JP2007105822A - Atomic scale metal wire or metal nanocluster, and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
この出願の発明は、電子デバイスや固体量子情報デバイスにおいて使用される原子サイズのワイヤもしくはナノクラスターアレイとして有用な、原子スケール金属ワイヤもしくは金属ナノクラスター、およびこれらの製造方法に関するものである。 The invention of this application relates to an atomic-scale metal wire or metal nanocluster useful as an atomic-sized wire or nanocluster array used in an electronic device or a solid-state quantum information device, and a manufacturing method thereof.
従来のナノスケールの電子デバイスと固体量子情報デバイスとは、次の十年間で最も重要な技術のうちの二つになるであろう。原子スケールの相互接続（interconnects）は、
これらの技術において特に重要であり、このような相互接続を作製する現実的な手段は現在のところ無い。Chen及びAhmed [1993]は、リソグラフィー技術の解像度を改良することに成功し、１００ｋｅＶ電子ビームのリソグラフィーとポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）レジストとを用い、エッチングにより５−７ｎｍ幅の線を製造した（非特許文献１参照）。この成功にも関わらず、この方法による金属堆積法によって得られたワイヤは必然的に多結晶であり、更には、粒径がワイヤの幅に匹敵するにつれてワイヤが本質的に非均質となり、欠陥が生じやすくなる。このような寸法において高度に均質なワイヤを成長させる新技術が望まれているところであり、そのような技術はリソグラフィーではなく、例えば、カーボンナノチューブ、有機半導体、半導体ナノワイヤのような、寸法および特性がより一層均質な自己組織的部材（self-assembled components）から出現するように
思われる。
Traditional nanoscale electronic devices and solid state quantum information devices will become two of the most important technologies in the next decade. Atomic scale interconnects are
Of particular importance in these technologies, there is currently no practical means of making such interconnects. Chen and Ahmed [1993] succeeded in improving the resolution of lithographic techniques and produced 5-7 nm wide lines by etching using 100 keV electron beam lithography and polymethylmethacrylate (PMMA) resist (non- Patent Document 1). Despite this success, the wire obtained by this method of metal deposition is necessarily polycrystalline, and furthermore, as the grain size is comparable to the width of the wire, the wire becomes essentially non-homogeneous, resulting in defects. Is likely to occur. There is a need for new technologies to grow highly homogeneous wires in these dimensions, and such technologies are not lithographic and have dimensions and properties such as carbon nanotubes, organic semiconductors, semiconductor nanowires, for example. It appears to emerge from even more homogeneous self-assembled components.
（ナノワイヤの製造）
ナノメータスケールのワイヤを製造するために多くの異なった方法が試みられている。数十ｎｍスケールでは、ナノ・インプリントおよび電子ビームリソグラフィーを使うことができる。そのような従来のレジストを使う方法の限界は、超音波支援による方法では５ｎｍ幅まで低減できるものの [Chen and Ahmed, 1993]、およそ１０ｎｍ幅である。また
、ラングミュア−ブロジェット膜やマイクロ流路（micro-fluidics）がカーボンナノチューブや他のex-situナノワイヤを整列させるために使用されている [Whang, Jin and Leiber, 2004]。より小さなスケールでは、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いる直接書
込み技術が開発されている [Shen, Wang and Tucker 1997、非特許文献２参照]。この方
法は、（１）基板を、対象金属が付着しないマスクとして機能するＨで終端し、（２）ＳＴＭ探針を使って水素原子に線を書いてシリコンを露出させ、そして（３）表面上に金属（例えば、アルミニウム）を堆積して、書いた線に拡散させ、図１０に示したようなワイヤを形成する工程からなる。これは、アルミニウム、銀、ガリウム、その他の金属で行われている。この方法は、書き込み速度がＳＴＭにより制約されるため非常に遅く、書込み時間は所望のワイヤ長さに伴って線形的に長くなる。
(Manufacture of nanowires)
Many different methods have been attempted to produce nanometer scale wires. On the tens of nanometer scale, nanoimprint and electron beam lithography can be used. The limitations of such conventional resist methods are approximately 10 nm width, although ultrasonically assisted methods can reduce the width to 5 nm [Chen and Ahmed, 1993]. Langmuir-Blodgett membranes and micro-fluidics have also been used to align carbon nanotubes and other ex-situ nanowires [Whang, Jin and Leiber, 2004]. On a smaller scale, a direct writing technique using a scanning tunneling microscope (STM) has been developed [see Shen, Wang and Tucker 1997, Non-Patent Document 2]. This method consists of (1) terminating the substrate with H, which acts as a mask to which the target metal does not adhere, (2) exposing the silicon by writing lines to hydrogen atoms using an STM probe, and (3) surface It consists of a process of depositing a metal (for example, aluminum) on the surface and diffusing it into the written line to form a wire as shown in FIG. This has been done with aluminum, silver, gallium and other metals. This method is very slow because the writing speed is constrained by the STM, and the writing time increases linearly with the desired wire length.
（ナノライン鋳型）
しかし、より直接的な手法は、既に金属であるナノワイヤをＳｉ（００１）表面上に自己組織的に成長させることである。ここで、「自己組織的」とは、外部から規定されるどんな鋳型も必要とせずに１Ｄまたは２Ｄ構造を形成することを意味する。Ｃｈｅｎらは、自己組織的に形成したケイ化エルビウムのナノワイヤが、平均２．８ｎｍの幅でＳｉ（００１）基板上に成長することを報告している（非特許文献３参照）。最近、Ｒａｇａｎらは、この系を鋳型として使えること、すなわち、白金はシリコン基板に優先してケイ化物ナノワイヤの上に吸着するので、マスク材なしにそのケイ化物上に他の物質を堆積できることを見出している（非特許文献４参照）。
(Nanoline mold)
However, a more direct approach is to grow nanowires that are already metals on the Si (001) surface in a self-organized manner. Here, “self-organizing” means forming a 1D or 2D structure without requiring any externally defined template. Chen et al. Have reported that self-organized erbium silicide nanowires grow on Si (001) substrates with an average width of 2.8 nm (see Non-Patent Document 3). Recently, Ragon et al. Found that this system can be used as a template, that is, platinum adsorbs on silicide nanowires in preference to silicon substrates, so that other materials can be deposited on the silicide without masking. (See Non-Patent Document 4).
（クロスバー構造）
一般的には、このような小さな長さ尺度では、正確な位置決めの制御は途方も無く難しく、したがって平行なナノワイヤのアレイをつくるほうがまだ容易である。この利点を活かして、ヒューレット−パッカード社では、クロスバー構造が提案され、開発されている。複数のナノワイヤからなる第１のアレイを基板表面に成長させ、そして、これらのワイヤの上に活性分子を堆積させる。その後、第２のナノワイヤを第１のナノワイヤに対して直交するように配設すると、活性分子はそれぞれの分子の第２接点として使うことができる。このようにして、分子デバイスの二次元配列（ヒューレット−パッカード・クロスバー）はつくられる（特許文献１参照）。個々のワイヤの全てにアドレスをとる（address
）様々な技術が提案されている。
(Crossbar structure)
In general, with such a small length scale, precise positioning control is tremendously difficult and therefore it is still easier to create an array of parallel nanowires. Taking advantage of this advantage, Hewlett-Packard Company has proposed and developed a crossbar structure. A first array of nanowires is grown on the substrate surface and active molecules are deposited on these wires. Thereafter, when the second nanowire is disposed so as to be orthogonal to the first nanowire, the active molecule can be used as the second contact of each molecule. In this way, a two-dimensional array of molecular devices (Hewlett-Packard crossbar) is created (see Patent Document 1). Address all individual wires (address
) Various technologies have been proposed.
（Ｓｉ（００１）上のビスマスライン）
そして、Ｓｉ（００１）上の原子的に完全なビスマスナノラインが、三木らにより報告されている（例えば、特許文献２、非特許文献５および６参照）。Ｂｉナノラインが示す自己組織化特性は、それらが互いに接触することなく、非常に長く非常に真っすぐであって、１Ｄアレイを形成することを意味している。Ｂｉナノラインは、上記ケイ化物ワイヤと多くの特徴を共有しているが、線幅はずっと細い。しかしながら、シリコン基板と同様に、その上にも他の物質が堆積されてしまうのであった。
An atomically complete bismuth nanoline on Si (001) has been reported by Miki et al. (See, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Documents 5 and 6). The self-organizing properties exhibited by Bi nanolines mean that they are very long and very straight, without contact with each other, forming a 1D array. Bi nanolines share many features with the silicide wires, but the line width is much narrower. However, like the silicon substrate, other substances are deposited on the silicon substrate.
本発明の課題は、例えば約１ｎｍで高度に均一なワイヤ幅のような、原子的に完全な原子スケール金属ワイヤ、および、例えば粒径が約１ｎｍの、原子スケール金属クラスターを、Ｓｉ（００１）基板上に製造する新規な方法を開発することである。そのような方法は、いわゆる前記の「クロスバー構造」を含めた、実用的な電子デバイスや固体量子情報デバイスの分野で利用されるであろう。 The object of the present invention is to convert atomically complete atomic scale metal wires, such as, for example, highly uniform wire widths at about 1 nm, and atomic scale metal clusters, for example with a particle size of about 1 nm, into Si (001) It is to develop a new method of manufacturing on a substrate. Such a method will be used in the field of practical electronic devices and solid state quantum information devices including the so-called “crossbar structure”.
上記課題を達成するために、この出願の発明者らは、ＳＴＭチップの遅い書き込み速度を回避し、三木らが約１０年前に発見したＢｉナノラインを原子スケール金属ワイヤもしくはナノクラスターの鋳型として使用することを着想した。そして、Ｂｉナノラインが上に造られているシリコンを被覆するためのマスク材が、必然的に使用される。この出願の発明者らは、マスク材として要求される特性、すなわち、Ｂｉナノラインの上には決して付着せずに、他の金属類を決して付着しない特性を備えた適切なマスク材を見出し、これにより、以下の特徴をもつ発明を完成するに至った。 In order to achieve the above object, the inventors of this application avoided the slow writing speed of the STM chip and used Bi nanolines discovered by Miki et al. About 10 years ago as a template for atomic scale metal wires or nanoclusters. Inspired to do. Then, a mask material for covering the silicon on which the Bi nanoline is formed is inevitably used. The inventors of this application have found an appropriate mask material having the characteristics required as a mask material, that is, a property that never adheres to the Bi nanoline and never adheres other metals. As a result, an invention having the following characteristics has been completed.
すなわち、本発明は、まず第１には、鋳型としてのビスマスナノラインの上に形成され
た金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの幅は前記ビスマスナノラインの幅の約２倍又はそれ以下である原子スケール金属ワイヤを提供する。本発明は、第２には、前記ビスマスナノラインは、中心間距離が約０．６５ｎｍの２本のビスマス原子細線からなる上記の原子スケール金属ワイヤを提供する。本発明は、第３には、前記金属ワイヤは１原子又は数原子の幅を有している上記の原子スケール金属ワイヤを提供する。本発明は、第４には、前記金属ワイヤを構成する金属が、ビスマスに対して濡れ性を有する濡れ性金属である上記の原子スケール金属ワイヤを提供する。本発明は、第５には、濡れ性金属が、インジウム、アルミニウムまたはガリウムである原子スケール上記の原子スケール金属ワイヤを提供する。
That is, the present invention first includes a metal wire formed on a bismuth nanoline as a template, and the width of the metal wire is about twice or less than the width of the bismuth nanoline. An atomic scale metal wire is provided. The present invention secondly provides the atomic scale metal wire, wherein the bismuth nanoline is composed of two bismuth atomic wires having a center-to-center distance of about 0.65 nm. The present invention thirdly provides the above atomic scale metal wire, wherein the metal wire has a width of one atom or several atoms. 4thly this invention provides said atomic scale metal wire whose metal which comprises the said metal wire is a wettability metal which has wettability with respect to bismuth. The present invention fifthly provides an atomic scale metal wire as described above, wherein the wettable metal is indium, aluminum or gallium.
本発明は、第６には、金、銀および白金からなる群から選ばれる第二の金属を含む原子スケール金属ワイヤであって、前記原子金属ワイヤは、鋳型としてのビスマスナノラインの上に形成された第一の金属としてのＩｎから成る金属ワイヤの上に形成されている原子スケール金属ワイヤを提供する。本発明は、第７には、前記原子スケール金属ワイヤが、１原子または数原子の幅を有している上記の原子スケール金属ワイヤを提供する。 Sixth, the present invention provides an atomic scale metal wire including a second metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum, wherein the atomic metal wire is formed on a bismuth nanoline as a template. An atomic scale metal wire formed on a metal wire made of In as a first metal is provided. Seventhly, the present invention provides the above atomic scale metal wire, wherein the atomic scale metal wire has a width of one atom or several atoms.
本発明は、第８には、鋳型としてのビスマスナノラインの上に形成された金属ナノクラスターを含み、前記金属ナノクラスターの径がビスマスナノラインの幅の約１０倍またはそれ以下である原子スケール金属ナノクラスターを提供する。本発明は、第９には、前記ビスマスナノラインが、中心間距離が約０．６５ｎｍの２本のビスマス原子細線から成る上記の原子スケール金属ナノクラスターを提供する。本発明は、第１０には、前記金属ナノクラスターは、１０〜８０個の金属原子から成る上記の原子スケール金属ナノクラスターを提供する。本発明は、第１１には、前記金属ナノクラスターを構成する金属が、ビスマスに対して非濡れ性を有する非濡れ性金属である上記の原子スケール金属ナノクラスターを提供する。本発明は、第１２には、非濡れ性金属が、銀、金、白金または鉄である上記の原子スケール金属ナノクラスターを提供する。 Eighth, the present invention includes an atomic scale including metal nanoclusters formed on a bismuth nanoline as a template, wherein the diameter of the metal nanocluster is about 10 times or less than the width of the bismuth nanoline. Provide metal nanoclusters. Ninthly, the present invention provides the above atomic scale metal nanocluster, wherein the bismuth nanoline is composed of two bismuth atomic wires having a center-to-center distance of about 0.65 nm. In the tenth aspect, the present invention provides the above atomic scale metal nanocluster, wherein the metal nanocluster is composed of 10 to 80 metal atoms. 11thly this invention provides said atomic scale metal nanocluster whose metal which comprises the said metal nanocluster is a non-wetting metal which has non-wetting property with respect to bismuth. The present invention provides, in a twelfth aspect, the above atomic scale metal nanocluster, wherein the non-wetting metal is silver, gold, platinum, or iron.
さらに、本発明は、第１３には、（１）鋳型としてのナノラインを有する表面を調製し、（２）ナノライン以外の表面をマスク材で被覆し、（３）ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を適切な温度でナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ワイヤを成長させる工程を含む原子スケールの金属ワイヤの製造方法を提供する。本発明は、第１４には、ナノラインを有する表面が、ビスマスナノラインを有するシリコン（００１）基板である上記の製造方法を提供する。本発明は、第１５には、金属が、インジウム、アルミニウムまたはガリウムである上記の製造方法を提供する。本発明は、第１６には、前記金属がインジウムである場合、（４）金、銀および白金からなる群から選ばれる第二の金属を、インジウムで構成される金属ワイヤの上に堆積させる工程を含む上記の製造方法を提供する。本発明は、マスク材が水素またはアンモニアである上記の製造方法を提供する。 Further, according to the present invention, in the thirteenth, (1) a surface having a nanoline as a template is prepared, (2) a surface other than the nanoline is coated with a mask material, and (3) selectively wetted with respect to the nanoline. There is provided an atomic scale metal wire manufacturing method including a step of depositing a metal having a property on a nanoline at an appropriate temperature and growing a metal wire composed of the metal. 14thly this invention provides said manufacturing method whose surface which has a nanoline is a silicon | silicone (001) board | substrate which has a bismuth nanoline. 15thly this invention provides said manufacturing method whose metal is indium, aluminum, or gallium. In the sixteenth aspect of the present invention, when the metal is indium, (4) a step of depositing a second metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum on a metal wire composed of indium. The above manufacturing method is provided. The present invention provides the above production method, wherein the mask material is hydrogen or ammonia.
本発明は、第１８には、（１）鋳型としてのナノラインを有する表面を調製し、（２）前記鋳型としてのナノライン以外の表面を、マスク材を用いて被覆し、（３）前記ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を、適切な温度で、ナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ナノクラスターを成長させる工程を含む、原子スケール金属ナノクラスターの製造方法を提供する。本発明は、第１９には、ナノラインを有する表面が、ビスマスナノラインを有するシリコン（００１）基板である上記の製造方法を提供する。本発明は、第２０には、前記金属が、銀、金、白金または鉄である上記の製造方法を提供する。本発明は、第２１には、前記マスク材が、水素またはアンモニアである上記の製造方法を提供する。 In the eighteenth aspect of the present invention, (1) a surface having a nanoline as a template is prepared, (2) a surface other than the nanoline as the template is coated with a mask material, and (3) the nanoline is formed. A method for producing atomic-scale metal nanoclusters, comprising a step of depositing a metal having wettability selectively on a nanoline at an appropriate temperature to grow a metal nanocluster composed of the metal. To do. The nineteenth aspect of the present invention provides the above manufacturing method, wherein the surface having nanolines is a silicon (001) substrate having bismuth nanolines. According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided the above production method, wherein the metal is silver, gold, platinum or iron. In the twenty-first aspect, the present invention provides the above manufacturing method, wherein the mask material is hydrogen or ammonia.
シリコン基板上の自己組織化ビスマスナノライン鋳型の上に形成された本発明の原子スケール金属ワイヤは、電子デバイスに有用であろう。本発明の原子スケール金属ナノクラスターは、電荷またはスピンキュービットを具現化するものとして量子情報デバイスに有用となるであろう。 The atomic scale metal wires of the present invention formed on a self-assembled bismuth nanoline template on a silicon substrate would be useful for electronic devices. The atomic scale metal nanoclusters of the present invention will be useful in quantum information devices as implementing charge or spin qubits.
原子スケールのワイヤ又はナノクラスターを基板上に成長させる本発明の方法によると、シリコン上の自己組織化ビスマステンプレートの上に、上記原子スケールの金属ワイヤまたは金属ナノクラスターを、容易かつ正確に製造することができる。 According to the method of the present invention for growing atomic-scale wires or nanoclusters on a substrate, the atomic-scale metal wires or metal nanoclusters are easily and accurately manufactured on a self-organized bismuth template on silicon. be able to.
上述の特徴をもつ本発明を、以下に更に具体的に説明する。 The present invention having the above-described features will be described more specifically below.
本発明の原子スケール金属ワイヤは、鋳型としてのＢｉ（ビスマス）ナノラインの上に形成された金属ワイヤを含んでいる。原子スケール金属ワイヤの線幅は、所望の金属原子の種類によって異なるが、通常は、上記Ｂｉナノラインの線幅の約２倍またはそれ以下である。その線幅は、一原子または数原子のサイズに対応し、具体的には、２ｎｍ以下、好ましくは約１ｎｍであると考えることができる。原子スケール金属ワイヤの長さは任意である。そのような原子スケール金属ワイヤの形態は、鋳型としてのＢｉナノラインに対応する。 The atomic scale metal wire of the present invention includes a metal wire formed on a Bi (bismuth) nanoline as a template. The line width of the atomic scale metal wire varies depending on the type of metal atom desired, but is usually about twice or less than the line width of the Bi nanoline. The line width corresponds to the size of one atom or several atoms, specifically it can be considered to be 2 nm or less, preferably about 1 nm. The length of the atomic scale metal wire is arbitrary. Such a form of atomic scale metal wire corresponds to a Bi nanoline as a template.
Ｂｉナノラインは、ビスマス原子が隙間なく一列に整列したビスマス原子線と定義できる。実際に、そのようなＢｉナノラインは、本発明者らが提案した方法によって、非常に真っすぐで長く、互いに接触することがない一対のビスマス原子細線として容易に得ることができる。ここで、Ｂｉナノラインは、限定的には、自己組織的に形成した一対のビスマス原子細線からなるナノラインであり、各ナノラインの中心間距離は約０．６５ｎｍ離れており、そして、多数のＢｉ原子が数百ｎｍほどの長さに亘って完全に直線的に、１Ｄアレイのように整列している。Ｂｉ原子線間の距離の０．６５ｎｍは、図９に示すように４つのシリコンダイマーの空間を占有するシリコン基板上の一対のＢｉダイマーの距離に対応している。Ｂｉナノラインは、典型的には、約５００ｎｍ程度の長さであり、隣接するＢｉナノラインの最近接距離は約２．５ｎｍである。 Bi nanoline can be defined as a bismuth atom line in which bismuth atoms are aligned in a line without any gap. In fact, such Bi nanolines can be easily obtained by a method proposed by the present inventors as a pair of bismuth atomic wires that are very straight and long and do not contact each other. Here, the Bi nanoline is limited to a nanoline composed of a pair of bismuth atomic wires formed in a self-organized manner, the distance between the centers of each nanoline being about 0.65 nm, and a large number of Bi atoms. Are completely linearly aligned like a 1D array over a length of about several hundred nanometers. The distance between Bi atomic beams of 0.65 nm corresponds to the distance between a pair of Bi dimers on a silicon substrate that occupies the space of four silicon dimers, as shown in FIG. The Bi nanoline is typically about 500 nm in length, and the closest distance between adjacent Bi nanolines is about 2.5 nm.
本発明において、前記金属ワイヤを構成する金属は、ビスマスに対して濡れ性を有する濡れ性金属であることが好ましい。濡れ性とは、一般的な概念として、他の金属で被覆された場合に表面エネルギーが減少する状態を意味すると考えることができる。それゆえ、濡れ性金属とは、自身に対してよりもＢｉナノラインに対して強い相互作用のある金属を示すと理解することができる。相互作用の相対的な強さは、個々の金属または組み合わせに依存しており、この濡れ性は最近ではコンピュータ科学や金属データベースを用いて高精度で計算されている。そのような濡れ性を有する金属は、好ましくは、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）またはＧａ（ガリウム）とすることができる。 In the present invention, the metal constituting the metal wire is preferably a wettable metal having wettability to bismuth. As a general concept, the wettability can be considered to mean a state in which the surface energy decreases when coated with another metal. Therefore, a wettable metal can be understood to indicate a metal that has a stronger interaction with Bi nanolines than with itself. The relative strength of the interaction depends on the individual metal or combination, and this wettability has recently been calculated with high accuracy using computer science and metal databases. The metal having such wettability can be preferably In (indium), Al (aluminum), or Ga (gallium).
そして、本発明では、インジウム、アルミニウムまたはガリウムからなる原子スケール金属ワイヤが得られる。 In the present invention, an atomic scale metal wire made of indium, aluminum or gallium is obtained.
さらに、本発明の原子スケール金属ナノクラスターは、鋳型としてのＢｉナノラインの上に形成された金属ナノクラスターを含み、前記金属ナノクラスターの径が前記Ｂｉナノラインの幅の１０倍またはそれ以下である。金属ナノクラスターの径は、所望の金属原子の種類によって異なり、金属ナノクラスターは１０〜１００個の金属原子からなり、径は２ｎｍ以下、より好ましくは、１．５ｎｍ以下であると考えることができる。原子スケール金属ワイヤのそのような形態は、上で述べたように、鋳型としてのＢｉナノラインに対応している。 Furthermore, the atomic scale metal nanocluster of the present invention includes a metal nanocluster formed on a Bi nanoline as a template, and the diameter of the metal nanocluster is 10 times or less than the width of the Bi nanoline. The diameter of the metal nanocluster varies depending on the type of metal atom desired, and the metal nanocluster consists of 10 to 100 metal atoms, and the diameter can be considered to be 2 nm or less, more preferably 1.5 nm or less. . Such a form of atomic scale metal wire corresponds to a Bi nanoline as a template, as described above.
本発明において、原子スケール金属ナノクラスターを構成する金属は、ビスマスに対して非濡れ性を有する非濡れ性金属であることが好ましい。さらに具体的には、非濡れ性金属とは、Ｂｉナノラインに対してよりも自身に対して強い相互作用のある金属を意味する。そのような非濡れ性金属は、好ましくは、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）またはＦｅ（鉄）とすることができる。 In this invention, it is preferable that the metal which comprises an atomic scale metal nanocluster is a non-wetting metal which has non-wetting property with respect to bismuth. More specifically, a non-wetting metal means a metal that has a stronger interaction with itself than with Bi nanolines. Such a non-wetting metal can preferably be Ag (silver), Au (gold), Pt (platinum) or Fe (iron).
そして、本発明では、銀、金、白金または鉄からなる原子スケール金属ナノクラスターを得ることができる。 And in this invention, the atomic scale metal nanocluster which consists of silver, gold | metal | money, platinum, or iron can be obtained.
加えて、本発明における原子スケールＡｕナノクラスターは、官能基化分子に対する鎖（tethers）としても使用できる。分子は、Ａｕと反応してＡｕ−Ｓ結合を形成するチオ
ール基（−ＳＨ）で官能基化されていても。このように、原子スケールＡｕナノクラスターのアレイは、活性分子のアレイの形成に利用することができる。図４に、Ｂｉナノラインを鋳型として用いたシリコン基板上に繋がれた分子からなるアレイの概念を示す。
In addition, the atomic scale Au nanoclusters in the present invention can also be used as tethers for functionalized molecules. The molecule may be functionalized with a thiol group (-SH) that reacts with Au to form an Au-S bond. Thus, an array of atomic scale Au nanoclusters can be used to form an array of active molecules. FIG. 4 shows the concept of an array of molecules connected on a silicon substrate using Bi nanolines as a template.
更に、本発明においては、Ｂｉに対しては濡れ性を有しないが、Ｂｉに対して濡れ性をもつ金属に対して濡れ性を有する金属からなる原子スケールワイヤが提供される。そのような原子スケール金属ワイヤは、例えば、金、銀および白金からなる群から選ばれる第２の金属を含み、この原子スケール金属ワイヤは、鋳型としてのＢｉナノラインの上に形成された第１の金属としてのインジウムから成る金属ワイヤの上に形成される。原子スケール金属ワイヤの線幅は、上記の原子スケール金属ワイヤと同様に、Ｂｉナノラインの線幅の約２倍またはそれ以下である。 Furthermore, the present invention provides an atomic scale wire made of a metal that does not have wettability to Bi but has wettability to a metal that has wettability to Bi. Such an atomic scale metal wire includes, for example, a second metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum, and the atomic scale metal wire is formed on a Bi nanoline as a template. It is formed on a metal wire made of indium as a metal. The line width of the atomic scale metal wire is about twice or less than the line width of the Bi nanoline, similar to the above atomic scale metal wire.
上記の原子スケール金属ワイヤもしくは金属クラスターは、例えば、本発明の方法によって適切に製造することができる。すなわち、原子スケール金属ワイヤの製造方法は、
（１）鋳型としてのナノラインを有する表面を準備し、
（２）ナノライン以外の表面をマスク材で被覆し、
（３）ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を適切な温度でナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ワイヤを成長させる
工程を含んでいる。
The above-mentioned atomic scale metal wires or metal clusters can be appropriately produced by the method of the present invention, for example. That is, the manufacturing method of the atomic scale metal wire is:
(1) Prepare a surface with nanolines as a template,
(2) The surface other than the nanoline is covered with a mask material,
(3) A step of depositing a metal having wettability selectively with respect to the nanoline on the nanoline at an appropriate temperature and growing a metal wire composed of the metal is included.
工程（１）において、鋳型としてのナノラインを有する表面は、図１のステップ１に示すように、ナノライン（２）を有する非伝導性基板（１）とすることができる。非伝導性基板（１）としては、微細加工技術をデバイスに応用しやすいとの理由で、シリコンや、シリコンとゲルマニウムとの混晶を使用するのが好ましい。ナノライン（２）は、種々の金属原子によってつくることができ、ナノワイヤの鋳型となるため、所望の大きさあるいはアレイとすることができる。ナノライン（２）は、自己組織化的に形成されることが好ましく、更には１Ｄアレイを形成することが好ましい。本発明において、Ｂｉナノラインを有するシリコン基板（００１）が、かなり典型的な例として例示できる。ナノライン（２）は、種々の方法により表面上につくることができ、上記の特許文献２あるいは非特許文献５，６で示したような本発明者らが提案した方法によって、正確につくることができる。例えば、具体的には、Ｂｉナノラインのアレーを有する表面は、Ｂｉをシリコン（００１）表面上に速度約０．１原子層（ＭＬ）／分、温度約５７０℃で、１０−２０分間堆積し、余分なＢｉがほぼ全て蒸発するまでアニールすることによって、つくることができる。ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリング法、ＬＰＥ、ＭＢＥ、電子銃蒸着法等のような種々の金属蒸着技術を利用することができる。基板は約６００℃まで加熱することが好ましい。雰囲気は、真空やアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気が好ましい。これにより、残存するＢｉが、シリコン（００１）表面上で自己組織的にＢｉナノラインを形成する。１Ｄアレイは、シリコンダイマーがすべて同じ方向に連続して延びるように、段階的な表面
を使って実現することができる。
In step (1), the surface having nanolines as a template can be a non-conductive substrate (1) having nanolines (2) as shown in step 1 of FIG. As the non-conductive substrate (1), it is preferable to use silicon or a mixed crystal of silicon and germanium because the microfabrication technology is easily applied to the device. The nanoline (2) can be made of various metal atoms and becomes a nanowire template, so that it can have a desired size or array. The nanoline (2) is preferably formed in a self-organized manner, and further preferably forms a 1D array. In the present invention, a silicon substrate (001) having Bi nanolines can be illustrated as a fairly typical example. The nanoline (2) can be formed on the surface by various methods, and can be accurately formed by the method proposed by the present inventors as shown in Patent Document 2 or Non-Patent Documents 5 and 6 above. it can. For example, specifically, a surface having an array of Bi nanolines deposits Bi on a silicon (001) surface at a rate of about 0.1 atomic layer (ML) / min and a temperature of about 570 ° C. for 10-20 minutes. , By annealing until almost all of the Bi is evaporated. Various metal deposition techniques such as MOCVD, CVD, sputtering, LPE, MBE, electron gun deposition, etc. can be used. The substrate is preferably heated to about 600 ° C. The atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as vacuum or argon gas. Thereby, the remaining Bi forms Bi nanolines in a self-organized manner on the silicon (001) surface. A 1D array can be realized using a stepped surface so that the silicon dimers all extend continuously in the same direction.
工程（２）では、図１のステップ２に示すように、ナノライン（２）以外の表面を、マスク材（３）でマスクする。マスク材（３）はナノライン（２）以外のバックグラウンドをマスクする。マスク材（３）については、ナノライン（２）の上には決して吸着しないことが要求され、また、原子スケールの金属ワイヤを構成する金属は、そのマスク材の上に付着しないことが要求される。本発明において特徴的なそのようなマスク材（３）は、水素やアンモニアとすることができる。例えば、水素を堆積させるとき、水素はＢｉナノライン上に吸着せずに、その周りのシリコン基板表面に吸着し、それをマスクする。アンモニアは、マスク材としてのみ機能する水素の代用となるが、表面がＳｉ（００１）の場合は、Ｂｉナノラインの周りに窒化ケイ素物を成長させることを約束する。マスキングは、マスク材ガスが供給できるのであれば、その手法は限定されない。雰囲気は、真空あるいはアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、マスク材ガス雰囲気、もしくはマスク材ガスとＮ２やＨ２のようなキャリアーガスとの混合雰囲気とすることができる。マスキングは、例えば、基板の表面を１×１０-6Ｐａのアンモニアに、室温で、１０分間、十分に晒すことで行うことができる。 In step (2), as shown in step 2 of FIG. 1, the surface other than the nanoline (2) is masked with a mask material (3). The mask material (3) masks the background other than the nanoline (2). The mask material (3) is required to never adsorb on the nanoline (2), and the metal constituting the atomic scale metal wire is required not to adhere on the mask material. . Such a mask material (3) characteristic in the present invention may be hydrogen or ammonia. For example, when hydrogen is deposited, hydrogen does not adsorb on Bi nanolines, but adsorbs on the surrounding silicon substrate surface and masks it. Ammonia serves as a substitute for hydrogen that functions only as a mask material, but when the surface is Si (001), it promises to grow silicon nitride around the Bi nanoline. The masking method is not limited as long as the mask material gas can be supplied. The atmosphere can be an inert gas atmosphere such as vacuum or argon gas, a mask material gas atmosphere, or a mixed atmosphere of a mask material gas and a carrier gas such as N 2 or H 2 . Masking can be performed, for example, by sufficiently exposing the surface of the substrate to 1 × 10 −6 Pa of ammonia at room temperature for 10 minutes.
工程（３）では、図１のステップ３に示すように、金属（４）をナノライン（２）上に適切な温度で堆積させる。金属（４）は、ナノライン（２）に対して選択的に濡れ性を有することが要求され、マスキングされた表面に付着するものであってはならない。金属（４）の好ましいものは、インジウム、アルミニウムまたはガリウムである。適切な温度とは、堆積した金属が安定である領域の温度を意味し、堆積した金属の拡散を促進するためには室温より上の温度が好ましい。例えば、インジウムを堆積させる場合は、約４００Ｋである。この温度を越えると、インジウムはＢｉナノラインから離れて液滴をつくる。堆積方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリング法、ＬＰＥ、ＭＢＥ、電子銃蒸着法等のような種々の金属蒸着技術が利用できる。堆積させる金属の最大量は鋳型の面積と同じであって、これは単原子層（ＭＬ）の約５−１０％である。０．００５原子層／分で１０分間の堆積により、ほぼ完全な鋳型の被覆を行うことができる。ゆっくり、例えば、約０．０１原子層／分の堆積は、金属がマスキング背景上に島をつくることなく、Ｂｉナノライン上へ拡散する時間を与えるために好ましい。この制限量を越えた堆積は、表面上に金属（４）の大きな液滴を形成し始めるようになるだろう。金属はランダムに落着し、鋳型、すなわち、Ｂｉナノラインの上を拡散するだろう。そして、原子スケール金属ワイヤ（５）がＢｉナノライン（２）の上に形成される。 In step (3), metal (4) is deposited on nanoline (2) at an appropriate temperature as shown in step 3 of FIG. The metal (4) is required to have selective wettability with respect to the nanoline (2) and should not adhere to the masked surface. The preferred metal (4) is indium, aluminum or gallium. Appropriate temperature means the temperature in the region where the deposited metal is stable, preferably above room temperature in order to promote the diffusion of the deposited metal. For example, when depositing indium, it is about 400K. Beyond this temperature, indium forms droplets away from the Bi nanoline. The deposition method is not particularly limited, and various metal deposition techniques such as MOCVD, CVD, sputtering, LPE, MBE, electron gun deposition, and the like can be used. The maximum amount of metal deposited is the same as the mold area, which is about 5-10% of the monoatomic layer (ML). With a 10 minute deposition at 0.005 atomic layer / minute, almost complete template coverage can be achieved. Slow, for example, deposition of about 0.01 atomic layer / min is preferred to allow time for the metal to diffuse onto the Bi nanoline without creating islands on the masking background. Deposition beyond this limit will begin to form large droplets of metal (4) on the surface. The metal will settle randomly and diffuse over the mold, ie Bi nanoline. An atomic scale metal wire (5) is then formed on the Bi nanoline (2).
加えて、図７に示すように、ナノラインに対して非濡れ性金属の原子スケール金属ワイヤを得るために、上記工程に続いて以下の工程（４）を行うことができる。 In addition, as shown in FIG. 7, in order to obtain an atomic scale metal wire of a non-wetting metal with respect to the nanoline, the following step (4) can be performed following the above step.
工程（４）では、第二の金属（１９）を形成された原子スケール金属ワイヤ（５）の上に堆積させる。第二の金属（１９）は、鋳型としてのナノライン（２）に対して非濡れ性金属とすることができ、形成された原子スケール金属ワイヤ（５）に対しては選択的に濡れ性を有することが要求される。形成された原子スケール金属ワイヤ（５）がインジウムワイヤである場合には、第二の金属（１９）として、金、銀、白金等が例示される。これら第二の金属（１９）は、インジウムワイヤに対して濡れ、したがって、インジウムワイヤの上に金属の第二の層を形成して、それ自身の原子スケール金属ワイヤ（２０）を完成させることになる。堆積は、例えば、約０．００５原子層／分の速度で好適に行なわれる。 In step (4), a second metal (19) is deposited on the formed atomic scale metal wire (5). The second metal (19) can be a non-wetting metal with respect to the nanoline (2) as a template and is selectively wettable with respect to the formed atomic scale metal wire (5). Is required. When the formed atomic scale metal wire (5) is an indium wire, examples of the second metal (19) include gold, silver, and platinum. These second metals (19) are wetted against the indium wire, thus forming a second layer of metal on the indium wire to complete its own atomic scale metal wire (20). Become. Deposition is suitably performed, for example, at a rate of about 0.005 atomic layer / minute.
本発明の、原子スケール金属ナノクラスターの製造方法は、図３に示したように、
（１）鋳型としてのナノラインを有する表面を調製し、
（２）前記鋳型としてのナノライン以外の表面を、マスク材を用いて被覆し、
（３）前記ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を、適切な温度で、ナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ナノクラスターを成長させる
工程を含んでいる。
As shown in FIG. 3, the method for producing atomic scale metal nanoclusters of the present invention is as follows.
(1) Prepare a surface with nanolines as templates,
(2) A surface other than the nanoline as the template is coated with a mask material,
(3) A step of depositing a metal having wettability selectively with respect to the nanoline on the nanoline at an appropriate temperature to grow a metal nanocluster composed of the metal.
すなわち、原子スケール金属ナノクラスターの製造は、上記の原子スケール金属ワイヤの方法における濡れ性金属（４）を、非濡れ性金属（６）に置き換えることによって可能となる。それゆえ、上で述べたように、ナノライン（２）の表面は、Ｂｉナノラインをもつシリコン（００１）結晶基板とすることができ、マスク材は水素又はアンモニアとすることができる。また、上記方法と違って、工程（３）では、金属（６）はナノライン（２）に対して選択的に非濡れ性を有することが要求される。非濡れ性金属（６）は、別の言い方をすれば、ナノライン（２）に対してよりも自身に対して強い相互作用を持つ金属を意味する。そのような金属（６）は、銀、金、白金、鉄等とすることができる。好適な温度とは、堆積された金属が安定な範囲の温度を意味し、これは室温よりわずかに上で約３５０Ｋ以下の範囲の温度と考えられる。そのような温度で、堆積金属の拡散が促進される。これを越えると、金属（６）はナノラインから浮き上がり、２００原子又はそれ以上の大きな液滴を形成してしまう。堆積はゆっくりと、例えば、約０．００１原子層／分の速度で行い、マスクされたバックグラウンンドの上にクラスターが形成する前に、金属原子がＢｉナノライン鋳型の上を拡散するように行なうことが望ましい。金属（６）は堆積し、ナノラインの上に拡散し、互いに付着して約１０−１００個の原子からなる小滴をつくる。そして、一連の原子スケール金属ナノクラスター（７）が、ナノライン（２）に沿って形成される。原子スケール金属ナノクラスター（７）のピークサイズは、堆積の速度およびその総量を変えることで制御することができる。０．５ｎｍのクラスターを多く高密度につくろうとすれば、例えば、０．００１原子層／分の速度で、２−３分で十分である。 That is, the production of atomic scale metal nanoclusters is possible by replacing the wettable metal (4) in the above atomic scale metal wire method with a non-wettable metal (6). Therefore, as described above, the surface of the nanoline (2) can be a silicon (001) crystal substrate with Bi nanolines and the mask material can be hydrogen or ammonia. Further, unlike the above method, in the step (3), the metal (6) is required to be selectively non-wetting with respect to the nanoline (2). Non-wetting metal (6), in other words, means a metal that has a stronger interaction with itself than with nanoline (2). Such a metal (6) can be silver, gold, platinum, iron or the like. By suitable temperature is meant a temperature in the range in which the deposited metal is stable, which is considered to be in the range of about 350K or less, just above room temperature. At such temperatures, the diffusion of the deposited metal is facilitated. Beyond this, the metal (6) floats from the nanoline and forms large droplets of 200 atoms or more. Deposition is performed slowly, for example at a rate of about 0.001 atomic layer / minute, so that metal atoms diffuse over the Bi nanoline template before clusters form on the masked background. It is desirable. Metal (6) deposits, diffuses over the nanoline and adheres to each other to form droplets of about 10-100 atoms. A series of atomic scale metal nanoclusters (7) is then formed along the nanoline (2). The peak size of atomic scale metal nanoclusters (7) can be controlled by changing the rate of deposition and its total amount. If a large number of 0.5 nm clusters are to be formed with high density, for example, 2-3 minutes is sufficient at a rate of 0.001 atomic layer / minute.
本発明の実施の形態について、実施例を示して、さらに詳しく説明する。 The embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[実施例１] 金属（インジウム）ナノワイヤの成長
図５および図６に、金属（インジウム）ナノワイヤの成長の一例を示した。ワイヤ（１６）を、JEOL 4500XT型の超真空（UHV）走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）システム内で成長させた。基板（１１）としての比抵抗０．０１Ω／ｃｍのホウ素ドープＳｉ（００１）を、標準的な方法（非特許文献４参照）で清浄化し、上記ＵＨＶシステム内に設置した。Ｓｉ（００１）清浄面を、圧力が１×１０-6Ｐａ以下に維持されるまで、１１５０℃で３０秒間の繰り返し加熱処理を施した。その後、サンプルを５７０℃まで冷やした。Ｂｉを、クヌドセン室（Knudsen cell）から０．１原子層（ＭＬ）／分の速度で堆積させた（工程１）。これは、われわれの系におけるクヌドセン室温度の４５０℃に対応する。表面を、アニーリングのあいだ中、表面上のナノライン以外のＢｉが全て蒸発するまで、ＳＴＭで観察した。これは、堆積された金属がＢｉナノライン上にのみ付着するために重要であり、これに約２０分かかった。
Example 1 Growth of Metal (Indium) Nanowire FIGS. 5 and 6 show an example of growth of metal (indium) nanowires. Wire (16) was grown in an ultra-vacuum (UHV) scanning tunneling microscope (STM) system of JEOL 4500XT type. Boron-doped Si (001) having a specific resistance of 0.01 Ω / cm as the substrate (11) was cleaned by a standard method (see Non-Patent Document 4) and placed in the UHV system. The Si (001) clean surface was repeatedly heat-treated at 1150 ° C. for 30 seconds until the pressure was maintained at 1 × 10 −6 Pa or less. The sample was then cooled to 570 ° C. Bi was deposited from the Knudsen cell at a rate of 0.1 atomic layer (ML) / min (step 1). This corresponds to the Knudsen chamber temperature of 450 ° C. in our system. The surface was observed with STM during annealing until all Bi except for the nanolines on the surface had evaporated. This was important because the deposited metal deposited only on Bi nanolines, which took about 20 minutes.
次いで、サンプルを室温に冷却し、ここで、表面をマスク剤（１３）としてのアンモニアの層（１４）で覆った（工程２）。アンモニアへの暴露（exposure）は約４ラングミュア、すなわち、１×１０-6Ｐａ×１０分とした。金属堆積の前に、サンプルを３５０Ｋで１時間の処理で安定させた。インジウム（１５）を、電子ビーム蒸発器から約0.01原子層／分の速度で堆積した（工程３）。インジウム（１５）は、１分という短い時間に堆積させ、その堆積の間、表面をＳＴＰで観察して、堆積された金属の量を測定した。約５線量のインジウム１５の照射の後、Ｂｉナノライン（１２）はインジウム（１５）で完全に覆われ、そして原子スケールのワイヤ（１６）が形成されたのが確認された。これらのワイヤ（１６）は、ナノラインテンプレート（１２）と同じ線幅の、１．５ｎｍ幅であった。 The sample was then cooled to room temperature, where the surface was covered with an ammonia layer (14) as a masking agent (13) (step 2). The exposure to ammonia was about 4 Langmuirs, ie 1 × 10 −6 Pa × 10 minutes. Prior to metal deposition, the sample was stabilized by treatment at 350K for 1 hour. Indium (15) was deposited from an electron beam evaporator at a rate of about 0.01 atomic layer / minute (step 3). Indium (15) was deposited in a time as short as 1 minute, during which the surface was observed with STP to determine the amount of deposited metal. After irradiation with about 5 doses of indium 15, it was confirmed that Bi nanolines (12) were completely covered with indium (15) and that atomic scale wires (16) were formed. These wires (16) were 1.5 nm wide, the same line width as the nanoline template (12).
[実施例２] 金属（銀）ナノクラスターの成長
金属（銀）ナノクラスターの成長の一例を図７および図８に示した。
[Example 2] Growth of metal (silver) nanoclusters An example of growth of metal (silver) nanoclusters is shown in Figs.
金属（銀）ナノクラスター（１８）を、JEOL 4500XT形の超真空（UHV）走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）システム内で成長させた。基板（１１）としてのホウ素をドープした比抵抗０．０１Ω／ｃｍのＳｉ（００１）試料を標準的な方法（非特許文献４参照）で清浄化し、これを上記ＵＨＶシステム内に設置した。Ｓｉ（００１）清浄表面を、１１５０℃で３０秒間、３０秒後に１ｘ１０-6Ｐａ以下に留まるまで、繰り返し加熱処理を施した。サンプルを５７０℃まで冷却した。ビスマスをクヌドセン室から０．１原子層／分の速度で堆積させた（工程１）。これは、われわれの系におけるクヌドセン室温度の４５０℃に対応する。表面にあるナノライン以外の全てのＢｉが蒸発するまで、アニーリングの間中、表面をＳＴＭ中で観察した。これに約２０分かかった。堆積した金属がＢｉナノライン上にのみ付着するために、このことは重要である。次に、サンプルを室温に冷やし、表面をアンモニア（１３）の層（１４）で被覆した（工程２）。アンモニア（１３）への暴露は、約４ラングミュア、すなわち、１ｘ１０-6Ｐａｘ１０分であった。サンプルは、金属堆積の前に、３５０Ｋで１時間の処理で安定化された。銀（１７）を、電子ビーム蒸発器から約0.005 ML/minの速度で堆積した（工程３）。銀（１７）は、１分という短い時間に堆積させ、その堆積の間に表面をＳＴＰで観察し、堆積された金属の量を測定した。約１−２線量の銀（１７）の照射の後には、高さ０．５ｎｍの小さな原子スケール金属ナノクラスター（１８）がＢｉナノライン（１２）の上に形成されたのが観察された。約５−１０線量の銀（１７）の照射の後には、これらのクラスター（１８）の数は増えたが、その大きさは概ねそのままであった。単一ピークの粒径分布が得られた。銀（１７）の流速を約0.01 ML/minにまで増加することにより、より大きなクラスター（１８）が得られ、さ
らに、表面温度を３５０Ｋまで上げると、ピークサイズが、０．７ｎｍ、１．１ｎｍおよび１．４ｎｍの三峰性の粒径分布が見られた。これはクラスター（１８）における原子数が１５０程度であることに対応する。
Metal (silver) nanoclusters (18) were grown in an ultra-vacuum (UHV) scanning tunneling microscope (STM) system of JEOL 4500XT type. A boron (doped) Si (001) sample having a specific resistance of 0.01 Ω / cm as a substrate (11) was cleaned by a standard method (see Non-Patent Document 4) and placed in the UHV system. The Si (001) clean surface was repeatedly heat-treated at 1150 ° C. for 30 seconds and after 30 seconds until it remained at 1 × 10 −6 Pa or less. The sample was cooled to 570 ° C. Bismuth was deposited from the Knudsen chamber at a rate of 0.1 atomic layer / minute (step 1). This corresponds to the Knudsen chamber temperature of 450 ° C. in our system. The surface was observed in STM throughout annealing until all Bi except the nanolines on the surface had evaporated. This took about 20 minutes. This is important because the deposited metal is deposited only on Bi nanolines. Next, the sample was cooled to room temperature, and the surface was coated with a layer (14) of ammonia (13) (step 2). Exposure to ammonia (13) was about 4 Langmuirs, ie 1 × 10 −6 Pax10 minutes. The sample was stabilized with a 1 hour treatment at 350K prior to metal deposition. Silver (17) was deposited from the electron beam evaporator at a rate of about 0.005 ML / min (Step 3). Silver (17) was deposited in a short time of 1 minute, during which the surface was observed with STP to measure the amount of deposited metal. After irradiation of about 1-2 doses of silver (17), it was observed that small atomic scale metal nanoclusters (18) with a height of 0.5 nm were formed on Bi nanolines (12). After irradiation with about 5-10 doses of silver (17), the number of these clusters (18) increased, but their size remained largely the same. A single peak particle size distribution was obtained. By increasing the flow rate of silver (17) to about 0.01 ML / min, larger clusters (18) are obtained, and when the surface temperature is increased to 350 K, the peak sizes are 0.7 nm and 1.1 nm. And a 1.4 nm trimodal particle size distribution. This corresponds to about 150 atoms in the cluster (18).
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modes are possible for details.
１ 非導電性基板
２ 自己組織化ナノライン
３ マスク材
４ 金属、濡れ性金属
５ 原子スケール金属ワイヤ
６ 金属、非濡れ性金属
７ 原子スケール金属ナノクラスター
１１ シリコン基板
１２ 自己組織化Ｂｉナノライン
１３ 窒化剤およびマスキング試薬（ＮＨ３）
１４ 非導電性表面層
１５ ワイヤ金属（インジウム）
１６ 原子スケールインジウムワイヤ
１７ 金属（Ａｇ）
１８ 原子スケール銀ナノクラスター
１９ 第二の金属
２０ 原子スケール第二金属ワイヤ
２１ チオール機能化分子
３１ 半導体基板
３２ ＳＰＭチップ（探査針）
３３ マスキング試薬（Ｈ）
３４ ワイヤ金属（Ａｌ）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonelectroconductive board | substrate 2 Self-organization nanoline 3 Mask material 4 Metal, wettability metal 5 Atomic scale metal wire 6 Metal, non-wettable metal 7 Atomic scale metal nanocluster 11 Silicon substrate 12 Self-organization Bi nanoline 13 Nitriding agent and Masking reagent (NH 3 )
14 Non-conductive surface layer 15 Wire metal (indium)
16 Atomic scale indium wire 17 Metal (Ag)
18 Atomic scale silver nanoclusters 19 Second metal 20 Atomic scale second metal wire 21 Thiol functionalized molecule 31 Semiconductor substrate 32 SPM chip (probing needle)
33 Masking reagent (H)
34 Wire metal (Al)
Claims (21)
第一の金属としてのＩｎから成る金属ワイヤの上に形成されている原子スケール金属ワイヤ。 An atomic scale metal wire including a second metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum, wherein the atomic metal wire is In as a first metal formed on a bismuth nanoline as a template. An atomic scale metal wire formed on a metal wire comprising:
（２）ナノライン以外の表面をマスク材で被覆し、
（３）ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を適切な温度でナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ワイヤを成長させる
工程を含む原子スケールの金属ワイヤの製造方法。 (1) Prepare a surface with nanolines as templates,
(2) The surface other than the nanoline is covered with a mask material,
(3) A method for producing an atomic scale metal wire, including a step of depositing a metal having wettability selectively with respect to the nanoline on the nanoline at an appropriate temperature and growing a metal wire composed of the metal.
（４）金、銀および白金からなる群から選ばれる第二の金属を、インジウムで構成される金属ワイヤの上に堆積させる工程を含む、請求項１５の製造方法。 When the metal is indium,
(4) The method according to claim 15, further comprising the step of depositing a second metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum on a metal wire made of indium.
（２）前記鋳型としてのナノライン以外の表面を、マスク材を用いて被覆し、
（３）前記ナノラインに対して選択的に濡れ性を有する金属を、適切な温度で、ナノライン上に堆積させて、その金属で構成される金属ナノクラスターを成長させる工程を含む、原子スケール金属ナノクラスターの製造方法。 (1) Prepare a surface with nanolines as templates,
(2) A surface other than the nanoline as the template is coated with a mask material,
(3) An atomic scale metal nano, comprising a step of depositing a metal having wettability selectively with respect to the nanoline on the nanoline at an appropriate temperature to grow a metal nanocluster composed of the metal. Cluster manufacturing method.
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