JP2008134460A

JP2008134460A - マイクロワイヤ、とそれを製造するための製造用デバイス並びにこのデバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法

Info

Publication number: JP2008134460A
Application number: JP2006320725A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Mitsui; 正三井; Yutaka Wakayama; 裕若山; Tsunenobu Onodera; 恒信小野寺; Hidetoshi Oikawa; 英俊及川; Tetsuyuki Ochiai; 哲行落合; Kazuaki Sakota; 和彰迫田
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】電子−光集積回路内部での配線及び光導波路に使用可能な１ｍｍ以上の長さを持つマイクロワイヤとその製造用デバイスおよびこのデバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法を提供する。
【解決手段】球体を分散させた媒液に対し、非親和性の表面を持つ基台１と、当該基台の表面に対し、前記媒液の毛細管現象を生じさせる間隔を持って配置した天井板４と、前記基台の表面に形成したドレイン溝３とからなるデバイスを用いて、前記天井板と前記基台の表面との間に、その一端が前記ドレイン溝に至るように前記媒液を保持し、前記ドレイン溝において前記媒液を徐々に蒸発させて、前記媒液保持部に分散させた球体を線状に濃縮して、微粒子体を線状に連ねることにより、マイクロワイヤを作製する。
【選択図】図３

Description

本発明は、１６０ミクロン以下の直径を有する球体（以下、微粒子という）を線状に配列させてなるマイクロワイヤとその製造用デバイス並びにこのデバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法に関する。本発明のマイクロワイヤは、１種類以上の微粒子から構成され、それが１６０ミクロン以下の幅で線状につながった構造であり、電子及び光集積回路の配線として利用可能である。

電子集積回路において、演算速度の高速化・高周波数化には回路の微細化が不可欠である。これは電気信号の伝送速度に上限があるためで、演算を制御する電気信号パルスの時間間隔が短くなると、一回目の電気信号がＬＳＩチップ全体に行き渡る前に次の信号が来てしまい、制御が出来なくなってしまうためである。
これを回避するためには、一つのＬＳＩチップ内に、複数の微細化した演算素子を作製しておき、個々の演算素子の間で演算結果のみを光回路でやり取りする方法が考案されている（光通信のチップ内への応用）。

ＬＳＩなどに用いられる電子集積回路の配線は、主にアルミニウムや金、銅といった金属からなり、フォトリソグラフィ法等を用いて微細かつ精密に設計されたパターンに加工するのが一般的である。
また微細なパターンを形成させる方法として、ドライエッチングによる方法が知られている。例えば反応イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）などが挙げられるが、これらのように配線を削りだす方法、トップダウン手法ではナノメートルスケールの配線を作製するのは難しいのが現状である。これとは逆に、ナノメートルスケールの構造を作製する方法として、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などを用いて原子を一個一個積み上げて作製する方法、ボトムアップ手法を用いれば、ナノメートルスケールの配線等を作製する事が可能であるが、この方法では原子を一個一個積み上げるため、大面積化することは容易ではない。

一方、光通信などに用いられる光集積回路の光配線、光導波路は、主に石英系ガラスやＬｉＮｂ_３等の光学結晶、ポリマーといった透明な誘電体材料からなり、上記と同じくフォトリソグラフィ法等を用いて作製されるのが一般的である。
特に、光導波路では、光の透過率を上げるため数μｍから数１０μｍの幅を持ちつつ、光の散乱や干渉が起こらないようにナノメートルスケールの「精度」を持った回路を作り出す必要がある。そのため、逆にドライエッチングではこのような大きい構造を、濁りなどを生じさせず、高い品質で、作製するためには非常に高い技術を要する。一方、ボトムアップ手法では、電子集積回路と同様、光導波路のブロックを一個一個積み上げるのは容易ではない。

近年、金属、半導体、酸化物、色素、導電性高分子などのミクロンオーダーのサイズをもつ微粒子がバルクとは異なる物性を示すため注目を集めている。例えば半導体微粒子の場合、光によって生成されるキャリアが、粒子内に閉じ込められる結果、微粒子サイズが減少すると共にバンドギャップや励起子エネルギーの増加が起こる（例えば、Ｇａｐｏｎｅｎｋｏ著、ＯｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＮａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）。つまり量子サイズ効果が発現し、キャリアの閉じ込めにより、例えば非線形光学特性の増大がみられ、超高速光スイッチング素子などへの応用が期待されている。また粒子のサイズを変えることで、発光波長をコントロールすることが可能であり、エレクトロルミネッセンスを用いた表示材料への応用も期待されている。このような半導体超微粒子、金属超微粒子などの超微粒子は、化学合成により作製することが可能で、これらの超微粒子の表面に有機配位子を配位、吸着、結合させることで、様々な溶媒に分散させることができる。

このような微粒子を分散させた溶媒中で、微粒子を直線状に配列し、ボトムアップ的に成長させることができれば、電子配線や光導波路として使用することが可能である。その際、人間が一個一個並べるのでなく、微粒子同士の親和力を利用して、自己集合的に成長させることができれば非常に容易に、かつ低コストで作製することができる。

また、ドライプロセスと異なり、ウェットプロセスで作製することが可能であれば、その点からもプロセス時間の短縮と低コスト化が可能である。

このようなマイクロワイヤについては、特許文献１に長さは５ｎｍ〜１００００ｎｍのものが示されている。当該従来技術は、図２に示すように、気液界面を使う方法であり、これ以上の長さを持つ直線性の高いワイヤを作ることは困難である。
前記０００２段落で記述したとおり、光集積回路内の光導波路として使うためには、チップの大きさと同程度、つまり最低でも１ｍｍ以上の長さを有することが必要である。

特開２００３−０７１７９９特表２００４−５１１８２８特開平８−１６０２２５特開２００４−０９８２４６特開２００５−２３４０１６特開２００１−３３０７６０特開２０００−３０１０４８

本発明は、このような実情に鑑み、電子−光集積回路内部での配線及び光導波路に使用可能な１ｍｍ以上の長さを持つマイクロワイヤとその製造用デバイスおよびこのデバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法を提供することを目的とする。

発明１のマイクロワイヤは、その長さが１０μｍ超であることを特徴とする。
発明２のマイクロワイヤは、その長さが１ｍｍ以上であることを特徴とする。

発明３は、発明１又は２に記載のマイクロワイヤの製造用デバイスであって、球体を分散させた媒液に対し、非親和性の表面を持つ基台と、当該基台の表面に対し、前記媒液の毛細管現象を生じさせる間隔を持って配置した天井板と、前記基台の表面に形成したドレイン溝とからなることを特徴とする。

発明４は、発明１に記載のマイクロワイヤの製造用デバイスにおいて、前記基台の表面における媒液保持箇所に、前記ドレイン溝に一端が至る媒液親和性の線が形成してあることを特徴とする。

発明５は、発明３又は４に記載の製造用デバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法であって、前記天井板と前記基台の表面との間に保持し、その一端が前記ドレイン溝に至るように前記媒液を保持し、前記ドレイン溝において前記媒液を徐々に蒸発させて、前記媒液保持部に分散させた球体を濃縮して、線状に連ねることを特徴とする。

発明１又は２により、従来では困難であった電子−光集積回路内部での配線及び光導波路にマイクロワイヤを利用することが出来るようになった。

発明３により、前記発明１又は２のマイクロワイヤを確実に製造し得ことができるようになった。
特に発明４では、マイクロワイヤを基台の表面に形成した媒液親和性の線上に球体を集約してマイクロワイヤとすることができ、線を所望の形状にすることで、所望の形状を有したマイクロワイヤを繰り返し製造することが可能になった。

微粒子は表面が親水化処理され、沈殿しないようになっていれば、石英ガラス（シリカ）であっても、ポリメチルメタクリレート等のポリマーであっても良い。
本発明のナノワイヤを形成する超微粒子の材料としては、溶媒に可溶又は分散可能であれば特に制限無く使用することができる。具体的には、金属、半導体、酸化物、色素、導電性高分子及び非導電性高分子等の微粒子又は分子等が挙げられる。

上記金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ等が挙げられ、また合金も使用することができる。

上記半導体としては、例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（ＩＶ）（ＳｎＯ_２）、硫化錫（ＩＩ，ＩＶ）（Ｓｎ（ＩＩ）Ｓｎ（ＩＶ）Ｓ_３）、硫化錫（ＩＶ）（ＳｎＳ_２）、硫化錫（ＩＩ）（ＳｎＳ）、セレン化錫（ＩＩ）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（ＩＩ）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＩＩ）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物、硫化アルミニウム（Ａｌ_２Ｓ_３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ_２Ｓｅ_３）、硫化ガリウム（Ｇａ_２Ｓ_３）、セレン化ガリウム（Ｇａ_２Ｓｅ_３）、テルル化ガリウム（Ｇａ_２Ｔｅ_３）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、硫化インジウム（Ｉｎ_２Ｓ_３）、セレン化インジウム（Ｉｎ_２Ｓｅ_３）、テルル化インジウム（Ｉｎ_２Ｔｅ_３）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等の周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｓ_３）、セレン化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｓｅ_３）、テルル化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ_２Ｔｅ_３）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｓ_３）、セレン化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｓｅ_３）、テルル化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ_２Ｔｅ_３）、硫化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｓ_３）、セレン化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｓｅ_３）、テルル化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｔｅ_３）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ_２Ｏ）等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）、硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（ＩＶ）（ＭｏＳ_２）、酸化タングステン（ＩＶ）（ＷＯ_２）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ_２Ｏ_５）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、Ｔｉ_５Ｏ_９等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ_２Ｏ_４）、セレン化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ_２Ｓｅ_４）、硫化銅（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｕＣｒ_２Ｓ_４）、セレン化水銀（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＨｇＣｒ_２Ｓｅ_４）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ_３）等が挙げられる。これらの半導体には、構成元素以外の元素が含有されていても構わない。

上記酸化物としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３などが例示される。またこれらの酸化物には、構成元素以外の添加元素が含有されていても構わない。また、水晶やサファイアのような結晶質絶縁体、ガラスのようなアモルファスのように結晶形にも依存しない。

上記色素としては、例えば、無金属フタロシアニン、金属含有フタロシアニン、ペリノン系顔料、チオインジゴ、キナクリドン、ペリレン系顔料、アントラキノン系顔料、アゾ系顔料、ビスアゾ系顔料、トリスアゾ系顔料、テトラキス系アゾ顔料、シアニン系顔料等の有機光伝導性粒子が挙げられる。更に、多環キノン、ピリリウム塩、チオピリリウム塩、インジゴ、アントアントロン、ピラントロン等の各種有機顔料、染料が使用できる。

非導電性高分子又は導電性高分子としては、例えば、ポリスチレン系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子、ポリブタジエン系高分子、ポリビニルピリジン系高分子、ポリイソプレン系高分子、ポリカーボネート系高分子、ポリフェニレンオキシド系高分子、ポリパラフェニレン系高分子、ポリパラフェニレンビニレン系高分子、ポリチオフェン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリビニルカルバゾール系高分子、ポリウレタン系高分子またはこれらを含む共重合体等が挙げられる。

本発明の超微粒子は、これらの材料の表面に有機化合物が配位、吸着又は結合等により、被覆されていることが好ましい。すなわち、微粒子を凝集させずに、可及的均一に分散する目的で、有機配位子をその表面に結合することができる。該有機化合物として、チオール系化合物、アミン系化合物、燐酸系化合物などが挙げられる。

かかる有機配位子の効果は、特に超微粒子が半導体、金属、又は遷移金属の塩のような無機物質の場合でも大きく、中でも半導体又は金属の超微粒子の場合に顕著となる。具体的な有機配位子の構造として、メルカプト基（又はチオール基；−ＳＨ）やホスフィンオキシド基（Ｐ＝Ｏ）を有する有機分子が半導体又は金属の超微粒子の表面に強く結合するので好適である。また、例えば、Ｙ．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉら；Ｊ．Ｍｏｌ．Ｃａｔａｌ．，１４１巻、１８７１頁（１９９９）に記載があるように、ポリアクリル酸等の配位性高分子も有機配位子の一例として好適に用いることができる。

微粒子は、直径が約０．１〜約１６０．０μｍで、材料には、それには限定されないが、絶縁体、半導体、金属、合金、半金属、超伝導体、イオンおよび電子による導電性および非導電性の有機および無機ポリマー、生体分子および生体高分子、およびセラミックスが含まれる。
また、材料の組織には、それには制限されないが、単結晶質、多結晶質、ナノ結晶質、ナノクラスタ、コロイド、およびアモルファスが含まれる。材料の性質には、それには限定されないが、強誘電性、強磁性、フェリ磁性、常磁性、超常磁性、常誘電性、エレクトロクロミズム、フォトクロミズム、エレクトロルミネセンス、光ルミネセンス、光複屈折、光屈折、サーモクロミズム、バロクロミズム、光伝導性、磁気ひずみ、磁気光学、キラリティー、液晶性、および巨大磁気抵抗率が含まれる。

前記本発明の好ましい実施形態の記載は、本発明の原理を例示するために示したものであり、例示された特定の実施形態に本発明を制限するものではない。本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲およびそれの均等物の内に包含される全ての実施形態によって定義されるものである。

本実施例は、直線フォトニックワイヤを製造する例を示す。
微粒子の分散液（６）として、モリテックス社が販売しているＤｕｋｅＳｃｉｅｎｃｅ社のポリスチレンラテックスビーズの水分散液を使用した。微粒子の粒径は２μｍ、直径の標準偏差は０．０２２μｍである。粒子濃度は０．５％Ｓｏｌｉｄである。
本実施例に用いたデバイスを図３〜６を参照して説明する。
固体基板（１）は、石英ガラスからなり、表面にアルミニウムからなる金属蒸着膜（２）を形成して前記分散液（６）に対し非親和性の面を構成した。またフォトリソグラフィ法を用いて金属蒸着膜に線状のドレイン溝（３）が形成してある。
ドレイン溝（３）の幅は、６μｍで、厚さは、４μｍとした。
また、液体支持板（４）は、カバーガラスを利用したもので、前記基板（１）の表面との距離（Ｈ）を１５０μｍとなるように、一端を基台（５）上に固定してある。
このようにして構成したデバイスに、マイクロピペットを用いて前記分散液（６）を前記液体支持板（４）の遊端部から注入すると、毛細管現象により、前記ドレイン溝（３）までの間に均等に広がる（図３ａ）。
その後、ドレイン溝（３）内に存在する分散液（６ａ）の開放表面からの媒液（水）の蒸発に連れ、ドレイン溝（３）近くの箇所にくびれ部（６ｂ）が形成され（図３ｂ参照）、そのくびれ部（６ｂ）が乾燥に連れて細くなって行く（図３ｃ参照）。
このような課程の中で、媒液（８）が減少し、微小粒子（７）の濃度が相対的に増加することとなる。
特に、媒液（８）の通り道となる前記くびれ部（６ｂ）においては、ドレイン溝（３）に向かう流れとともに、左右の側面からも圧力をうけることになるので、当該箇所にて、微小粒子（７）が整列化され相互に結合することとなる。
その結合は、金属蒸着膜（２）に対する接着力（Ｆｂ）に比べ、微小粒子（７）同士の凝集力（Ｆａ）が遙かに大きいことによる。
なお、前記基台（５）と基板（１）は、同じ定盤（９）上に配置して、その後のレベルを相互に共通化してある。
このようにして製造した直線フォトニックワイヤを示したのが図１である。

本実施例は、くびれ部（１６ｂ）がより長く成りやすくして、より長いのフォトニックワイヤを製造し得るようにしたものである。
具体的には、図７に示すように、ドレイン溝（１３）に対し、前記液体支持板（１４）の長さ方法を斜めにして長い液体支持板（１４）を保持し、図示のように、細長いくびれ部（１６ｂ）が形成されるようにしてある。
なお、基台（１５）は、高さの調整を行いやすくするために、多数枚のスライドガラスを積み重ねて構成してある。このようにしたばあい、おもりガラス（１５ｂ）により、前記液体支持板（１４）の一端を前記基台（１５）の上面に押さえつけて固定するようにした。
（１１）は基板、（１２）は金属蒸着膜、である。
このようなデバイスにて製造したのが図９〜図１１に示してある。
図１０には、微小粒子が１個づつ並んだ例を示し、３００μｍ以上ほぼ直線に並んであり、従来の微粒子配列ワイヤよりもはるかに長いものであることがわかる。
図１１は、１層目が３もしくは４個、２層目が２個、３層目が１個のピラミッド型の断面を持つフォトニックワイヤの例を示す。

本実施例は、複雑な形状のフォトニックワイヤを製造する場合のデバイスの例を示す。
クビレ部（１６ｂ）が位置すべき箇所の蒸着膜（１２）表面に、親水性のパターン（２０）を形成する。
その形成方法は、フォトリソグラフィ用のレジスト材を塗布後、フォトリソグラフィ法で親水性とする部分のレジスト材を除去し、その部分に真空蒸着法でＴｉＯ_２を１０ｎｍ堆積させることにより行う。
親水性のパターン（２０）を形成することにより、微小粒子（１７）はこのパターン上に集まり凝集して、このパターンと同様な形状のフォトニックワイヤを形成することができた。
その他は実施例２と同様なので、図面に同様な符号を付し説明を省略する。

本実施例では、フォトニックワイヤの微粒子の一部に蛍光色素をドープした微粒子を混入して作製した。この蛍光色素に近接場光学顕微鏡の光ファイバープローブを用いて励起光（紫色：励起波長４０６ｎｍ）を照射する。この蛍光色素からの青緑色の光を汎用光学顕微鏡で観察し、光が伝播していることを実証したものである
実施例１の方法を用いて、蛍光剤をドープした微粒子を含んだフォトニックワイヤを作製し、その蛍光剤を含む微粒子に近接場光学顕微鏡の光ファイバープローブを用いて励起光を照射し、発光させた場合を示している。フォトニックワイヤに沿って光が伝播しており、光導波路として使用できることを実証したものである。実際に青緑色（発光波長４８６ｎｍ）の光が微粒子にして１２個まで明瞭に伝播していることがわかる。
図１３は、図９に示す試料を用い、蛍光色素をドープした微粒子が、光ファイバープローブからの励起光で発光していることを示している。
図１４は、図９に示す試料を用い、ランプの明かりを弱くし、青緑光が伝播していることを示している。なお、励起光の強度は変えておらず、写真の露光だけの違いである。
図１５は、図９に示す試料を用い、ランプの明かりを消したもので、励起光と伝播光のみがはっきりと見ることが出来る。

上述のマイクロワイヤは、電子−光集積回路内部での配線及び光導波路として使用が可能である。また、金属を蒸着することにより、電子集積回路用の配線としても使用することが可能である。
フォトニックワイヤは光の波長程度の周期構造を持っていることから、特定の波長のみを伝播させたり、遮断させたりすることが可能である。つまり、マイクロメートルスケールの光導波路に波長選択性を持たせることができる。既に光通信用素子として実用化されている光ファイバーグレーティングを、ウェットプロセスで簡便に、かつ低コストで作製することが可能である。
通常の光導波路と異なり、表面積が大きくなっているので、気体中や液体中の分子を吸着することにも使用可能である。特に微粒子の表面に特定の化学物質と結合する有機配位子を結合・被覆させておき、吸収スペクトルや蛍光スペクトルが変化するようにしておけば、化学センサーのような機能性光導波路として用いることができる。
同様に、特定のＤＮＡやたんぱく質と結合することで吸収スペクトルや蛍光スペクトルなどの光学特性が変わる有機配位子を用いれば、生体センサーに用いることも可能である。
フォトニック構造を持つ材料では、フォトニックバンドギャップ近傍で光の郡速度低下により光と物質の相互作用が大きくなる。このことは通常の機能性光導波路よりも、短い長さで機能する機能性光導波路を作ることができる。

実施例１で作製した直径２μｍのポリスチレン微粒子よりなるフォトニックワイヤの走査型電子顕微鏡像。従来の気液界面で自己組織化手法を用いて微粒子配列ワイヤを作る方法の概念図。実施例１の構造を示す斜視図。（ａ）（ｂ）（ｃ）により分散液の変化を示す。溝部（６ａ）とくびれ部（６ｂ）の分散液の流れを側面から見た模式図溝部（６ａ）とくびれ部（６ｂ）の分散液の流れを平面から見た模式図実施例１の全体の配置関係を示す正面図。実施例２の全体を示す平面図。実施例３の全体を示す平面図。実施例２により作製したフォトニックワイヤの走査型電子顕微鏡像。実施例２により作製した長尺なフォトニックワイヤの例を示す走査型電子顕微鏡像。図１と同じくフォトニックワイヤの走査型電子顕微鏡像。実施例４の模式図。実施例４の汎用光学顕微鏡像。図１３と同じ領域の光学顕微鏡像。図１３と同じ領域の光学顕微鏡像。

符号の説明

１、１１基板
２、１２金属蒸着膜
３、１３ドレイン溝
４、１４液体支持板
５、１５基台
１５ｂ重り
６、１６分散液
６ａ，１６ａ溝部
６ｂ，１６ｂくびれ部
６ｃ、１６ｃ貯留部
・１７微小粒子
８、１８媒液
９、定盤
２０親和性パターン
Ｈ液体支持板と基板表面の間隔
Ｆａ粒子同士の引力
Ｆｂ粒子と基板表面との間の引力

Claims

１６０ミクロン以下の直径を有する球体を線状に連ねてなるマイクロワイヤであって、その長さが１０μｍ超であることを特徴とするマイクロワイヤ
請求項１に記載のマイクロワイヤにおいて、その長さが１ｍｍ以上であることを特徴とするマイクロワイヤ
請求項１又は２に記載のマイクロワイヤの製造用デバイスであって、球体を分散させた媒液に対し、非親和性の表面を持つ基台と、当該基台の表面に対し、前記媒液の毛細管現象を生じさせる間隔を持って配置した天井板と、前記基台の表面に形成したドレイン溝とからなることを特徴とするマイクロワイヤの製造用デバイス
請求項１に記載のマイクロワイヤの製造用デバイスにおいて、前記基台の表面における媒液保持箇所に、前記ドレイン溝に一端が至る媒液親和性の線が形成してあることを特徴とするマイクロワイヤの製造用デバイス
請求項３又は４に記載の製造用デバイスを用いたマイクロワイヤの製造方法であって、前記天井板と前記基台の表面との間に保持し、その一端が前記ドレイン溝に至るように前記媒液を保持し、前記ドレイン溝において前記媒液を徐々に蒸発させて、前記媒液保持部に分散させた球体を濃縮して、線状に連ねることを特徴とするマイクロワイヤの製造方法