JP2006303508A - 超格子のナノデバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、超格子のナノデバイス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係わる超格子のナノデバイスは、少なくとも一つの構成ユニットを含む。該構成ユニットは、基体と該基体に形成される一次元のナノの構成を含む第一電極と、該基体に形成され、前記一次元のナノ構成を囲う機能層と、該第一電極と電気絶縁し、前記機能層を囲う第二電極と、を含む。一次元のナノ構成の側面に多くの薄層の膜を積層することを通じるから、二次元の超格子の構成を製造する成熟の技術を利用でき、その製造難度が下がる。しかも、気相−液相−固相成長法でナノワイヤーを成長させる技術では、超格子の材料と金属の触媒が合金又は固溶体を形成する必要がある問題を解決できるから、種類が多い超格子のナノデバイスを製造できる。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係わる超格子のナノデバイスは、少なくとも一つの構成ユニットを含む。該構成ユニットは、基体と該基体に形成される一次元のナノの構成を含む第一電極と、該基体に形成され、前記一次元のナノ構成を囲う機能層と、該第一電極と電気絶縁し、前記機能層を囲う第二電極と、を含む。一次元のナノ構成の側面に多くの薄層の膜を積層することを通じるから、二次元の超格子の構成を製造する成熟の技術を利用でき、その製造難度が下がる。しかも、気相−液相−固相成長法でナノワイヤーを成長させる技術では、超格子の材料と金属の触媒が合金又は固溶体を形成する必要がある問題を解決できるから、種類が多い超格子のナノデバイスを製造できる。
【選択図】図３
Description
本発明は、ナノデバイス及びその製造方法に関して、特に超格子のナノデバイス及びその製造方法に関するものである。
ナノ科学と技術は、主に、サイズが０．１ナノメートル〜１００ナノメートルの物質からなるシステムの運動規律と互いの作用及び実際の応用における技術問題を研究する。通常、サイズがナノメートルオーダーである材料をナノ材料と称する。ナノ材料は、材料の形状によって、二次元のナノ材料と一次元のナノ材料及び零次元のナノ材料に分かれる。二次元のナノ材料は、例えば、ナノの薄膜と量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）などの材料を含む。一次元のナノ材料は、例えば、ナノワイヤー（Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）とナノベルト（Ｎａｎｏｂｅｌｔｓ）とナノロッド（Ｎａｎｏｒｏｄｓ）などの材料を含む。零次元のナノ材料は、例えば、ナノクラスター（Ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ）と量子点などの材料を含む。次元の数が少なくなるにつれて、ナノ材料は、多くが塊状の材料と違う性能を表わし、例えば、高い楊氏モジュラス（Ｒｏｕｎｇ ｍｏｄｕｌｕｓ）、単電子効果（Ｓｉｎｇｌ ｅｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）及び低熱傳導率などの性能を持つ。
二次元のナノ材料では、大切な超格子の材料が一番早く、研究と応用される人工的に分離できるナノ材料である。超格子とは、成分又は／及び混合がそれぞれ異なった両種又は複数種の半導体超薄層を基体に積層して成長させ、そして、その周りに一次元のサイクルを付ける人造構成である。この超格子の材料は、主に、ＩＩＩ−Ｖ族（例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）、ＩＩ−ＶＩ族（例えば、ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ）、ＩＶ−ＩＶ族（例えば、Ｓｉ／ＧｅＳｉ）などの半導体材料がある。その製造する方法は、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ，ＭＢＥ）、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｂａｌ Ｖａｐｐｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）などの成熟した技術を含む。この半導体の超格子の材料は、新型な発光のデバイスと光学のセンサに使われる。
超格子の材料がナノデバイスに使われるにつれて、現在、ナノワイヤーの功能を増加させるために、超格子の材料は、一次元のナノ材料のナノワイヤーに使われる。例えば、Ｓｉ／ＧｅＳｉ、ＧａＡｓ／ＧａＰ、ＩｎＰ／ＩｎＡｓ及びＺｎＯ／ＩｎＺｎＯなどの半導体の超格子のナノ材料は、金（Ａｕ）又はほかの金属を触媒として、気相−液相−固相（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ，ＶＳＬ）成長法でナノワイヤーを製造する共に、直列型の超格子の構成を形成し、これによって、得るものである。即ち、成長したナノワイヤーは、種類が異なった２種又は２種以上の材料から交替して積層してなるものである。しかし、気相−液相−固相成長法で製造した直列型の超格子のナノワイヤーの構成は、次の通り述べた欠点がある。
１．ナノワイヤーの成長過程中において、半導体材料と触媒（通常、金などの金属である）が高温で、合金又は固溶体を形成する必要があるから、半導体材料の選ぶ範囲が制限される。あるいは、ある超格子の材料を製造するために、特別な金属触媒を使わなければならない。これによって、多くの応用価値を持つ二次元の超格子の材料は、超格子のナノワイヤーの材料に使われることが困難になった。
２．前記直列型の超格子のナノワイヤーの製造方法は、現在、気相−液相−固相成長法を使うことが多い。二次元の超格子の材料を製造する従来の技術を利用することが困難である。そして、気相−液相−固相成長法で直列型の超格子のナノワイヤーを製造する時には、各種材料の成長の高さを精確にコントロールする必要がある。これによって、超格子のナノワイヤーの製造難度が大きくなった。
１．ナノワイヤーの成長過程中において、半導体材料と触媒（通常、金などの金属である）が高温で、合金又は固溶体を形成する必要があるから、半導体材料の選ぶ範囲が制限される。あるいは、ある超格子の材料を製造するために、特別な金属触媒を使わなければならない。これによって、多くの応用価値を持つ二次元の超格子の材料は、超格子のナノワイヤーの材料に使われることが困難になった。
２．前記直列型の超格子のナノワイヤーの製造方法は、現在、気相−液相−固相成長法を使うことが多い。二次元の超格子の材料を製造する従来の技術を利用することが困難である。そして、気相−液相−固相成長法で直列型の超格子のナノワイヤーを製造する時には、各種材料の成長の高さを精確にコントロールする必要がある。これによって、超格子のナノワイヤーの製造難度が大きくなった。
また、超格子のナノデバイスを製造する時には、ほかの技術で直列型の超格子のナノワイヤーを珪素の基体に成長させる必要がある。ほかの技術は、ナノワイヤーの定位、操作、成長などを含む。しかし、今まで、ナノワイヤーの定位、操作、成長などの技術がまだ成熟していない。
「物理隔月刊行物」、一次元のナノ材料、陳貴賢、呉季珍、２００１年１２月、第２３巻、第六期
「物理隔月刊行物」、一次元のナノ材料、陳貴賢、呉季珍、２００１年１２月、第２３巻、第六期
従来技術による直列型の超格子のナノワイヤーの構成は、理想的な超格子の構成ではなく、実用性を有しない。従って、本発明は、超格子のナノデバイス及び超格子のナノデバイスの製造方法を提供する必要がある。
本発明は、超格子のナノデバイスを提供する。該超格子のナノデバイスは、少なくとも一つの構成ユニットを含む。該構成ユニットは、基体と該基体に形成される一次元のナノ構成を含む第一電極と、該基体に形成され、前記一次元のナノ構成を囲う機能層と、前記第一電極と電気絶縁し、前記機能層を囲う第二電極と、を含む。
また、本発明は、超格子のナノデバイスの製造方法を提供する。該製造方法は、基体を提供し、該基体に一次元のナノ構成を形成する工程と、前記基体と前記一次元のナノ構成を第一電極とし、該基体に機能層を形成し、該機能層が一次元のナノ構成を囲う工程と、前記基体に絶縁層を形成し、該絶縁層が前記一次元のナノ構成を囲う工程と、前記絶縁層に第二電極を形成し、該第二電極が前記機能層を囲う工程とを含む。
従来技術と比べて、本発明が提供する超格子のナノデバイス及びその製造方法は、一次元のナノ構成の側面に多くの薄層の膜を積層することを通じて、二次元の超格子の構成を製造する成熟の技術を利用でき、その製造難度が下がる。しかも、気相−液相−固相成長法でナノワイヤーを成長させる技術における超格子の材料と金属の触媒が合金または固溶体を形成する必要がある問題を解決できるから、種類が多い超格子のナノデバイスを製造できる。さらに、本発明の超格子のナノ構成は、直接基体に成長される。一次元のナノ構成（例えば、カーボンナノチューブ）の次元（ディメンジョン）のため、製造されたデバイスは、本質的にナノオーダーになる。したがって、本発明は、このようなステップを必要としないので、一次元のナノ構成を製造するための操作、集成などの難しいところを回避することができる。
次に、図面と実施例を参照して、本発明の超格子のナノデバイス及びその製造方法を詳しく説明する。
図１、図２及び図３を参照して、本発明に係わる第一実施例は、超格子のナノデバイス１を提供する。該超格子のナノデバイス１は、少なくとも一つの構成ユニットを含む。図１及び図２に示すように、前記超格子のナノデバイス１は、一定の方式で（例えば、マトリックス方式）並べている複数の構成ユニット（図１及び図２には、一十二個を示す）からなる。図３に示すように、該一つの構成ユニット５０は、第一電極１０、機能層２０、第二電極３０、及び第一電極１０と第二電極３０を電気絶縁するための絶縁層４０を含む。
そのうち、第一電極１０は、珪素の基体１１及び該珪素の基体１１に形成された一次元のナノ構成からなり、本実施例では、該一次元のナノ構成は珪素のナノワイヤー１２である。
機能層２０は、珪素の基体１１に垂直に形成され、珪素のナノワイヤー１２を囲うように配置される。該機能層２０は、珪素のナノワイヤー１２を囲う第一膜２１及び第一膜２１を囲う第二膜２２を含む。該機能層２０と珪素のナノワイヤー１２が珪素の基体１１から遠い端部の高さは、同じである方がいい。もちろん、機能層２０は、実際の応用の要求によって、単層の薄膜又は複数層の薄膜にされてもいい。該複数層の薄膜の構成は、例えば、ＡＢＡＢ型、ＡＢＡＢＡＢ型、ＡＢＣＡＢＣ型などの構成のような２種又は２種以上の薄膜を繰り返し並べてなる構成、ＡＢＣ型、ＡＢＣＤ型などの構成のような３種以上の薄膜を順次に並べてなる構成、あるいは、これらの薄膜をほかの方式で並べてなる複数層の薄膜構成でもいい。機能層２０は、半導体化合物の超格子の単層薄膜、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＶＩ族の半導体の超格子の複数層薄膜、強磁性−非磁性−強磁性、強磁性−反強磁性−強磁性、強磁性−常磁性−強磁性の超格子の複数層の薄膜の構成、スピンバルブ構造（ｓｐｉｎ−ｖａｌｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＧＭＲ）、超巨大磁気抵抗（Ｃｏｌｏｓａｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＣＭＲ）構成、及び希釈磁性半導体の超格子の複数層の薄膜構成でもいい。
第一電極１０と第二電極３０は、珪素の基体１１に形成され、機能層２０を囲う絶縁層４０によって電気絶縁を実現する。しかも、第二電極３０は、絶縁層４０の上表面に形成され、機能層２０を囲う。該第二電極３０は、アルミの膜、銅の膜、銀の膜などの金属の電導体材料が選ばれる。しかも、第二電極３０の高さは、機能層２０より高くなく、第二電極３０と機能層２０が珪素の基体１１から遠い端部の高さは、同じであることが好ましい。絶縁層４０は、二酸化珪素などの絶縁材料を使う。
図７Ａ〜図７Ｅを参照して、本発明の第一実施例の超格子のナノデバイスの製造方法を詳しく説明する。
第一工程では、図７Ａを参照して、基体を提供し、該基体に一次元のナノ構成を形成し、該基体と該一次元のナノ構成を第一電極とする。具体的な工程は、珪素の基体１１を提供し、該珪素の基体１１に、少なくとも一つの珪素のナノワイヤー１２を成長させる。該珪素のナノワイヤー１２の成長方法は、気相−液相−固相成長法、鋳型（テンプレート）合成法、酸化合成法、イオンビームスパッターリング成長法、熱化学気相成長法などの方法を使ってもいい。非特許文献１を参照する。
第二工程では、図７Ｂ〜図７Ｃを参照して、前記基体に機能層を形成し、該機能層は、一次元のナノ構成を囲う。具体的な工程は、珪素の基体１１に成長された珪素のナノワイヤー１２の側面に順次に第一薄膜２１及び該第一薄膜２１を囲う第二薄膜２２を形成し、第一薄膜２１及び第二薄膜２２は、すべて、珪素のナノワイヤー１２を囲うようになる。第一薄膜２１及び第二薄膜２２の形成方法は、分子線エピタキシャル、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。第一薄膜２１及び第二薄膜２２は、ナノデバイスの二層の薄膜を有した機能層２０とされる。もちろん、実際の応用の要求によって、単層の薄膜を積層してもいい。ＡＢＡＢ型、ＡＢＡＢＡＢ型などのような２種類の薄膜を繰り返し並べてなる複数層の薄膜を積層してもいい。ＡＢＣ型、ＡＢＣＤ型、ＡＢＣＡＢＣ型、ＡＢＣＤＡＢＣＤ型などのような三種類及びそれ以上の種類の薄膜を順次または繰り返し並べてなる複数層の薄膜を積層してもいい。及び、これらの薄膜をほかの方式で並べてなる複数層の薄膜構成でもいい。複数層の薄膜のそれぞれの薄膜の形成する方法は、前記第一薄膜２１と第二薄膜２２の形成する方法と同じである。機能層２０は、半導体化合物の超格子の単層薄膜の構成、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＶＩ族の半導体の超格子の複数層薄膜の構成、強磁性−非磁性−強磁性、強磁性−反強磁性−強磁性、強磁性−常磁性−強磁性の超格子の複数層薄膜の構成、スピンバルブ構造、巨大磁気抵抗、超巨大磁気抵抗構成及び希釈磁性半導体の超格子の複数層薄膜の構成を含む。
第三工程では、図７Ｄを参照して、前記基体に絶縁層を形成し、該絶縁層が前記機能層を囲う。具体的な工程は、機能層２０を有した珪素の基体１１に機能層２０を囲う絶縁層４０を形成する。該絶縁層４０は、二酸化珪素などの絶縁材料を使う。該絶縁層４０の形成方法は、分子線エピタキシャル、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。
第四工程では、図７Ｅを参照して、前記絶縁層には、保護層を兼ねる第二電極を形成する。該第二電極は、前記機能層を囲う。具体的な工程は、絶縁層４０の上方の機能層２０の側面に薄膜を形成し、該薄膜は、前記機能層２０を囲う。該薄膜の形成方法は、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。前記薄膜は、超格子のナノデバイスの第二電極３０とされ、機能層２０の保護層を兼ねる。該第二電極３０は、絶縁層４０によって、第一電極１０と電気絶縁する。第二電極３０は、アルミの膜、銅の膜、銀の膜などの金属の電導体材料が選ばれる。
図４、図５及び図６を参照して、本発明に係わる第二実施例は、超格子のナノデバイス１´を提供する。該超格子のナノデバイス１´は、少なくとも一つの構成ユニットを含む。図４及び図５に示すように、該超格子のナノデバイス１´は、一定の方式で（例えば、マトリックス方式）並べている複数の構成ユニット（図４及び図５には、十二個を示す）からなる。図６に示すように、該一つの構成ユニット５００は、第一電極１００、機能層２００、第二電極３００、及び第一電極１００と第二電極３００を電気絶縁するための絶縁層４００を含む。
そのうち、第一電極１００は、珪素の基体１０１及び該珪素の基体１０１に形成される一次元のナノ構成からなり、本実施例では、該一次元のナノ構成は珪素のナノワイヤー１０２である。
そのうち、第一電極１００は、珪素の基体１０１及び該珪素の基体１０１に形成される一次元のナノ構成からなり、本実施例では、該一次元のナノ構成は珪素のナノワイヤー１０２である。
機能層２００は、絶縁層４００に形成され、珪素のナノワイヤー１０２を囲うように配置される。該機能層２００は、第一薄膜２０１及び第一薄膜２０１を囲う第二薄膜２０２を含む。該機能層２００と珪素のナノワイヤー１０２が珪素の基体１０１から遠い端部の高さは、同じである方がいい。もちろん、機能層２００は、実際の応用の要求によって、単層の薄膜又は複数層の薄膜にされてもいい。該複数層の薄膜の構成は、例えば、ＡＢＡＢ型、ＡＢＡＢＡＢ型、ＡＢＣＡＢＣ型などの構成のような２種又は２種以上の薄膜を繰り返し並べてなる構成、ＡＢＣ型、ＡＢＣＤ型などの構成のような３種以上の薄膜を順次に並べてなる構成、あるいは、これらの薄膜をほかの方式で並べてなる複数層の薄膜構成でもいい。機能層２００は、半導体化合物の超格子の単層薄膜、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＶＩ族の半導体の超格子の複数層薄膜、強磁性−非磁性−強磁性、強磁性−反強磁性−強磁性、強磁性−常磁性−強磁性の超格子の複数層の薄膜の構成、スピンバルブ構造、巨大磁気抵抗、超巨大磁気抵抗構成、及び希釈磁性半導体の超格子の複数層の薄膜構成のうち少なくともいずれか１つでもいい。
第一電極１００と第二電極３００は、珪素の基体１０１に形成され、直接に珪素のナノワイヤー１０２を囲う絶縁層４００によって、電気絶縁を実現する。しかも、第二電極３００は、絶縁層４００に形成され、機能層２００を囲う。該第二電極３００は、アルミの膜、銅の膜、銀の膜などの金属の電導体材料が選ばれる。しかも、第二電極３００の高さは、機能層２００より高くなく、第二電極３００と機能層２００が珪素の基体１０１から遠い端部の高さは、同じであることが好ましい。絶縁層４００は、二酸化珪素などの絶縁材料を使う。
図８Ａ〜図８Ｅを参照して、本発明の第二実施例の超格子のナノデバイスの製造方法を詳しく説明する。
第一工程では、図８Ａを参照して、基体を提供し、該基体に一次元のナノ構成を形成し、該基体と該一次元のナノ構成を第一電極とする。具体的な工程は、珪素の基体１０１を提供し、該珪素の基体１０１に、少なくとも一つの珪素のナノワイヤー１０２を成長させる。該珪素のナノワイヤー１０２の成長方法は、気相−液相−固相成長法、鋳型（テンプレート）合成法、酸化合成法、イオンビームスパッターリング成長法、熱化学気相成長法などの方法を使ってもいい。珪素のナノワイヤー１０２と珪素の基体１０１が第一電極とされる。
第二工程では、図８Ｂを参照して、前記基体に絶縁層を形成し、該絶縁層が一次元のナノ構成を囲う。具体的な工程は、珪素の基体１０１に、珪素のナノワイヤー１０２を囲う絶縁層４００を形成する。前記絶縁層４００は二酸化珪素などの絶縁材料を使う。該絶縁層４００の形成方法は、分子線エピタキシャル、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。
第三工程では、図８Ｃと図８Ｄを参照して、前記基体の絶縁層に機能層を形成し、該機能層は、前記一次元のナノ構成を囲う。具体的な工程は、珪素の基体１０１に形成された絶縁層４００に、珪素のナノワイヤー１０２の側面に順次に第一薄膜２０１及び該第一薄膜２０１を囲う第二薄膜２０２を形成し、第一薄膜２０１及び第二薄膜２０２には、すべて、珪素のナノワイヤー１０２を囲うようになる。第一薄膜２０１及び第二薄膜２０２の形成方法は、分子線エピタキシャル、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。該第一薄膜２０１及び第二薄膜２０２は、ナノデバイスの二層の薄膜を有した機能層２００とされる。もちろん、実際の応用の要求によって、単層の薄膜を積層してもいい。ＡＢＡＢ型、ＡＢＡＢＡＢ型などのような２種類の薄膜を繰り返し並べてなる複数層の薄膜を積層してもいい。ＡＢＣ型、ＡＢＣＤ型、ＡＢＣＡＢＣ型、ＡＢＣＤＡＢＣＤ型などのような三種類及びそれ以上の種類の薄膜が順次または繰り返し並べてなる複数層の薄膜を積層してもいい。また、これらの薄膜をほかの方式で並べてなる複数層の薄膜構成でもいい。複数層の薄膜のそれぞれの薄膜の形成する方法は、前記第一薄膜２０１と第二薄膜２０２の形成する方法と同じである。機能層２００は、半導体化合物の超格子の単層薄膜の構成、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＶＩ族の半導体の超格子の複数層の薄膜の構成、強磁性−非磁性−強磁性、強磁性−反強磁性−強磁性、強磁性−常磁性−強磁性の超格子の複数層の薄膜の構成、スピンバルブ構造、巨大磁気抵抗、超巨大磁気抵抗及び希釈磁性半導体の超格子の複数層の薄膜の構成を含む。
第四工程では、図８Ｅを参照して、前記絶縁層には、保護層を兼ねる第二電極を形成する。該第二電極は、機能層を囲う。具体的な工程は、前記機能層２００の側面に薄膜を形成し、該薄膜は、前記機能層２００を囲う。該薄膜の形成方法は、熱化学気相成長法、パルス−レーザ成長法、金属有機物化学気相成長法、イオンビーム成長法、イオンビームスパッターリング成長法、電子ビーム成長法、電気化学成長法などの方法が選ばれる。該薄膜を超格子のナノデバイスの第二電極３００とし、機能層２００の保護層を兼ねる。該第二電極３００は、絶縁層４００によって、第一電極１００と電気絶縁する。第二電極３００は、アルミの膜、銅の膜、銀の膜などの金属の電導体材料が選ばれる。
前記第一実施例と前記第二実施例の機能層は、実際の応用において、一種の材料だけから構成してもいい。こういう構成は、あらゆる薄膜の発光装置、光学測定装置、気体センサ、生物のセンサに適用できる。例えば、前記機能層は、ＧａＮの薄膜からなる時には、ナノの発光ダイオードとナノのレーザー発生装置に用いられる。
前記機能層は、２種の材料からなり、つまり、前記機能層の材料Ａがｐ型の珪素であり、材料Ｂがｎ型の珪素であれば、珪素のｐｎ接合（ＡＢという構成）を形成し、光電池を製造できる。こういう構成は、同種材料のｐｎ接合（例えば、Ｓｉ）及び異なった材料のｐｎ接合（例えば、Ｓｉ／ＧｅＳｉ）に適用できる。前記機能層の材料ＡがＧｅＳｉであり、材料ＢがＳｉである時には、Ｓｉ／ＧｅＳｉの超格子の構成（ＡＢＡＢ・・・という構成）を形成し、赤外線の探測器、発光ダイオードなどを製造できる。こういう構成は、あらゆる半導体の超格子の構成に適用できる。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなどである。前記機能層の材料ＡがＦｅであり、材料ＢがＣｕである時には、Ｆｅ／Ｃｕ／Ｆｅ／Ｃｕという複数層の薄膜構成（ＡＢＡＢという構成）を形成し、ナノのスピンバルブ構造、ナノの読み／書きのヘッドを製造できる。こういう構成は、巨大磁気抵抗、超巨大磁気抵抗などの構成に適用できる。
前記機能層は、ほかの材料を採用して、ほかの超格子のナノデバイスを形成すれば、半導体の発光装置、磁気信号の探測器、光信号の探測器、赤外線の感応装置、高性能の読み／書きの装置、気体の探測器、生物のセンサなどの分野に使われる。
また、本発明の第一実施例と第二実施例に採用される基体の材料は、珪素だけではなく、例えば、ゲルマニウムなどのほかの半導体の材料を採用してもいい。一次元のナノ構成は、珪素のナノワイヤーだけでなく、例えば、ナノロッド、ナノベルトなどの一次元のナノ構成を採用してもいい。そのうち、ナノワイヤーは、通常、長さ／直径の比例が１００より大きいものであり、ナノロッドは、長さ／直径の比例が１００より小さいものである。
１、１´ 超格子のナノデバイス
１０、１００ 第一電極
１１、１０１ 珪素の基体
１２、１０２ 珪素のナノワイヤー
２０、２００ 機能層
２１、２０１ 第一薄膜
２２、２０２ 第二薄膜
３０、３００ 第二電極
４０、４００ 絶縁層
５０、５００ 構成のユニット
１０、１００ 第一電極
１１、１０１ 珪素の基体
１２、１０２ 珪素のナノワイヤー
２０、２００ 機能層
２１、２０１ 第一薄膜
２２、２０２ 第二薄膜
３０、３００ 第二電極
４０、４００ 絶縁層
５０、５００ 構成のユニット
Claims (7)
- 少なくとも一つの構成ユニットを含む超格子のナノデバイスにおいて、
該構成ユニットは、基体と該基体に形成される一次元のナノ構成を含む第一電極と、該基体に形成され、前記一次元のナノ構成を囲う機能層と、前記第一電極と電気絶縁し、前記機能層を囲う第二電極と、を含むことを特徴とする超格子のナノデバイス。 - 前記機能層は、少なくとも一種の薄膜からなる構成であることを特徴とする請求項１に記載の超格子のナノデバイス。
- 前記機能層は、半導体化合物の超格子の単層薄膜の構成、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＶＩ族の半導体の超格子の複数層の薄膜構成、強磁性−非磁性−強磁性、強磁性−反強磁性−強磁性、強磁性−常磁性−強磁性の超格子の複数層薄膜構成、スピンバルブ構造、巨大磁気抵抗、超巨大磁気抵抗構成及び希釈磁性半導体の超格子の複数層の薄膜構成のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の超格子のナノデバイス。
- 前記第一電極と第二電極は、前記絶縁層で電気絶縁され、該絶縁層が前記基体に形成され、前記一次元のナノ構成を囲い、前記第二電極が該絶縁層に形成されることを特徴とする請求項１に記載の超格子のナノデバイス。
- 前記絶縁層は、前記機能層を囲うことを特徴とする請求項４に記載の超格子のナノデバイス。
- 前記機能層は、前記絶縁層に形成されることを特徴とする請求項４に記載の超格子のナノデバイス。
- 基体を提供し、該基体に一次元のナノ構成を形成する工程と、
前記基体と前記一次元のナノ構成を第一電極とし、該基体に機能層を形成し、該機能層が一次元のナノ構成を囲う工程と、
前記基体に絶縁層を形成し、該絶縁層が前記一次元のナノ構成を囲う工程と、
前記絶縁層に第二電極を形成し、該第二電極が前記機能層を囲う工程と、を含むことを特徴とする超格子のナノデバイスの製造方法。
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