を使用し、ＤＣ２ＶでＡｌＳｉ混合層５１の陽極酸化を行なった。陽極酸化工程途中、陽極酸化がＳｉ基板まで到達したことを示す電流を検知するため、陽極酸化電流をモニターした。陽極酸化の終了は電流が十分減少した時点で行った。
【０１２２】
陽極酸化処理後、純水よる洗浄を行った。
【０１２３】
工程ｄ）：エッチング処理（図５（ｄ）参照）
陽極酸化処理後、リン酸に浸すことにより陽極酸化アルミナ細孔の径の拡大、および得られたＳｉ系微細孔膜のＳｉ基板からの剥離を行なった。
【０１２４】
（試験結果）
取り出した試料の表面、断面をＦＥ−ＳＥＭで観察した。その結果図１に示すようにＡｌＳｉ混合層５１は２〜８ｎｍの細孔を有した酸化された状態でシリコン系微細孔皮膜５５として残っており、陽極酸化アルミナ皮膜５４は上部約９割が細孔直径約７０ｎｍ、細孔間隔約１００ｎｍのポーラス皮膜になっており、シリコン系微細孔皮膜５５と接合される近辺で細孔直径約２０ｎｍ、細孔間隔約５０ｎｍのポーラス皮膜になっていた。シリコン系微細孔皮膜５５、陽極酸化アルミナ皮膜５４のどちらにおいても細孔は膜面に垂直方向に形成されていた。
【０１２５】
剥離した積層膜が流体制御装置として機能するかどうか、作製した流体制御装置を前述の図７に示す装置にそのフィルターとして取り付けて試験した。
【０１２６】
その結果、本実施例の流体制御装置は、前述の実施例２と同様に、フィルターとして機能していることが分かった。また、ＡｌＳｉ混合膜とアルミニウム膜の間にＴｉを挟んだ試料の方が流体制御装置としての機械的特性が優れていることが確認された。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超微細な細孔（例えば、平均直径が1１０ｎｍ以下の微細孔）を有し、且つフラックス量のとれる流体制御装置を提供できる。これによれば、１）アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜（陽極酸化アルミナ皮膜）と組み合わせることによって支持性の優れた流体制御装置を提供でき、２）シリコンを主体とした微細孔を有する膜（シリコン系微細孔膜）と組み合わせることによって細孔径数ｎｍの垂直貫通性に優れた流体制御装置を提供できるといった効果がある。本発明によれば、フィルターはもちろんのこと、限外濾過装置などをさまざまな形態で応用することができ、その応用範囲を著しく広げることが可能な流体制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体制御装置を示す概念図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置の製造方法を成す各工程を示す概念図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る流体制御装置の製造方法を成す各工程を示す概念図である。
【図６】実施例の流体制御装置の製造工程で用いる陽極酸化装置を示す概略図である。
【図７】実施例の流体制御装置をフィルターとして用いた装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１１ 陽極酸化アルミナ皮膜
１２ シリコン系微細孔皮膜
１３ 細孔
１４ 微細孔
３１ 接合層
４１ ＡｌＳｉ混合膜
４２ アルミニウム（アルミニウム箔）
４３ シリコン系微細孔皮膜
４４ 陽極酸化アルミナ皮膜
５１ ＡｌＳｉ混合膜
５２ アルミニウム膜
５３ 基板
５４ 陽極酸化アルミナ皮膜
５５ シリコン系微細孔皮膜
６０ 恒温槽
６１ 反応容器
６２ 対向電極
６３ 電解液
６４ 試料
６５ 電源
６６ 電流計
６７ 試料ホルダー
７１ 流体制御装置
７２ 上流側流路
７３ 下流側流路
７４ 流入孔
７５ 流出孔
Claims (21)
- アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、シリコンを主体とし且つ前記細孔よりも径の小さい微細孔を有する膜とを有し、前記細孔と前記微細孔との少なくとも一部が制御すべき流体の流路に沿って互いに連結されていることを特徴とする流体制御装置。
- 前記細孔の平均直径が５ｎｍ以上である請求項１に記載の流体制御装置。
- 前記微細孔の平均直径が１０ｎｍ以下である請求項１に記載の流体制御装置。
- 前記細孔の平均直径が８ｎｍ以上であり、且つ前記微細孔の平均直径が７ｎｍ以下である請求項２又は３に記載の流体制御装置。
- 前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜がアモルファスシリコンを主体とした材料から構成されている請求項１から４までのいずれか１項に記載の流体制御装置。
- 前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が酸化シリコンを主体とした材料から構成されている請求項１から４までのいずれか１項に記載の流体制御装置。
- 前記微細孔の平均直径が３ｎｍ以下である請求項６に記載の流体制御装置。
- 前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が平均直径１０ｎｍ以下のアルミニウムを主体とするシリンダーを有するＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合体から前記アルミニウムを主体とするシリンダーを除去することにより得られた膜である請求項１に記載の流体制御装置。
- 前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜と、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が直接、もしくは膜厚１０ｎｍ以下の接合層を介して接合されている請求項１から８までのいずれか１項に記載の流体制御装置。
- 前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔の直径が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜と接合する側において、直接接合されていない側の直径より小さい請求項９に記載の流体制御装置。
- 前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜より膜厚が大きい請求項１に記載の流体制御装置。
- 前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜の厚みが１μｍ以上であり、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜の厚みが０．５μｍ以下である請求項１１に記載の流体制御装置。
- 前記アルミニウムを主体とした素材を陽極酸化した細孔を有する膜が前記流体制御装置の上流部に配置され、前記シリコンを主体とした微細孔を有する膜が前記流体制御装置の下流部に配置されている請求項１に記載の流体制御装置。
- 少なくともアルミニウムを主成分とする層と平均直径が１０ｎｍ以下であるアルミニウムを主成分とするシリンダーが形成されたＡｌ1-xＳｉx（０．２≦ｘ≦０．７）の混合膜とを形成し、その後前記アルミニウムを主成分とする層に陽極酸化により細孔を形成する工程と、前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜からアルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程とを有する流体制御装置の製造方法。
- 前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜はスパッタリングにより成膜する請求項１４に記載の流体制御装置の製造方法。
- 前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が化学エッチングによる工程である請求項１４に記載の流体制御装置の製造方法。
- 前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程の後に、前記アルミニウムを主成分とするシリンダーが除去された層を酸化して微細孔を有する酸化シリコン膜にする工程を有する請求項１４に記載の流体制御装置の製造方法。
- 前記アルミニウムを主成分とするシリンダーを除去する工程が前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程である請求項１４に記載の流体制御装置の製造方法。
- 前記Ａｌ1-xＳｉxの混合膜の陽極酸化による工程が硫酸溶液中で行なう工程であり、且つ前記アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化を硫酸、もしくは蓚酸、もしくは燐酸を含有する溶液中で行う工程である請求項１８に記載の流体制御装置の製造方法。
- 前記工程の全てが終了後に１００℃以上の温度でアニールする工程を有する請求項１４に記載の流体制御装置の製造方法。
- アルミナを含み構成され、第1の孔径を有する第1の多孔質体、及びシリコンあるいは酸化シリコンを含み構成され、該第１の孔径よりも小さい第２の孔径を有する第２の多孔質体を備えていることを特徴とする装置。
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