JP2010095407A - Noble metal single crystal nanowire having directionality, and method for producing the same - Google Patents

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Bong Soo Kim
ボンス キム
Yeong Dong Yoo
ヨンドン ユ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a noble metal nanowire having directionality toward the surface of a single crystal substrate by using a noble metal oxide, a noble metal, or a noble metal halide as a precursor and to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: There are provided a noble metal single crystal nanowire vertically or horizontally grown to the surface of a single crystal substrate, which nanowire is produced by heat-treating a precursor placed at the front end of a reaction furnace and a semiconductor or nonconductor single crystal substrate placed at the rear end of the reaction furnace in an atmosphere of a flowing inert gas and a method for producing the same. According to the present invention, the noble metal nanowire can be produced by using a noncatalytic vapor-phase transfer method, the process is therefore simple and reproducible and has a merit of suitability for mass production. The produced nanowire is a high-purity and high-quality noble metal nanowire in a perfect single crystal state free from defects and impurities. The noble metal nanowire has a specified directionality toward the surface of the single crystal substrate and is controllable in relation to its directionality and arrangement. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を前駆物質として気相輸送法を利用する単結晶基板の表面に対して方向性を有する貴金属ナノワイヤ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a noble metal nanowire having directivity with respect to the surface of a single crystal substrate using a noble metal oxide, a noble metal or a halogenated noble metal as a precursor and utilizing a gas phase transport method, and a method for producing the same.

一般的に貴金属単結晶ナノワイヤは、その化学的安定性が高く、熱伝導度及び電気伝導度が大きいため、電気、磁気、光学素子及びセンサーへの利用価値が高い。   In general, noble metal single crystal nanowires have high chemical stability and high thermal conductivity and electrical conductivity, and thus have high utility value for electric, magnetic, optical elements and sensors.

例えば、Auは高い電気及び熱伝導率を有し、Auの光学的特性によって可視光線の領域において高いSERS(表面増強ラマン散乱)効率を示している。このようなAuをナノワイヤの形態に製造する場合、マイクロ電子素子を始めとして光学センサーに至るまで多くの応用分野の発展を期待することができる。殊に、SERSの場合、信号のサイズはAuナノ構造の精密な形態に大きく依存するため、正確な化学またはバイオセンサーを作製するためには、清浄な表面を有するナノワイヤを製造する技術が最も重要である。   For example, Au has high electrical and thermal conductivity, and exhibits high SERS (surface enhanced Raman scattering) efficiency in the visible light region due to the optical properties of Au. When such Au is manufactured in the form of nanowires, it can be expected to develop many application fields from microelectronic devices to optical sensors. In particular, in the case of SERS, the size of the signal depends largely on the precise morphology of the Au nanostructures, so the technology to produce nanowires with clean surfaces is the most important for producing accurate chemical or biosensors. It is.

一般的に、金属ナノ構造体は、SAM(Self−assembled Monolayer)を利用して表面に分子を吸着させることができるので、これを利用してAuナノ構造体の表面に均一に吸着された分子層を形成することができる。Au単結晶ナノワイヤとSAMを利用した分子のSERS現象を観察し、SAMを形成する分子をリンカーとして利用することにより、選択的な生体分子分析及び光素子への活用性が期待される。   In general, metal nanostructures can adsorb molecules on the surface using SAM (Self-Assembled Monolayer). Therefore, molecules adsorbed uniformly on the surface of Au nanostructures using this. A layer can be formed. By observing the SERS phenomenon of molecules using Au single crystal nanowires and SAMs and using the molecules forming SAMs as linkers, selective biomolecular analysis and utilization to optical devices are expected.

さらに、例えば、Pdの場合は、センサーへの活用に対して注目されている。   Further, for example, in the case of Pd, attention is focused on utilization for sensors.

しかし、多様でかつ精密なガスセンサーの開発は、科学技術の発展とともに高い精密度が要求される作業分野において未だ重大な課題として残されている。   However, the development of various and precise gas sensors is still a serious issue in the work field where high precision is required with the development of science and technology.

また、感知能力に優れたセンサーの開発は、国内は勿論、先進外国においても低いレベルの状態である。特に、燃料電池の開発とともに、これを商用化する時に発生すると予想される水素の漏洩と、これを感知することができる高感度の燃料電池用水素ガスセンサーの開発は、次世代クリーンエネルギーとして使用される燃料電池の研究と並行されなければならない課題でもある。   The development of sensors with excellent sensing ability is at a low level not only in Japan but also in advanced countries. In particular, along with the development of fuel cells, the development of highly sensitive fuel cell hydrogen gas sensors that can detect hydrogen leaks that are expected to occur when they are commercialized is used as next-generation clean energy. It is also an issue that must be paralleled with research on fuel cells.

また、このような水素センサーの開発ほど重要視されていることが、センサーの素材として使われる物質の開発である。その中でも、最も注目を受けている物質の1つがPd金属であって、水素に強い吸着力を示し、自体体積の900倍程度の水素を吸収することのできる金属であるPdをナノワイヤに組み込んで高感度センサーへの応用に対する研究が多様に進行されている。   In addition, the development of substances used as sensor materials is as important as the development of hydrogen sensors. Among them, one of the materials that has received the most attention is Pd metal, which has a strong adsorptive power to hydrogen and incorporates Pd, which is a metal capable of absorbing hydrogen of about 900 times its own volume, into a nanowire. Various researches on application to high-sensitivity sensors are underway.

上述のように、貴金属ナノワイヤの電気、磁気または光学素子、センサーなどへの活用価値が非常に高いが、触媒を使用しない気相で貴金属ナノワイヤを合成したとする報告は未だない。既存の貴金属ナノワイヤの合成法は、モールド、界面活性剤、キャッピング剤(capping agent)を利用する液相化学合成法が大部分であり、やはり触媒なしに気相で貴金属ナノワイヤが製造された結果は現在まで報告されたことがない。   As described above, the use value of noble metal nanowires for electric, magnetic or optical elements, sensors, etc. is very high, but there is no report that noble metal nanowires were synthesized in a gas phase without using a catalyst. Most of the existing methods for synthesizing noble metal nanowires are liquid phase chemical synthesis methods using molds, surfactants, and capping agents, and the results of producing noble metal nanowires in the gas phase without a catalyst are as follows. It has never been reported to date.

なお、前記液相化学合成法は、貴金属ナノワイヤの形相調節が難しく、製造された貴金属ナノワイヤの純度が劣るとともに、ナノワイヤに欠陥が存在するか、多結晶体のナノワイヤに合成されるなどの問題がある。さらに、その製造方法が気相合成法に比べて複雑であるため大量生産に適しない問題がある。   In addition, the liquid phase chemical synthesis method has problems that it is difficult to control the shape of the noble metal nanowire, the purity of the produced noble metal nanowire is inferior, the nanowire has defects, or is synthesized into a polycrystalline nanowire. is there. Furthermore, since the production method is more complicated than the vapor phase synthesis method, there is a problem that is not suitable for mass production.

殊に、素子のサイズを縮少することによって素子の性能を向上させるという技術的課題は、ナノワイヤの合成と特性に関する基礎的研究の必要性を提起する。このようなナノワイヤは、通常、ボトムアップ方式の合成法によって作製されるが、このような合成法の特性上、ナノワイヤは一定秩序の無い位置と方向に成長することになる。このように無秩序に成長されたナノワイヤは、ナノワイヤの実質的な応用を阻害する障害要素として作用するので、大面積の素子を具現化するためには、ナノワイヤの位置と方向に対する精密な制御を可能にする工程が先行しなければならない。   In particular, the technical challenge of improving device performance by reducing device size raises the need for basic research on nanowire synthesis and properties. Such a nanowire is usually produced by a bottom-up synthesis method. However, due to the characteristics of such a synthesis method, the nanowire grows in a position and a direction without constant order. The nanowires grown randomly in this way act as obstacles to the substantial application of nanowires, so that it is possible to precisely control the position and orientation of nanowires in order to realize large-area devices. Process must be preceded.

上述のような従来の問題点を解決するために本発明は、触媒を使用しない気相輸送法を利用して基板に対して方向性を有する高純度、高品質の貴金属単結晶ナノワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。   In order to solve the conventional problems as described above, the present invention uses a gas phase transport method that does not use a catalyst, and has a high purity and high quality noble metal single crystal nanowire having directionality to a substrate and its manufacture It aims to provide a method.

また、本発明の他の目的は、本発明の貴金属単結晶ナノワイヤが具備された素子またはセンサーを提供する。   Another object of the present invention is to provide a device or sensor provided with the noble metal single crystal nanowire of the present invention.

本発明者は、大量生産に適するとともに、高品質、高純度の貴金属ナノワイヤの製造方法を提案しているが、これをさらに発展させて貴金属ナノワイヤの成長に対する精密な制御を通じてナノワイヤの位置と方向を調節することのできる製造方法を発見するに至った。これにより、基板上に整列される方向性が調節された貴金属ナノワイヤを通じて3次元素子を具現化することができる基礎を提供することができる。   The present inventor has proposed a method for producing high-quality, high-purity noble metal nanowires that is suitable for mass production, and further developed this method to control the position and direction of nanowires through precise control over the growth of noble metal nanowires. It came to discover the manufacturing method which can be adjusted. Accordingly, it is possible to provide a basis on which a three-dimensional element can be realized through noble metal nanowires with controlled directivity aligned on a substrate.

また、垂直成長した貴金属ナノワイヤにCo、Fe、Mnなどの遷移金属を微量にドーピングする場合、強磁性の特性を示すことが知られている。したがって、本発明の垂直成長合成法は、3次元メモリの作製において非常に重要な基礎技術を提供する。   Further, it is known that when a noble metal nanowire grown vertically is doped with a small amount of a transition metal such as Co, Fe, or Mn, it exhibits ferromagnetic properties. Therefore, the vertical growth synthesis method of the present invention provides a very important basic technology in the production of a three-dimensional memory.

本発明の貴金属単結晶ナノワイヤは、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属(noble metal halide)を含有する前駆物質を用いて、無触媒の条件下で製造される半導体または不導体(絶縁性)単結晶基板の表面に対して方向性を有することに特徴がある。   The noble metal single-crystal nanowire of the present invention is a semiconductor or non-conductor (insulating) single layer produced under a non-catalytic condition using a precursor containing a noble metal oxide, a noble metal or a noble metal halide. It is characterized by having directionality with respect to the surface of the crystal substrate.

前記方向性は、基板の表面と基板の上部に製造されるナノワイヤの長軸との方向を意味し、特徴的に基板の表面に対して垂直または水平の方向性を有する。   The directionality refers to the direction between the surface of the substrate and the major axis of the nanowires manufactured on the top of the substrate, and characteristically has a direction perpendicular or horizontal to the surface of the substrate.

前記貴金属単結晶ナノワイヤは、反応炉の前端部に配置した前記前駆物質と、反応炉の後端部に配置した前記単結晶基板を不活性ガスが流れる雰囲気下で、一定圧力で熱処理することにより製造される。ここで前記の方向性は、前記前駆物質の種類、前記単結晶基板の種類、前記単結晶基板の表面方向、前記熱処理の温度、前記不活性ガスの流量、前記の圧力またはこれらの調節によって制御される。   The noble metal single crystal nanowire is obtained by heat-treating the precursor disposed at the front end of the reaction furnace and the single crystal substrate disposed at the rear end of the reaction furnace at a constant pressure in an atmosphere in which an inert gas flows. Manufactured. Here, the directionality is controlled by the type of the precursor, the type of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, the temperature of the heat treatment, the flow rate of the inert gas, the pressure, or the adjustment thereof. Is done.

基板に対して特定の方向性を有する貴金属ナノワイヤは、好ましくは、前駆物質が1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は、800〜1100℃に維持され、前記反応炉の前端部(前駆物質)から前記反応炉の後端部(単結晶基板)の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流し、前記熱処理は3〜20torrの圧力で行うことによって製造される。   The noble metal nanowire having a specific orientation with respect to the substrate preferably has a precursor maintained at 1000 to 1200 ° C., and the single crystal substrate is maintained at 800 to 1100 ° C., and the front end of the reactor It is manufactured by flowing the inert gas at 50 to 200 sccm from the (precursor) toward the rear end (single crystal substrate) of the reactor, and performing the heat treatment at a pressure of 3 to 20 torr.

このとき、前記前駆物質は、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属が使用可能であり、これを利用して貴金属単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記貴金属酸化物は、酸化金、酸化銀、酸化パラジウム、酸化白金、酸化イリジウム、酸化オスミウム、酸化ロジウムまたは酸化ルテニウムを使用することができる。前記の貴金属酸化物を利用して金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウム単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウム、またはルテニウムを使用することができ、前記ハロゲン化貴金属は、フルオロ化貴金属、塩化貴金属、臭化貴金属またはヨウ化貴金属から選択されることが好ましく、より好ましくは、塩化貴金属、臭化貴金属またはヨウ化貴金属から選択することができ、最も好ましくは、塩化貴金属である。前記ハロゲン化貴金属の貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウムから選択されることができ、前記ハロゲン化貴金属はハロゲン化貴金属水化物を包含する。
前記前駆物質は、貴金属酸化物または貴金属であることが好ましい。
At this time, as the precursor, a noble metal oxide, a noble metal or a halogenated noble metal can be used, and a noble metal single crystal nanowire can be manufactured using the precursor. As the noble metal oxide, gold oxide, silver oxide, palladium oxide, platinum oxide, iridium oxide, osmium oxide, rhodium oxide, or ruthenium oxide can be used. Gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium, or ruthenium single crystal nanowires can be manufactured using the noble metal oxide. The noble metal may be gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium, or ruthenium, and the halogenated noble metal is selected from a fluorinated noble metal, a noble metal chloride, a noble metal bromide, or a noble metal iodide. More preferably, it can be selected from noble metal chloride, noble metal bromide or noble metal iodide, most preferably noble metal chloride. The noble metal of the halogenated noble metal can be selected from gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium or ruthenium, and the halogenated noble metal includes a halogenated noble metal hydrate.
The precursor is preferably a noble metal oxide or a noble metal.

前記貴金属酸化物は、酸化金または酸化パラジウムから選択され、前記貴金属は、金またはパラジウムから選択され、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化金またはハロゲン化パラジウムから選択されることが好ましい。   Preferably, the noble metal oxide is selected from gold oxide or palladium oxide, the noble metal is selected from gold or palladium, and the halogenated noble metal is selected from gold halide or palladium halide.

前記貴金属単結晶ナノワイヤは、貴金属バルクと同一の結晶構造を有する特徴があり、高純度かつ高結晶性を有し、基板に多数の貴金属ナノワイヤがランダムでない特定の配列で形成されることに特徴がある。   The noble metal single crystal nanowire is characterized by having the same crystal structure as the noble metal bulk, has high purity and high crystallinity, and is characterized in that a large number of noble metal nanowires are formed on the substrate in a specific arrangement that is not random. is there.

また、前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して垂直に成長する垂直方向性を有する特徴がある。   In addition, the noble metal single crystal nanowire is characterized by having a vertical direction that grows perpendicular to the surface of the single crystal substrate.

前記垂直方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤは、貴金属バルクと同一の結晶構造を有し、ファセット面形状の特徴がある。このとき、前記ファセット面形状は、結晶を構成する全ての面に表面が構成されていないことを意味し、貴金属ナノワイヤの短軸または長軸を包含する特定断面の外周上において接線の傾きが不連続的に変化することを意味する。   The noble metal single crystal nanowire having the vertical direction has the same crystal structure as the noble metal bulk, and has a feature of facet shape. At this time, the facet surface shape means that the surface is not formed on all the surfaces constituting the crystal, and the inclination of the tangent is not on the outer periphery of the specific cross section including the short axis or long axis of the noble metal nanowire. It means to change continuously.

前記垂直成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤであり、前記Au単結晶ナノワイヤは、面心立方構造(Face Centered Cubic Structure)である特徴がある。また、前記Au単結晶ナノワイヤは、ファセット面形状である特徴があり、Au単結晶ナノワイヤの長軸断面の外周上において接線の傾きが不連続的に変わる特徴がある。前記Au単結晶ナノワイヤの成長方向は、<110>である特徴があり、これによって基板の表面に対してAu単結晶ナノワイヤの<110>が垂直である方向性を有する。好ましくは、サファイア単結晶基板の{0001}表面に対する前記Au単結晶ナノワイヤの<110>方向が垂直である特徴がある。   The vertically grown noble metal single crystal nanowire is an Au single crystal nanowire, and the Au single crystal nanowire has a feature of a face centered cubic structure. In addition, the Au single crystal nanowire is characterized by a facet shape, and the tangential slope changes discontinuously on the outer circumference of the long-axis cross section of the Au single crystal nanowire. The growth direction of the Au single crystal nanowire is <110>, and thus, the Au single crystal nanowire <110> is perpendicular to the surface of the substrate. Preferably, the <110> direction of the Au single crystal nanowire is perpendicular to the {0001} surface of the sapphire single crystal substrate.

前記垂直成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤであり、前記Pd単結晶ナノワイヤは、面心立方構造である特徴がある。また、前記Pd単結晶ナノワイヤは、ファセット面形状である特徴があり、Pd単結晶ナノワイヤの長軸断面の外周上において接線の傾きが不連続的に変わる特徴がある。前記Pd単結晶ナノワイヤの成長方向は<110>である特徴がある。好ましくは、サファイア単結晶基板の{0001}表面に対して前記Pd単結晶ナノワイヤの<110>方向が垂直である特徴がある。   The vertically grown noble metal single crystal nanowire is a Pd single crystal nanowire, and the Pd single crystal nanowire has a face-centered cubic structure. The Pd single crystal nanowire is characterized by a facet shape, and the tangential slope changes discontinuously on the outer circumference of the long-axis cross section of the Pd single crystal nanowire. The growth direction of the Pd single crystal nanowire is <110>. Preferably, the <110> direction of the Pd single crystal nanowire is perpendicular to the {0001} surface of the sapphire single crystal substrate.

基板表面に対して垂直方向性を有する前記貴金属ナノワイヤは、前記前駆物質が1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は850〜1100℃に維持され、3〜8torrの圧力下で前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に前記不活性ガスが50〜200sccmで流れる条件下で行われることが好ましい。   In the noble metal nanowire having a perpendicular direction to the substrate surface, the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., the single crystal substrate is maintained at 850 to 1100 ° C., and the pressure is 3 to 8 torr. It is preferable to carry out under the condition that the inert gas flows from 50 to 200 sccm from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor.

前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長する水平の方向性を有する特徴がある。   The noble metal single crystal nanowire is characterized by having a horizontal direction that grows horizontally parallel to the surface of the single crystal substrate.

前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤであり、前記Au単結晶ナノワイヤは、面心立方構造であることに特徴があり、前記単結晶基板の表面とAu単結晶ナノワイヤの{110}または{111}面が平行する特徴がある。   The noble metal single crystal nanowire grown horizontally parallel to the surface of the single crystal substrate is an Au single crystal nanowire, and the Au single crystal nanowire has a face-centered cubic structure. And the {110} or {111} plane of the Au single crystal nanowire is characterized by being parallel.

好ましくは、前記単結晶基板は、{0001}表面のサファイア基板であり、前記単結晶基板の{0001}面に対して前記Au単結晶ナノワイヤの{110}面が平行する方向性を有する。   Preferably, the single crystal substrate is a sapphire substrate having a {0001} surface, and the {110} plane of the Au single crystal nanowire is parallel to the {0001} plane of the single crystal substrate.

好ましくは、前記単結晶基板は、{11−20}表面のサファイア基板であり、前記単結晶基板の{11−20}面に対して前記Au単結晶ナノワイヤの{111}面が平行する方向性を有する。   Preferably, the single crystal substrate is a sapphire substrate having a {11-20} surface, and a directionality in which the {111} plane of the Au single crystal nanowire is parallel to the {11-20} plane of the single crystal substrate. Have

前記単結晶基板の表面と平行して水平成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤであり、前記Pd単結晶ナノワイヤは、面心立方構造である特徴がある。このとき、Pd単結晶ナノワイヤが製造される前記単結晶基板は{0001}表面のサファイア基板であることが好ましい。   The noble metal single crystal nanowire grown horizontally in parallel with the surface of the single crystal substrate is a Pd single crystal nanowire, and the Pd single crystal nanowire has a face-centered cubic structure. At this time, the single crystal substrate on which the Pd single crystal nanowire is manufactured is preferably a {0001} surface sapphire substrate.

基板表面に対して水平の方向性を有する前記貴金属ナノワイヤは、前記前駆物質が1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は800〜950℃に維持され、15〜20torrの圧力下で前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に前記不活性ガスが50〜200sccmで流れる条件下で行われることが好ましい。   In the noble metal nanowire having a horizontal orientation with respect to the substrate surface, the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., the single crystal substrate is maintained at 800 to 950 ° C., and under a pressure of 15 to 20 torr. It is preferable that the reaction is performed under a condition where the inert gas flows at 50 to 200 sccm from the front end of the reaction furnace toward the rear end of the reaction furnace.

本発明における前記単結晶基板は、4族単結晶基板、3−5族単結晶基板、2−6族単結晶基板、4−6族単結晶基板、サファイア単結晶基板、酸化ケイ素単結晶基板、及びこれらの積層基板であり、好ましくは、サファイア単結晶基板である。   The single crystal substrate in the present invention is a group 4 single crystal substrate, a group 3-5 single crystal substrate, a group 2-6 single crystal substrate, a group 4-6 single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a silicon oxide single crystal substrate, And a laminated substrate thereof, preferably a sapphire single crystal substrate.

本発明による貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法は、反応炉の前端部に配置した貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を包含する前駆物質と、反応炉の後端部に配置した半導体または不導体単結晶基板を、不活性ガスが流れる雰囲気下、一定の圧力で熱処理することにより前記単結晶基板の表面に対して方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤが製造される特徴を有する。   A method for producing a noble metal single crystal nanowire according to the present invention comprises a precursor containing a noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal disposed at the front end of a reactor, and a semiconductor or non-conductor single conductor disposed at the rear end of the reactor. A feature is that a noble metal single crystal nanowire having directionality with respect to the surface of the single crystal substrate is manufactured by heat-treating the crystal substrate at a constant pressure in an atmosphere where an inert gas flows.

前記の方向性とは、基板の表面と、基板の上部にて製造されるナノワイヤの長軸との方向を意味し、前記貴金属単結晶ナノワイヤの長軸が前記単結晶基板の表面に対して垂直または水平の方向性を有する特徴がある。   The directionality means the direction between the surface of the substrate and the major axis of the nanowire manufactured on the top of the substrate, and the major axis of the noble metal single crystal nanowire is perpendicular to the surface of the single crystal substrate. Or, there is a feature having a horizontal directionality.

本発明による製造方法において、前記方向性は、前記前駆物質の種類、前記単結晶基板の種類、前記単結晶基板の表面方向、前記熱処理の条件、前記不活性ガスの流量、前記圧力またはこれらの組合せによって調節される特徴がある。   In the manufacturing method according to the present invention, the directionality includes the type of the precursor, the type of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, the condition of the heat treatment, the flow rate of the inert gas, the pressure, or these There are features that are adjusted by the combination.

このとき、前記前駆物質は、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を使用することができ、これを利用して貴金属単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記貴金属酸化物は、酸化金、酸化銀、酸化パラジウム、酸化白金、酸化イリジウム、酸化オスミウム、酸化ロジウムまたは酸化ルテニウムを使用することができ、前記の貴金属酸化物を利用して、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウム単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウムを使用することができ、前記ハロゲン化貴金属は、フルオロ化貴金属、塩化貴金属、臭化貴金属またはヨウ化貴金属から選択されることが好ましく、より好ましくは、塩化貴金属、臭化貴金属、またはヨウ化貴金属から選択されることが好ましく、最も好ましくは、塩化貴金属である。前記ハロゲン化貴金属の貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウム、またはルテニウムから選択されるものであり、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化貴金属水化物を包含する。
前記前駆物質は、貴金属酸化物または貴金属であることが好ましい。
At this time, a noble metal oxide, a noble metal, or a noble metal halide can be used as the precursor, and a noble metal single crystal nanowire can be produced using the precursor. As the noble metal oxide, gold oxide, silver oxide, palladium oxide, platinum oxide, iridium oxide, osmium oxide, rhodium oxide, or ruthenium oxide can be used, and gold, silver, Palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium or ruthenium single crystal nanowires can be produced. The noble metal may be gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium or ruthenium, and the halogenated noble metal is selected from a fluorinated noble metal, a noble metal chloride, a noble metal bromide, or a noble metal iodide. More preferably, it is preferably selected from noble metal chloride, noble metal bromide, or noble metal iodide, and most preferably noble metal chloride. The noble metal of the halogenated noble metal is selected from gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium, or ruthenium, and the halogenated noble metal includes a halogenated noble metal hydrate.
The precursor is preferably a noble metal oxide or a noble metal.

前記貴金属酸化物は、酸化金または酸化パラジウムから選択され、前記貴金属は、金またはパラジウムから選択され、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化金またはハロゲン化パラジウムから選択されることが好ましい。   Preferably, the noble metal oxide is selected from gold oxide or palladium oxide, the noble metal is selected from gold or palladium, and the halogenated noble metal is selected from gold halide or palladium halide.

前記単結晶基板は、4族単結晶基板、3−5族単結晶基板、2−6族単結晶基板、4−6族単結晶基板、サファイア単結晶基板、酸化ケイ素単結晶基板及びこれらの積層基板の中いずれか1つであり、サファイア単結晶基板が好ましい。   The single crystal substrate includes a group 4 single crystal substrate, a group 3-5 single crystal substrate, a group 2-6 single crystal substrate, a group 4-6 single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a silicon oxide single crystal substrate, and a laminate thereof. It is one of the substrates, and a sapphire single crystal substrate is preferable.

本発明による製造方法において、前記貴金属単結晶ナノワイヤが前記単結晶基板の表面に対して垂直に成長する特徴があり、このとき、前記前駆物質は1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は850〜1100℃に維持されることが好ましく、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に不活性ガスを50〜200sccmで流す条件下にすることが好ましく、前記熱処理は3〜8torrの圧力下で行われることが好ましい。垂直成長する貴金属単結晶ナノワイヤが製造される前記単結晶基板は、{0001}面のサファイア単結晶基板であることが好ましい。   In the manufacturing method according to the present invention, the noble metal single crystal nanowires are grown perpendicular to the surface of the single crystal substrate. At this time, the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., and the single crystal The substrate is preferably maintained at 850 to 1100 ° C., and it is preferable that an inert gas is allowed to flow at 50 to 200 sccm from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor. Is preferably performed under a pressure of 3 to 8 torr. The single crystal substrate on which the vertically grown noble metal single crystal nanowire is manufactured is preferably a {0001} plane sapphire single crystal substrate.

前記前駆物質は、酸化金または金であり、前記垂直成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤであることを特徴とする。   The precursor is gold oxide or gold, and the vertically grown noble metal single crystal nanowire is an Au single crystal nanowire.

また、前記前駆物質は、酸化パラジウムまたはパラジウムであり、前記垂直成長する貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤであることを特徴とする。   The precursor is palladium oxide or palladium, and the vertically grown noble metal single crystal nanowire is a Pd single crystal nanowire.

本発明による製造方法において、前記貴金属単結晶ナノワイヤが前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長する特徴があり、このとき、前記前駆物質は1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は800〜950℃に維持されることが好ましく、前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流す条件下にすることが好ましく、前記熱処理は15〜20torrの圧力下で行うことが好ましい。   The manufacturing method according to the present invention is characterized in that the noble metal single crystal nanowires grow horizontally in parallel to the surface of the single crystal substrate, wherein the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C. The crystal substrate is preferably maintained at 800 to 950 ° C., preferably under the condition that the inert gas flows from 50 to 200 sccm from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor, The heat treatment is preferably performed under a pressure of 15 to 20 torr.

水平成長する貴金属単結晶ナノワイヤが製造される前記単結晶基板は、サファイア単結晶であることが好ましく、前記サファイア単結晶基板の表面は{0001}面または{11−20}面であることを特徴とする。   The single crystal substrate on which the horizontally grown noble metal single crystal nanowire is manufactured is preferably a sapphire single crystal, and the surface of the sapphire single crystal substrate is a {0001} plane or a {11-20} plane. And

前記前駆物質は、酸化金または金であり、前記水平成長する貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤであることを特徴とする。
また、前記前駆物質は、酸化パラジウムまたはパラジウムであり、前記水平成長する貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤであることを特徴とする。
The precursor is gold oxide or gold, and the horizontally grown noble metal single crystal nanowire is an Au single crystal nanowire.
The precursor may be palladium oxide or palladium, and the horizontally grown noble metal single crystal nanowire may be a Pd single crystal nanowire.

本発明の製造方法によって製造された貴金属単結晶ナノワイヤは、電気素子、光素子、磁気素子、メモリ素子またはMEMS構造体に具備される特徴がある。
本発明の貴金属単結晶ナノワイヤは、電気素子、光素子、磁気素子、メモリ素子またはMEMS構造体などに具備されることを特徴とする。
The noble metal single crystal nanowire manufactured by the manufacturing method of the present invention is characterized by being included in an electric element, an optical element, a magnetic element, a memory element, or a MEMS structure.
The noble metal single crystal nanowire of the present invention is provided in an electric element, an optical element, a magnetic element, a memory element, a MEMS structure, or the like.

本発明の製造方法の一実施形態では、触媒を使用しない気相輸送法を利用して貴金属ナノワイヤを製造することができるので、その工程が簡単でかつ再現性があり、大量生産に適するメリットがあり、製造された貴金属ナノワイヤが、高結晶性、固形相であり、高純度の単結晶状態である貴金属ナノワイヤであることを特徴とし、単結晶基板と、製造された貴金属ナノワイヤとが特定の方向性を有する特徴がある。   In one embodiment of the production method of the present invention, noble metal nanowires can be produced using a gas phase transport method that does not use a catalyst, so that the process is simple and reproducible, and is advantageous for mass production. The manufactured noble metal nanowire is a highly crystalline, solid phase, noble metal nanowire having a high purity single crystal state, and the single crystal substrate and the manufactured noble metal nanowire are in a specific direction. There are characteristics that have sex.

また、基板に対して特定の方向性を有するように貴金属ナノワイヤを制御することができ、かつ再現することもでき、単純な製造工程を利用して大量生産することによって貴金属ナノワイヤ自体に対する物理的、光学的、電磁気的性質を研究する契機をもたらし、さらに、金属の中、電気伝導度及び熱伝度率が良く、化学的に安定的な高純度かつ高品質のAu単結晶ナノワイヤ及びPd単結晶ナノワイヤを提供することにより、これを利用する高敏感度、高効率の電気素子、光素子、または磁気素子の活用方法を提供するとともに、殊に、基板表面に対して方向性を有する貴金属ナノワイヤを利用して3次元MEMS構造体または3次元メモリ素子の分野で効果的に活用することができる。   In addition, the noble metal nanowires can be controlled and reproduced so as to have a specific direction with respect to the substrate, and the physical properties of the noble metal nanowires themselves by mass production using a simple manufacturing process, Highly pure and high quality Au single crystal nanowires and Pd single crystals that have the opportunity to study optical and electromagnetic properties, and have good electrical and thermal conductivity among metals, and are chemically stable. By providing a nanowire, a method for utilizing a highly sensitive and highly efficient electric element, optical element, or magnetic element using the nanowire is provided, and in particular, a noble metal nanowire having directionality with respect to a substrate surface is provided. It can be effectively used in the field of three-dimensional MEMS structures or three-dimensional memory devices.

以下、添付図面を参照して、本発明の貴金属単結晶ナノワイヤ及びその製造方法を詳細に説明する。添付図面は、本発明を実施する好適な例を挙げて当業者に本発明の思想を説明するために提供されるものである。したがって、本発明は、添付の図面に限定するものではなく、他の形態で具体化させることもできる。また、明細書の全体にかけて同一の参照符号は同一の構成要素を示すことにする。   Hereinafter, a noble metal single crystal nanowire of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are provided to explain the idea of the present invention to those skilled in the art with preferred examples for carrying out the present invention. Accordingly, the present invention is not limited to the accompanying drawings, and may be embodied in other forms. The same reference numerals denote the same components throughout the specification.

なお、使用される技術用語などは他の定義がない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味であり、下記の説明及び添付図面において本発明の要旨と混同される可能性のある公知機能及び構成に対する説明は省略する。   Unless otherwise defined, technical terms used have the meaning normally understood by those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, and the present invention is described in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may be confused with the gist of are omitted.

本発明の基板に対して方向性を有する貴金属ナノワイヤの製造方法は、反応炉の前端部に配置した貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を包含する前駆物質と、反応炉の後端部に配置した半導体または不導体単結晶基板を、不活性ガスが流れる雰囲気下、一定の圧力で熱処理することにより、前記単結晶基板の表面に方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤを形成する特徴を有する。   The method for producing noble metal nanowires having directionality with respect to the substrate of the present invention includes a precursor containing noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal disposed at the front end of the reaction furnace, and a rear end of the reaction furnace. The noble metal single crystal nanowire having directionality is formed on the surface of the single crystal substrate by heat-treating the semiconductor or non-conductor single crystal substrate at a constant pressure in an atmosphere where an inert gas flows.

より詳細には、前記熱処理によって気化された前駆物質が、前記不活性ガスの流れによって輸送されて前記単結晶基板の表面にて貴金属の核生成及び核成長を起して前記単結晶基板の表面に対して垂直または水平の方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤを製造する特徴を有する。   More specifically, the precursor vaporized by the heat treatment is transported by the flow of the inert gas to cause nucleation and nucleation of a noble metal on the surface of the single crystal substrate, and thereby the surface of the single crystal substrate. It has the feature of producing noble metal single crystal nanowires having a vertical or horizontal orientation.

本発明の製造方法は、触媒の使用なしに、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を前駆物質として使用するのみで、単結晶基板上に貴金属ナノワイヤを形成させる方法であって、触媒を使用することなく気相状態の物質移動経路を通じて貴金属単結晶ナノワイヤを製造するため、その工程が簡単でかつ再現性があり、不純物のない高純度のナノワイヤを製造することができるメリットがある。   The production method of the present invention is a method of forming a noble metal nanowire on a single crystal substrate by using a noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal as a precursor without using a catalyst, and using the catalyst. Since noble metal single crystal nanowires are manufactured through a gas phase mass transfer route without any problems, the process is simple and reproducible, and there is an advantage that high purity nanowires without impurities can be manufactured.

また、前記核生成及び核成長条件を制御して、基板の表面に対して垂直または水平の方向性を有しながら、互いに接触することなく互いに独立して、均一かつ特定の方向に配列される貴金属単結晶ナノワイヤを製造することができる。   In addition, the nucleation and nucleation growth conditions are controlled to have a vertical or horizontal orientation with respect to the surface of the substrate, and are arranged in a uniform and specific direction independently of each other without contacting each other. Precious metal single crystal nanowires can be manufactured.

前記単結晶基板上の核生成及び成長によって生成された貴金属単結晶ナノワイヤの長軸は、前記単結晶基板の表面に対して垂直または水平の関係を保持し、このような垂直または水平の方向性は、前記前駆物質の種類、単結晶基板の種類、単結晶基板の表面方向、熱処理の条件、不活性ガスの流量、圧力またはこれらの条件を調整して制御することができる。   The long axis of the noble metal single crystal nanowire generated by nucleation and growth on the single crystal substrate maintains a vertical or horizontal relationship with respect to the surface of the single crystal substrate, and such vertical or horizontal orientation Can be controlled by adjusting the type of the precursor, the type of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, the heat treatment conditions, the flow rate of the inert gas, the pressure, or these conditions.

より詳細には、前記反応炉の前端部(前駆物質)及び反応炉の後端部(単結晶基板)の温度をそれぞれ調節し、前記不活性ガスの流量と前記熱処理の時に利用される熱処理管内の圧力を調節して目的の貴金属単結晶の表面相及び各表面エネルギーを調節するとともに、最終的に単結晶基板の上部において貴金属の核生成駆動力、核成長駆動力、核生成速度及び核成長速度を調節しながら貴金属の核生成及び成長によって単結晶基板に対して特定の方向性を有する貴金属ナノワイヤを製造することができる。   More specifically, the temperatures of the front end portion (precursor) of the reactor and the rear end portion (single crystal substrate) of the reactor are respectively adjusted to adjust the flow rate of the inert gas and the heat treatment tube used during the heat treatment. The surface phase and each surface energy of the target noble metal single crystal are adjusted by adjusting the pressure of the noble metal, and finally the nucleation driving force, nucleation growth driving force, nucleation rate and nucleation growth of the noble metal on the upper part of the single crystal substrate. A noble metal nanowire having a specific orientation with respect to a single crystal substrate can be produced by nucleation and growth of the noble metal while adjusting the speed.

このとき、前記単結晶基板は、目的とする貴金属単結晶の核生成、特に、2次元核生成が容易に起る不導体または半導体単結晶の表面であり、格子不整合によって誘導される弾性応力(elastic stressまたはelastic strain)及び線欠陥(dislocation)が発生しないように適切に選択しなければならない。   At this time, the single crystal substrate is a surface of a non-conductor or semiconductor single crystal in which nucleation of a target noble metal single crystal, particularly two-dimensional nucleation easily occurs, and elastic stress induced by lattice mismatch (Elastic stress or elastic strain) and line defects must be selected appropriately.

貴金属単結晶の核生成の容易性は、目的とする貴金属単結晶ナノワイヤの物質、目的とする貴金属単結晶ナノワイヤの低指数面などの原子構造、前記単結晶基板の物質、前記単結晶基板の表面方向、またはこれらの要素を調整することによって決定される。   Easiness of nucleation of noble metal single crystal includes the target noble metal single crystal nanowire material, the atomic structure such as the target noble metal single crystal nanowire low index plane, the single crystal substrate material, the surface of the single crystal substrate It is determined by adjusting the direction, or these factors.

さらに、目的とする貴金属単結晶ナノワイヤの物質が同一である場合、前記単結晶基板の物質、前記単結晶基板の表面方向、またはこれらの条件を調整することによって、貴金属単結晶ナノワイヤの核生成及び核成長がそれぞれ異なるようになり、最終的に基板に対する貴金属単結晶ナノワイヤの方向性が制御される。   Furthermore, when the target noble metal single crystal nanowire material is the same, by adjusting the material of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, or these conditions, nucleation of the noble metal single crystal nanowire and Each of the nuclei grows differently, and finally the directionality of the noble metal single crystal nanowire with respect to the substrate is controlled.

上述のように、前記不導体または半導体単結晶基板は、目的とする貴金属単結晶ナノワイヤの核生成が容易に起り、前記熱処理の条件下で化学的/熱的に安定的な半導体または不導体であれば、特に限定されることなく、使用することができる。具体的には、シリコン単結晶、ゲルマニウム単結晶またはシリコンゲルマニウム単結晶から選択された4族単結晶、ガリウム砒素単結晶、インジウムリン単結晶またはガリウムリン単結晶から選択された3−5族単結晶、2−6族単結晶と、4−6族単結晶、サファイア単結晶、酸化ケイ素単結晶及びこれらの積層基板の中いずれか1つから選択することができる。   As described above, the non-conductor or semiconductor single crystal substrate is a semiconductor or non-conductor that is easily chemically / thermally stable under the conditions of the heat treatment, and easily nucleates the target noble metal single crystal nanowire. If there is, it can be used without any particular limitation. Specifically, a group 4 single crystal selected from a silicon single crystal, a germanium single crystal, or a silicon germanium single crystal, a gallium arsenide single crystal, an indium phosphide single crystal, or a gallium phosphide single crystal. , A group 2-6 single crystal, a group 4-6 single crystal, a sapphire single crystal, a silicon oxide single crystal, and a laminated substrate thereof can be selected.

例えば、目的とする貴金属単結晶ナノワイヤがAuまたはPdの単結晶ナノワイヤである場合、低コストで購入が容易であり、熱力学的に安定的な面である低指数の表面において貴金属の核生成が容易に起るサファイア単結晶基板を使用することが実質的でかつ好適である。   For example, when the target noble metal single crystal nanowire is a single crystal nanowire of Au or Pd, it is easy to purchase at a low cost, and nucleation of the noble metal occurs on a low index surface that is a thermodynamically stable surface. It is substantial and preferred to use an easily occurring sapphire single crystal substrate.

上述したように、前記単結晶基板の表面に対して方向性を有する貴金属ナノワイヤを製造するためには、貴金属の最初の核生成及び核成長段階を制御することが必要である。この制御における核心的条件は、熱処理配管内の圧力、反応炉の前端部(前駆物質)及び反応炉の後端部(基板)の熱処理温度及び不活性ガスの流速である。   As described above, in order to manufacture a noble metal nanowire having directivity with respect to the surface of the single crystal substrate, it is necessary to control the initial nucleation and nucleation stages of the noble metal. The core conditions in this control are the pressure in the heat treatment piping, the heat treatment temperature at the front end of the reactor (precursor) and the rear end of the reactor (substrate), and the flow rate of the inert gas.

理論的かつ実験的結果を通じて、結晶性を有する全ての物質は、表面エネルギーに影響を与える温度、圧力、雰囲気、不純物などによって表面の原子的構造が変化するsingular−rough相変態が起ると知られている。前記の相変態に最も大きな影響を与える要素として温度を挙げることができるが、高温で熱力学的に安定的な単結晶の形状は、角張っていない丸い形状であり、このとき、表面の原子は原子的に不規則な構造を有するようになる。また、低温においては、エントロピーエネルギーより単結晶の結晶方向によるbroken bondエネルギーの影響が大きくなり、角張った形状を有することになる。前記角張った形状を構成する各面は表面エネルギーの少ない結晶方向の面等であり、このとき、表面は原子的にも扁平な構造を有すると知られている。   Through theoretical and experimental results, it is known that all materials having crystallinity undergo a single-round phase transformation in which the atomic structure of the surface changes due to temperature, pressure, atmosphere, impurities, etc. that affect the surface energy. It has been. Temperature can be cited as an element having the greatest influence on the phase transformation, but the shape of a single crystal that is thermodynamically stable at a high temperature is a round shape that is not angular, and the surface atoms are It has an atomically irregular structure. At low temperatures, the influence of broken bond energy due to the crystal orientation of the single crystal is greater than the entropy energy, resulting in an angular shape. Each surface constituting the angular shape is a surface in a crystal direction with a small surface energy, and at this time, the surface is known to have an atomically flat structure.

このような熱力学的表面の相変態は、粒子の核生成及び成長に大きい影響を与えるが、表面の原子的構造が不規則な構造(rough structure)である場合、核生成及び核成長が起るが、表面の構造が原子的に扁平な構造(singular structure)である場合、2−D核生成及び側面成長(lateral growth)が起るようになる。   Such a phase transformation of the thermodynamic surface has a great influence on the nucleation and growth of particles, but when the atomic structure of the surface is an irregular structure, nucleation and nucleation occur. However, if the surface structure is an atomically flat structure, 2-D nucleation and lateral growth will occur.

本発明の単結晶基板の表面に対して特定の方向性を有するように整列された貴金属ナノワイヤの製造方法は、貴金属の熱力学的に安定的な表面相を、熱処理の温度及び圧力を利用して制御するとともに、不活性ガスの流量を調節して前記単結晶基板の表面に伝達される核生成及び核成長駆動力を調節して前記のような整列された方向性を得ることになった。   The method for producing noble metal nanowires aligned to have a specific orientation with respect to the surface of the single crystal substrate of the present invention utilizes the thermodynamically stable surface phase of the noble metal by utilizing the temperature and pressure of the heat treatment. And adjusting the flow rate of the inert gas to adjust the nucleation and nucleation growth driving force transmitted to the surface of the single crystal substrate to obtain the aligned direction as described above. .

上述した核生成及び核成長に影響を与える条件を調節するためには、好ましくは、前記前駆物質は1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は800〜1100℃に維持されることが好ましく、前記反応炉の前端部(前駆物質)から前記反応炉の後端部(単結晶基板)の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流すことが好ましく、前記熱処理は3〜20torrの圧力下で行うことが好ましい。   In order to adjust the above-described conditions affecting nucleation and growth, the precursor is preferably maintained at 1000 to 1200 ° C. and the single crystal substrate is maintained at 800 to 1100 ° C. Preferably, the inert gas is allowed to flow from 50 to 200 sccm from the front end (precursor) of the reactor toward the rear end (single crystal substrate) of the reactor, and the heat treatment is performed at 3 to 20 torr. It is preferable to carry out under pressure.

上述した好ましい温度、圧力及び不活性ガスの流量などの範囲から外れる場合は、単結晶基板の表面に対する方向性を喪失するか、ナノワイヤの形態でないロッドまたは粒子形相の貴金属が得られ、単結晶体ではなく多結晶体で構成されたナノワイヤが生成される。   When deviating from the ranges such as the preferable temperature, pressure and flow rate of the inert gas described above, the directionality with respect to the surface of the single crystal substrate is lost, or a rod or particle-shaped noble metal not in the form of nanowires is obtained, and the single crystal Instead, nanowires composed of polycrystalline materials are generated.

前記単結晶基板の表面に対して垂直の方向性を有するように整列された貴金属ナノワイヤを製造するためには、前記前駆物質を、1000〜1200℃に維持するとともに、前記単結晶基板は850〜1100℃に維持することが好ましく、前記反応炉の前端部(前駆物質)から前記反応炉の後端部(単結晶基板)の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流すことが好ましく、前記熱処理は3〜8torrの圧力下で行うことが好ましい。   In order to manufacture noble metal nanowires aligned to have a direction perpendicular to the surface of the single crystal substrate, the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., and the single crystal substrate is Preferably, the temperature is maintained at 1100 ° C., and it is preferable that the inert gas flow at 50 to 200 sccm from the front end portion (precursor) of the reaction furnace to the rear end portion (single crystal substrate) of the reaction furnace, The heat treatment is preferably performed under a pressure of 3 to 8 torr.

前記単結晶基板の表面に対して水平の方向性を有するように整列された貴金属ナノワイヤを製造するためには、前記前駆物質を1000〜1200℃に維持するとともに、前記単結晶基板は800〜950℃に維持することが好ましく、前記反応炉の前端部(前駆物質)から前記反応炉の後端部(単結晶基板)の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流すことが好ましく、前記熱処理は15〜20torrの圧力下で行われることが好ましい。   In order to manufacture noble metal nanowires aligned in a horizontal direction with respect to the surface of the single crystal substrate, the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., and the single crystal substrate is 800 to 950. Preferably, the inert gas is allowed to flow at 50 to 200 sccm from the front end (precursor) of the reactor to the rear end (single crystal substrate) of the reactor. Is preferably performed under a pressure of 15 to 20 torr.

熱処理の時間もやはり前記の温度、不活性ガスの流れ及び熱処理時の圧力条件によって最適化されなければならないが、30分〜2時間の間、熱処理することが好ましい。前記の熱処理を行う時間の間、不活性ガスによって気化された前駆物質が単結晶基板に移動して核生成及び核成長に供されるようになるが、これと同時に単結晶基板には既に形成された貴金属の間で気相及び基板表面を通じる貴金属の移動が起って粒子の成長が起るようになる。   The heat treatment time must be optimized according to the temperature, the flow of the inert gas, and the pressure conditions during the heat treatment, but the heat treatment is preferably performed for 30 minutes to 2 hours. During the heat treatment time, the precursor vaporized by the inert gas moves to the single crystal substrate to be used for nucleation and growth, but at the same time, it is already formed on the single crystal substrate. The movement of the noble metal through the gas phase and the substrate surface occurs between the formed noble metals, and particle growth occurs.

したがって、前記の熱処理の後に、貴金属ナノワイヤが形成された単結晶基板から前駆物質を除去した状態でさらに熱処理を行い、単結晶基板に対して方向性を有して整列された貴金属ナノワイヤの密度やサイズなどを調節することもできる。   Accordingly, after the heat treatment, the heat treatment is further performed in a state where the precursor is removed from the single crystal substrate on which the noble metal nanowires are formed, and the density of the noble metal nanowires aligned with respect to the single crystal substrate is determined. You can also adjust the size.

本発明の製造方法において使用可能な前駆物質としては、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属があり、これらを利用して貴金属単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記の貴金属酸化物は、酸化金、酸化銀、酸化パラジウム、酸化白金、酸化イリジウム、酸化オスミウム、酸化ロジウムまたは酸化ルテニウムを使用することができ、前記の貴金属酸化物を利用して金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウム単結晶ナノワイヤを製造することができる。前記貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウム、または、ルテニウムが使用可能であり、前記ハロゲン化貴金属は、フルオロ化貴金属、塩化貴金属、臭化貴金属またはヨウ化貴金属から選択されることが好ましく、塩化貴金属、臭化貴金属またはヨウ化貴金属から選択されることがより好ましく、塩化貴金属であることが最も好ましい。前記ハロゲン化貴金属の貴金属は、金、銀、パラジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウムまたはルテニウムから選択され、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化貴金属水化物を包含する。
前記前駆物質は、貴金属酸化物または貴金属であることが好ましい。
Precursors that can be used in the production method of the present invention include noble metal oxides, noble metals, and noble metal halides, and these can be used to produce noble metal single crystal nanowires. As the noble metal oxide, gold oxide, silver oxide, palladium oxide, platinum oxide, iridium oxide, osmium oxide, rhodium oxide or ruthenium oxide can be used, and gold, silver, Palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium or ruthenium single crystal nanowires can be produced. The noble metal may be gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium, or ruthenium, and the halogenated noble metal is selected from a fluorinated noble metal, a noble metal chloride, a noble metal bromide, or a noble metal iodide. More preferably, it is selected from noble metal chloride, noble metal bromide or noble metal iodide, and most preferably noble metal chloride. The noble metal of the halogenated noble metal is selected from gold, silver, palladium, platinum, iridium, osmium, rhodium or ruthenium, and the halogenated noble metal includes a halogenated noble metal hydrate.
The precursor is preferably a noble metal oxide or a noble metal.

また、貴金属ナノワイヤの磁性特性を調節するために、前記前駆物質は、遷移金属物質をさらに包むことができる。前記遷移金属物質は、Co、Fe、Mg、Mn、Cr、Zr、Cu、Zn、V、Ti、Nb、Yまたはこれらの混合物とすることができる。   In addition, in order to adjust the magnetic characteristics of the noble metal nanowire, the precursor may further encapsulate a transition metal material. The transition metal material may be Co, Fe, Mg, Mn, Cr, Zr, Cu, Zn, V, Ti, Nb, Y or a mixture thereof.

前記前駆物質として、酸化金、金またはハロゲン化金、好ましくは、酸化金または金を利用して前記単結晶基板の表面に対して方向性を有する整列されたAu単結晶ナノワイヤを製造することができ、前記前駆物質として酸化パラジウム、パラジウムまたはハロゲン化パラジウム、好ましくは、酸化パラジウムまたはパラジウムを利用して前記単結晶基板の表面に対して方向性を有する整列されたPd単結晶ナノワイヤを製造することができる。   Using the oxide as a precursor, gold oxide, gold or gold halide, preferably gold oxide or gold, to produce aligned Au single crystal nanowires having directionality with respect to the surface of the single crystal substrate. And producing aligned Pd single crystal nanowires having directionality with respect to the surface of the single crystal substrate using palladium oxide, palladium or palladium halide, preferably palladium oxide or palladium as the precursor. Can do.

このとき、前記ハロゲン化金は、フルオロ化金、塩化金、臭化金またはヨウ化金から選択されることが好ましく、前記ハロゲン化パラジウムは、フルオロ化パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウムまたはヨウ化パラジウムから選択されることが好ましい。   In this case, the gold halide is preferably selected from gold fluoride, gold chloride, gold bromide or gold iodide, and the palladium halide is palladium fluoride, palladium chloride, palladium bromide or iodide. Preferably it is selected from palladium.

本発明の製造方法の優秀性を実験的に立証するべく、本発明の製造方法に従って、Au、PdO、AuまたはPdを前駆物質として使用し、基板に対して方向性を有するAu単結晶ナノワイヤ及びPd単結晶ナノワイヤをそれぞれ製造した。以下、実施例1〜5によって詳細に説明する。 In order to experimentally prove the superiority of the manufacturing method of the present invention, according to the manufacturing method of the present invention, Au 2 O 3 , PdO, Au or Pd is used as a precursor, and an Au single layer having directionality with respect to the substrate is used. Crystal nanowires and Pd single crystal nanowires were respectively produced. Hereinafter, Examples 1 to 5 will be described in detail.

(実施例1)
反応炉で気相輸送法を利用して基板に対して垂直配向されたAu単結晶ナノワイヤを製造した。
前記反応炉は、前端部と後端部に区別されるとともに、独立的に加熱体及び温度調節装置を備えている。反応炉内の配管は、直径1インチ、長さ60cmサイズの石英材質のものを使用した。
Example 1
Au single crystal nanowires oriented perpendicularly to the substrate were manufactured using a vapor phase transport method in a reaction furnace.
The reactor is divided into a front end portion and a rear end portion, and is independently provided with a heating body and a temperature control device. The piping in the reaction furnace was made of quartz material having a diameter of 1 inch and a length of 60 cm.

先ず、反応炉の前端部の中心部には前駆物質であるAu(Sigma−Aldrich、334057)0.02gを仕込んだ高純度アルミナ材質のボート型容器を載置した。また、反応炉の後端部の中心部には、単結晶基板の表面が(0001)面であるサファイア単結晶を配置した。
次いで、アルゴン気体を反応炉の前端部から導入して反応炉の後端部に排気するようにした。このとき、反応炉の前記後端部には、真空ポンプが装着され、該真空ポンプによって石英製配管内の圧力を5torrに維持するとともに、MFC(Mass Flow Controller)を利用して100sccmのアルゴン気体が流れるようにした。
First, a boat-type container made of a high-purity alumina material charged with 0.02 g of Au 2 O 3 (Sigma-Aldrich, 334057) as a precursor was placed at the center of the front end of the reactor. In addition, a sapphire single crystal having a (0001) plane on the surface of the single crystal substrate was disposed at the center of the rear end of the reactor.
Next, argon gas was introduced from the front end of the reaction furnace and exhausted to the rear end of the reaction furnace. At this time, a vacuum pump is attached to the rear end portion of the reactor, and the pressure in the quartz pipe is maintained at 5 torr by the vacuum pump, and an argon gas of 100 sccm is utilized using an MFC (Mass Flow Controller). To flow.

反応炉の前端部(前駆物質が仕込まれているアルミナ材ボート型容器(以下、前駆物質と略記する。))の温度は1100℃に維持し、反応炉の後端部(シリコン基板)の温度は、900℃に維持した状態で30分間熱処理してAu単結晶ナノワイヤを製造した。   The temperature of the front end of the reactor (alumina boat type vessel (hereinafter abbreviated as precursor) in which precursors are charged) is maintained at 1100 ° C., and the temperature of the rear end of the reactor (silicon substrate) Were heat-treated for 30 minutes in a state maintained at 900 ° C. to produce Au single crystal nanowires.

(実施例2)
反応炉において気相輸送法を利用して基板に対して垂直配向されたPd単結晶ナノワイヤを製造した。
熱処理の温度、前駆物質、不活性ガスの流量、圧力などの他は、実施例1と同一の条件及び装置を利用してPd単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 2)
Pd single crystal nanowires oriented perpendicularly to the substrate were manufactured using a vapor transport method in a reaction furnace.
A Pd single crystal nanowire was manufactured using the same conditions and apparatus as in Example 1 except for the temperature of the heat treatment, the precursor, the flow rate of the inert gas, the pressure, and the like.

前駆物質としてはPdO(Sigma−Aldrich、203971)0.05gを使用し、真空ポンプを利用して石英製配管内の圧力を6torrに維持した。   As a precursor, 0.05 g of PdO (Sigma-Aldrich, 203971) was used, and the pressure in the quartz pipe was maintained at 6 torr using a vacuum pump.

アルゴン気体が140sccmで流れる状態を維持しながら反応炉の前端部(前駆物質)の温度を1100℃に維持し、反応炉の後端部(サファイア基板)の温度は900℃に維持した状態で30分間熱処理してPd単結晶ナノワイヤを製造した。   While maintaining the state where argon gas flows at 140 sccm, the temperature of the front end (precursor) of the reactor is maintained at 1100 ° C., and the temperature of the rear end (sapphire substrate) of the reactor is maintained at 900 ° C. Pd single crystal nanowires were manufactured by heat treatment for minutes.

(実施例3)
反応炉において気相輸送法を利用して基板に対して水平配向されたAu単結晶ナノワイヤを製造した。
熱処理の温度、圧力、及び不活性ガスの流量の他は、実施例1と同一の条件及び装置を利用してAu単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 3)
Au single crystal nanowires oriented horizontally with respect to the substrate were manufactured using a vapor phase transport method in a reaction furnace.
Au single-crystal nanowires were manufactured using the same conditions and apparatus as in Example 1 except for the heat treatment temperature, pressure, and inert gas flow rate.

真空ポンプを利用して石英製配管内の圧力を17torrに維持しながら、アルゴン気体が80sccmで流れる状態で反応炉の前端部(前駆物質)の温度を1100℃に維持し、反応炉の後端部(サファイア基板)の温度は850℃に維持した状態で30分間熱処理してAu単結晶ナノワイヤを製造した。   While maintaining the pressure in the quartz pipe at 17 torr using a vacuum pump, the temperature of the front end (precursor) of the reactor is maintained at 1100 ° C. while argon gas flows at 80 sccm, and the rear end of the reactor The part (sapphire substrate) was heat-treated for 30 minutes while maintaining the temperature at 850 ° C. to produce Au single crystal nanowires.

(実施例4)
反応炉で気相輸送法を利用して基板に対して水平配向されたAu単結晶ナノワイヤを製造した。
(11−20)面であるサファイア単結晶基板を使用したことの他は、前記実施例3と同一の条件及び装置を利用してAu単結晶ナノワイヤを製造した。
Example 4
Au single crystal nanowires oriented horizontally with respect to the substrate were manufactured using a vapor phase transport method in a reaction furnace.
An Au single crystal nanowire was manufactured using the same conditions and apparatus as in Example 3 except that a sapphire single crystal substrate having a (11-20) plane was used.

(実施例5)
反応炉で気相輸送法を利用して基板に対して水平配向されたPd単結晶ナノワイヤを製造した。
熱処理の温度、圧力、及び不活性ガスの流量の他は、実施例2と同一の条件及び装置を利用してPd単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 5)
Pd single crystal nanowires oriented horizontally with respect to the substrate were manufactured using a vapor phase transport method in a reaction furnace.
Pd single crystal nanowires were manufactured using the same conditions and apparatus as in Example 2 except for the heat treatment temperature, pressure, and inert gas flow rate.

真空ポンプによって石英製配管内の圧力を20torrに維持しながら、アルゴン気体が100sccmで流れる状態で反応炉の前端部(前駆物質)の温度を1100℃に維持し、反応炉の後端部(サファイア基板)の温度は850℃に維持した状態で30分間熱処理してPd単結晶ナノワイヤを製造した。   While maintaining the pressure in the quartz pipe by a vacuum pump at 20 torr, the temperature of the front end (precursor) of the reactor is maintained at 1100 ° C. while argon gas flows at 100 sccm, and the rear end of the reactor (sapphire) The substrate was maintained at 850 ° C. for 30 minutes to produce Pd single crystal nanowires.

(実施例6)
Au前駆物質を使用し、基板に対して垂直配向されたAu単結晶ナノワイヤを製造した。前記の前駆物質としてAu0.02gを使用したことの他は、実施例1と同一の条件によってAu単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 6)
Using Au precursors, Au single crystal nanowires oriented perpendicular to the substrate were produced. Au single crystal nanowires were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that 0.02 g of Au was used as the precursor.

(実施例7)
Pd前駆物質を使用し、基板に対して垂直配向されたPd単結晶ナノワイヤを製造した。前記の前駆物質としてPd0.05gを使用したことの他は、実施例2と同一の条件によってPd単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 7)
Using a Pd precursor, Pd single crystal nanowires oriented perpendicular to the substrate were fabricated. A Pd single crystal nanowire was manufactured under the same conditions as in Example 2 except that 0.05 g of Pd was used as the precursor.

(実施例8)
Au前駆物質を使用し、基板に対して水平配向されたAu単結晶ナノワイヤを製造した。前記の前駆物質としてAuを使用したことの他は、実施例3と同一の条件によってAu単結晶ナノワイヤを製造した。
(Example 8)
Using Au precursors, Au single crystal nanowires oriented horizontally with respect to the substrate were produced. Au single crystal nanowires were manufactured under the same conditions as in Example 3 except that Au was used as the precursor.

(実施例9)
Pd前駆物質を使用し、基板に対して水平配向されたPd単結晶ナノワイヤを製造した。前記の前駆物質としてPdを使用したことの他は、実施例5と同一の条件によってPd単結晶ナノワイヤを製造した。
Example 9
Using a Pd precursor, Pd single crystal nanowires oriented horizontally with respect to the substrate were produced. A Pd single crystal nanowire was manufactured under the same conditions as in Example 5 except that Pd was used as the precursor.

前記実施例1で製造されたナノワイヤの物理的特性は、前記実施例6で製造されたナノワイヤと類似し、前記実施例2で製造されたナノワイヤの物理的特性は、前記実施例7で製造されたナノワイヤと類似し、前記実施例3で製造されたナノワイヤの物理的特性は、前記実施例8で製造されたナノワイヤと類似し、前記実施例5で製造されたナノワイヤの物理的特性は、前記実施例9で製造されたナノワイヤと類似であった。したがって、以下の分析における単結晶ナノワイヤの特性は、実施例1〜実施例5に基づいて説明する。   The physical characteristics of the nanowires manufactured in Example 1 are similar to the nanowires manufactured in Example 6, and the physical characteristics of the nanowires manufactured in Example 2 are manufactured in Example 7. The physical characteristics of the nanowire manufactured in Example 3 are similar to those of the nanowire manufactured in Example 8, and the physical characteristics of the nanowire manufactured in Example 5 are It was similar to the nanowire produced in Example 9. Therefore, the characteristics of the single crystal nanowire in the following analysis will be described based on Examples 1 to 5.

つまり、前記実施例1〜実施例5によって製造された貴金属単結晶ナノワイヤを分析して基板に対する方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤの品質、形象及び純度などを分析し、その結果を添付の図面を参照しながら説明する。   That is, the noble metal single crystal nanowires manufactured according to Examples 1 to 5 are analyzed to analyze the quality, shape, purity, and the like of the noble metal single crystal nanowires having directionality with respect to the substrate, and the results are shown in the accompanying drawings. The description will be given with reference.

図1〜図4は、実施例1によって製造されたAu単結晶ナノワイヤに対する測定分析の結果である。   1 to 4 show the results of measurement analysis on the Au single crystal nanowire manufactured by Example 1. FIG.

まず、図1(a)は、サファイア単結晶の基板上に製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。図1から分るように、本発明の実施例1のAu単結晶ナノワイヤは、単結晶基板の表面に対して垂直に成長配列された特徴を示している。また、多量の単結晶ナノワイヤが製造されるとともに、ナノワイヤが長軸方向にまっすぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤが互に接触することなく個別的に分離されたAu単結晶ナノワイヤが製造されている。   First, FIG. 1A is an SEM photograph of Au single crystal nanowires manufactured on a sapphire single crystal substrate. As can be seen from FIG. 1, the Au single crystal nanowire of Example 1 of the present invention shows the characteristics of being grown and arranged perpendicular to the surface of the single crystal substrate. In addition, a large amount of single crystal nanowires are manufactured, and Au single crystal nanowires having a shape in which the nanowires are straightly extended in the long axis direction and individually separated without contacting each other are manufactured. .

また、図1(b)の高配率SEM写真によってAu単結晶ナノワイヤのファセット面形状を巨視的に示している。   Further, the facet surface shape of the Au single crystal nanowire is shown macroscopically by the high-percentage SEM photograph of FIG.

図2は、Au単結晶ナノワイヤのXRDによる構造回折の結果である。
図2の回折結果から分るように、回折の頂点移動(peak shift)なしにバルクのAu回折結果と正確に一致し、製造されたAu単結晶ナノワイヤの面心立方構造(FCC Structure)を示している。
前記のように製造されたAu単結晶ナノワイヤの構造及び形状をTEMを利用して詳細に観察した。
FIG. 2 shows the result of structural diffraction by XRD of Au single crystal nanowire.
As can be seen from the diffraction result of FIG. 2, the face-centered cubic structure (FCC Structure) of the manufactured Au single crystal nanowire is shown, which is in good agreement with the bulk Au diffraction result without the peak shift of diffraction. ing.
The structure and shape of the Au single crystal nanowire manufactured as described above were observed in detail using TEM.

図3(a)〜(c)の結果から分るように、製造されたAu単結晶ナノワイヤが滑らかな表面を有しながら、ファセット面形状であることを確認することができる。   As can be seen from the results of FIGS. 3A to 3C, it can be confirmed that the manufactured Au single-crystal nanowire has a facet shape while having a smooth surface.

図3(a)のSAED(制限視野電子回折:Selected Area Electron Diffraction)パターンを通じて、製造されたAu単結晶ナノワイヤが単一の結晶体からなる単結晶体であることを確認することができ、
図3(a)と(b)を通じてAu単結晶ナノワイヤの成長方向(長軸)が<110>方向であることを確認することができる。また、図3(c)の結果からナノワイヤが完璧な単結晶体であることを確認することができる。
Through the SAED (Selected Area Electron Diffraction) pattern of FIG. 3A, it can be confirmed that the manufactured Au single crystal nanowire is a single crystal composed of a single crystal.
3A and 3B, it can be confirmed that the growth direction (long axis) of the Au single crystal nanowire is the <110> direction. Moreover, it can confirm that a nanowire is a perfect single crystal body from the result of FIG.3 (c).

前記図1〜図3(c)の結果によって、前記Au単結晶ナノワイヤの成長方向に対して垂直方向の断面は、断面外周上の接線の傾き値が不連続的に変化するファセット面形状を有し、前記ファセット面形状のナノワイヤのファセット面形状を形成する各面は{111}{110}{100}のような低指数面であることを確認することができる。   According to the results of FIGS. 1 to 3C, the cross section perpendicular to the growth direction of the Au single crystal nanowire has a facet surface shape in which the slope value of the tangent on the outer periphery of the cross section changes discontinuously. It can be confirmed that each surface forming the facet surface shape of the nanowire having the facet surface shape is a low index surface such as {111} {110} {100}.

図4は、TEM装備に装着されたEDS(Energy Dispersive Spectroscopy)を利用してAu単結晶ナノワイヤの成分を分析した結果を示している。図4の結果から分るように、グリッド(grid)のような測定装備の特性上、副次的に測定された物質を除くと、製造されたナノワイヤがAuのみでなっていることを確認することができる。   FIG. 4 shows the result of analyzing the components of the Au single crystal nanowire using EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) attached to the TEM equipment. As can be seen from the results of FIG. 4, it is confirmed that the manufactured nanowire is made only of Au, except for the secondary measured material due to the characteristics of the measurement equipment such as the grid. be able to.

図5〜図8は、実施例2によって製造されたPd単結晶ナノワイヤに対する測定分析の結果である。   5 to 8 show the results of measurement analysis for the Pd single crystal nanowire manufactured by Example 2. FIG.

図5(a)は、サファイア単結晶の基板上に製造されたPd単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。同図から分るように、50〜150nmの直径と5〜10μmの長さを有する多量のナノワイヤが単結晶基板の表面に対して垂直に成長配列されていることを確認することができる。また、ナノワイヤが長軸方向にまっすぐ伸びた形状を有し、ナノワイヤが互に接触することなく個別的に分離されたPd単結晶ナノワイヤが製造されることを確認することができる。さらに、図1(b)の高配率SEM写真によってPd単結晶ナノワイヤのファセット面形状を巨視的に示していることを確認することができる。   FIG. 5A is an SEM photograph of a Pd single crystal nanowire manufactured on a sapphire single crystal substrate. As can be seen from the figure, it can be confirmed that a large number of nanowires having a diameter of 50 to 150 nm and a length of 5 to 10 μm are grown and arranged perpendicular to the surface of the single crystal substrate. In addition, it can be confirmed that the nanowires have a shape extending straight in the long axis direction, and Pd single crystal nanowires are manufactured in which the nanowires are individually separated without contacting each other. Furthermore, it can be confirmed that the facet surface shape of the Pd single crystal nanowire is shown macroscopically from the high-rate SEM photograph of FIG.

図6は、Pd単結晶ナノワイヤのXRDによる構造回折の結果である。
図6の回折結果から分るように、製造されたPd単結晶ナノワイヤがバルクのPd回折結果と一致し、面心立方構造を示していることを確認することができる。
FIG. 6 is a result of structural diffraction by XRD of a Pd single crystal nanowire.
As can be seen from the diffraction results of FIG. 6, it can be confirmed that the manufactured Pd single crystal nanowires coincide with the bulk Pd diffraction results and show a face-centered cubic structure.

前記のように製造されたPd単結晶ナノワイヤの構造及び形状をTEMを利用して詳細に観察した。   The structure and shape of the Pd single crystal nanowire manufactured as described above were observed in detail using TEM.

図7(a)〜(c)の結果から分るように、製造されたPd単結晶ナノワイヤが滑らかな表面を有しながら、ファセット面形状を有していることを確認することができる。   As can be seen from the results of FIGS. 7A to 7C, it can be confirmed that the manufactured Pd single crystal nanowire has a facet shape while having a smooth surface.

図7(a)のSAEDパターンを通じて製造されたPd単結晶ナノワイヤが単一の結晶体からなる単結晶体であることを確認することができ、Pd単結晶ナノワイヤの成長方向(長軸)が<110>方向であることを確認することができる。また、前記ファセット面形状のナノワイヤの表面を形成する各面は{111}{110}{100}のような低指数面であることを確認することができる。さらに、図7(c)のHRTEMイメージを通じて、製造された単結晶ナノワイヤが欠陥のない高結晶性を有していることを確認することができる。   It can be confirmed that the Pd single crystal nanowire manufactured through the SAED pattern of FIG. 7A is a single crystal composed of a single crystal, and the growth direction (long axis) of the Pd single crystal nanowire is < 110> direction can be confirmed. Further, it can be confirmed that each surface forming the surface of the facet-shaped nanowire is a low index surface such as {111} {110} {100}. Furthermore, it can be confirmed through the HRTEM image of FIG. 7C that the manufactured single crystal nanowire has high crystallinity without defects.

図8は、TEM装備に装着されたEDSを利用してPd単結晶ナノワイヤの成分を分析した結果を示している。
図13は、Pd単結晶ナノワイヤのSEM写真である。
図8及び図13の結果から分るように、グリッドのような測定装備の特性上副次的に測定された物質を除くと、製造されたナノワイヤがPdのみでなっていることを確認することができる。
FIG. 8 shows a result of analyzing the components of the Pd single crystal nanowire using the EDS mounted on the TEM equipment.
FIG. 13 is an SEM photograph of Pd single crystal nanowire.
As can be seen from the results of FIG. 8 and FIG. 13, it is confirmed that the manufactured nanowire is made only of Pd, excluding the substances measured secondary due to the characteristics of the measurement equipment such as the grid. Can do.

上述のように、本発明の実施例1及び実施例2によって製造された貴金属ナノワイヤを分析した結果、本発明の貴金属ナノワイヤは、その物質の種類と関係なしに共通的に単結晶基板の表面に対して垂直成長して配列される特徴を有し、高品質の単結晶体であり、不純物を包含しない高純度のナノワイヤであることを確認することができた。また、基板上に多量のナノワイヤを形成し、それぞれのナノワイヤが互に接触することなく、個別的に分離されていることを確認した。なお、結晶学的な特徴として、本発明の貴金属単結晶ナノワイヤは、貴金属バルクと同一の結晶構造を有し、単結晶ナノワイヤの成長方向(長軸)が<100>方向であり、ファセット面形状であることを確認することができる。   As described above, as a result of analyzing the noble metal nanowires manufactured according to Example 1 and Example 2 of the present invention, the noble metal nanowires of the present invention are commonly formed on the surface of the single crystal substrate regardless of the type of the material. On the other hand, it was confirmed that the nanowires were characterized by being vertically grown and arranged, were high-quality single crystals, and were high-purity nanowires that did not contain impurities. In addition, a large amount of nanowires were formed on the substrate, and it was confirmed that the nanowires were individually separated without contacting each other. As a crystallographic feature, the noble metal single crystal nanowire of the present invention has the same crystal structure as the noble metal bulk, the growth direction (long axis) of the single crystal nanowire is the <100> direction, and the facet shape It can be confirmed.

図9と図10は、実施例3で製造されたAu単結晶ナノワイヤに対する測定分析の結果である。   9 and 10 show the results of measurement analysis for the Au single crystal nanowire manufactured in Example 3. FIG.

図9は、サファイア単結晶基板で製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。
図9から分るように、単結晶基板の表面に対して水平方向に成長配列された多量のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。
FIG. 9 is a SEM photograph of Au single crystal nanowires manufactured with a sapphire single crystal substrate.
As can be seen from FIG. 9, it can be confirmed that a large amount of nanowires grown and arranged in the horizontal direction with respect to the surface of the single crystal substrate are manufactured.

図10は、製造されたAu単結晶ナノワイヤとサファイア基板の界面における高解像TEM写真であり、図10の右側上部の電子回折パターンから分るように、製造されたAu単結晶ナノワイヤが純粋な単結晶からなっており、バルクAuと同一の面心立方構造を有していることを確認することができる。また、製造されたAu単結晶ナノワイヤと前記単結晶基板の結晶学的関係をTEMを利用して詳細に観察した結果、図10の結果から分るように、製造されたAu単結晶ナノワイヤの(110)面とサファイア単結晶表面である(0001)面がエピタキシャルに成長されていることを確認することができる。   FIG. 10 is a high-resolution TEM photograph at the interface between the manufactured Au single crystal nanowire and the sapphire substrate. As can be seen from the electron diffraction pattern on the upper right side of FIG. 10, the manufactured Au single crystal nanowire is pure. It can be confirmed that it consists of a single crystal and has the same face-centered cubic structure as bulk Au. Further, as a result of detailed observation of the crystallographic relationship between the manufactured Au single crystal nanowire and the single crystal substrate using TEM, as can be seen from the results of FIG. 110) plane and the (0001) plane which is the sapphire single crystal surface can be confirmed to be epitaxially grown.

サファイア単結晶表面でエピタキシャルに成長したAu単結晶ナノワイヤが<110>の成長方向を有することができるとともに、Au単結晶ナノワイヤの長軸<110>がサファイア単結晶表面の<11−20>方向と平行であることを確認することができる。これによって、図9のように水平成長した多量のAu単結晶ナノワイヤが<11−20>と結晶学的に同一の6つの方向に3角形または6角形に配列された構造を有することを確認することができる。   The Au single crystal nanowire epitaxially grown on the surface of the sapphire single crystal can have a growth direction of <110>, and the long axis <110> of the Au single crystal nanowire has a <11-20> direction on the surface of the sapphire single crystal. It can be confirmed that they are parallel. As a result, it is confirmed that a large amount of Au single crystal nanowire grown horizontally as shown in FIG. 9 has a structure arranged in a triangle or hexagon in six directions that are crystallographically identical to <11-20>. be able to.

図11〜図12は、実施例4を通じて製造されたAu単結晶ナノワイヤに対する測定分析の結果である。   11 to 12 show the results of measurement analysis for the Au single crystal nanowire manufactured through Example 4. FIG.

図11は、a面のサファイア単結晶基板上に製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。実施例3のように、単結晶基板の表面に対して水平に成長配列された多量のナノワイヤが製造されていることを確認することができる。しかし、Au単結晶ナノワイヤの長軸<110>が単結晶基板の<11−20>と結晶学的に同一の6つの方向に配列された構造を有する実施例3とは異なり、単一の方向に配列されたAu単結晶ナノワイヤが製造されていることを示している。   FIG. 11 is an SEM photograph of Au single crystal nanowires manufactured on an a-plane sapphire single crystal substrate. As in Example 3, it can be confirmed that a large amount of nanowires that are grown and arranged horizontally with respect to the surface of the single crystal substrate are manufactured. However, unlike Example 3 in which the long axis <110> of the Au single crystal nanowire is arranged in six directions that are crystallographically identical to <11-20> of the single crystal substrate, a single direction It is shown that Au single crystal nanowires arranged in the above are manufactured.

図12は、製造されたAu単結晶ナノワイヤとサファイア基板の界面の高配率TEM写真である。図12の右側上部の電子回折パターンから分るように、製造されたAu単結晶ナノワイヤが純粋な単結晶からなっており、バルクAuと同一の面心立方構造を有していることを確認することができる。また、製造されたAu単結晶ナノワイヤと前記単結晶基板の結晶学的関係をTEMを利用して詳細に観察した結果、実施例3の結果と類似にAu単結晶ナノワイヤが<110>の成長方向を有することを確認することができる。製造されたAu単結晶ナノワイヤの(11−1)面とサファイア単結晶の表面である(11−20)面がエピタキシャルに成長されているとともに、Au単結晶ナノワイヤの長軸方向である<110>方向とa面サファイア単結晶基板の<0001>方向が平行であることを確認することができる。これによって、図11のように水平成長した多量のAu単結晶ナノワイヤが<0001>の単一方向に配列されていることを特認することができる。   FIG. 12 is a high-rate TEM photograph of the interface between the produced Au single crystal nanowire and the sapphire substrate. As can be seen from the electron diffraction pattern on the upper right side of FIG. 12, it is confirmed that the manufactured Au single crystal nanowire is made of pure single crystal and has the same face-centered cubic structure as bulk Au. be able to. Further, as a result of detailed observation of the crystallographic relationship between the manufactured Au single crystal nanowire and the single crystal substrate using TEM, the growth direction of <110> in the Au single crystal nanowire is similar to the result of Example 3. Can be confirmed. The (11-1) plane of the manufactured Au single crystal nanowire and the (11-20) plane which is the surface of the sapphire single crystal are epitaxially grown, and the long axis direction of the Au single crystal nanowire is <110>. It can be confirmed that the direction and the <0001> direction of the a-plane sapphire single crystal substrate are parallel. Thus, it can be recognized that a large amount of Au single crystal nanowires grown horizontally as shown in FIG. 11 are arranged in a single direction of <0001>.

また、実施例3及び実施例4で製造されたAu単結晶ナノワイヤをTEM装備に装着されたEDSを利用して成分分析した結果、実施例1と同様にグリットのような測定装備の特性上副次的に測定された物質を除くと、製造されたナノワイヤがAuのみでなっている純粋なAu単結晶ナノワイヤであることが確認された。   In addition, as a result of component analysis of the Au single crystal nanowires manufactured in Example 3 and Example 4 using the EDS mounted on the TEM equipment, as in the case of Example 1, the characteristics of the measurement equipment such as the grit are secondary. Excluding the substances measured next, it was confirmed that the manufactured nanowires were pure Au single crystal nanowires made of only Au.

図13は、実施例5で製造されたPd単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。実施例3及び実施例4における基板に対して平行に成長したAu単結晶ナノワイヤのように、基板に対して平行に成長したPd単結晶ナノワイヤが製造されていることを示しているTEMを利用して結晶構造の分析を行った結果、実施例2と類似に単結晶のPd単結晶ナノワイヤが製造され、TEM装備に装着されたEDSを利用して成分分析した結果、Pdのみでなっている純粋なPd単結晶ナノワイヤであることが確認された。   FIG. 13 is a SEM photograph of the Pd single crystal nanowire manufactured in Example 5. Using TEM indicating that Pd single crystal nanowires grown parallel to the substrate are manufactured like Au single crystal nanowires grown parallel to the substrate in Example 3 and Example 4. As a result of analyzing the crystal structure, a single-crystal Pd single-crystal nanowire was produced in the same manner as in Example 2. As a result of component analysis using EDS mounted on the TEM equipment, pure Pd alone was obtained. Pd single crystal nanowire was confirmed.

実施例1〜実施例5を通じて、貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を含有する前駆物質を用いて、無触媒条件下で製造された、純粋な単結晶体であり、内部欠陥が少ない高品質かつ高純度の貴金属ナノワイヤが一定の方向性を有して、基板の上部に形成されることを確認することができる。このような方向性が前記前駆物質の種類、前記単結晶基板の種類、前記単結晶基板の表面方向、前記熱処理の温度、前記不活性ガスの流量、前記圧力またはこれらの調節によって制御することができることを確認することができた。   Through Examples 1 to 5, a pure single crystal produced under a non-catalytic condition using a precursor containing a noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal, and high quality with few internal defects In addition, it can be confirmed that the high-purity noble metal nanowires have a certain direction and are formed on the top of the substrate. Such orientation may be controlled by the type of the precursor, the type of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, the temperature of the heat treatment, the flow rate of the inert gas, the pressure, or adjustment thereof. I was able to confirm that I could do it.

以上、本発明の貴金属ナノワイヤの製造方法及びこの製造方法によって製造された貴金属ナノワイヤは、基板の表面に対する方向性及びナノワイヤのサイズ及び形状の制御が可能であり、また再現可能で単純な製造工程を通じて高純度かつ高品質のナノワイヤを大量生産することによって、貴金属ナノワイヤ自体に対する物理的、光学的、電磁気的性質を研究することのできる基盤を提供する。また、金属の中、電気伝導度及び熱伝導率が良く、化学的に安定的な貴金属ナノワイヤを利用して電気素子、光素子または磁気素子の特性を向上させることができ、そのサイズを減少することができる。   As described above, the noble metal nanowire manufacturing method of the present invention and the noble metal nanowire manufactured by this manufacturing method can control the orientation with respect to the surface of the substrate and the size and shape of the nanowire, and can be reproduced through a simple manufacturing process. By mass-producing high-purity and high-quality nanowires, it provides a foundation for studying physical, optical, and electromagnetic properties of noble metal nanowires themselves. Also, among metals, electrical conductivity and thermal conductivity are good, and chemically stable noble metal nanowires can be used to improve the characteristics of electrical, optical and magnetic elements, and reduce their size be able to.

殊に、貴金属ナノワイヤの表面特性を利用する分光装置に利用されるか、生物学的情報検出装置(バイオセンサー)や、光、電気、磁気、熱または振動、またはこれらの組合せを検出するセンサー装置などに利用して検出特性を調節し、センサーの敏感度、正確性、再現性を向上させることができる。   In particular, it is used in a spectroscopic device that utilizes the surface characteristics of noble metal nanowires, a biological information detection device (biosensor), or a sensor device that detects light, electricity, magnetism, heat or vibration, or a combination thereof. The detection characteristics can be adjusted to improve the sensitivity, accuracy, and reproducibility of the sensor.

また、単結晶基板の表面に対する垂直配列を利用してMEMS構造体、3次元メモリ素子等の作製に活用することができる。   In addition, it can be used to manufacture a MEMS structure, a three-dimensional memory element, and the like by using a vertical arrangement with respect to the surface of the single crystal substrate.

なお、上述した実施例及び図面の説明において、特定の前駆物質、特定の単結晶基板のように限定して説明したが、これは本発明の全般的な理解のためであり、本発明は、前記の実施例などに限定されるものではなく、本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形も可能である。   In the description of the embodiments and drawings described above, the specific precursor and the specific single crystal substrate have been described in a limited manner, but this is for a general understanding of the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications and variations can be made from such description by those who have ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs.

本発明の実施例1によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。It is a SEM photograph figure of Au single crystal nanowire manufactured by Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのXRD図である。1 is an XRD diagram of an Au single crystal nanowire manufactured according to Example 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのTEM図であって、(a)は(b)のAu単結晶ナノワイヤの制限視野回折図であり、(b)はAu単結晶ナノワイヤの暗視野像であり、(c)は(b)の高解像TEM写真である。FIG. 2 is a TEM diagram of an Au single crystal nanowire manufactured according to Example 1 of the present invention, in which (a) is a limited field diffraction diagram of the Au single crystal nanowire of (b), and (b) is an Au single crystal nanowire of FIG. (C) is a high-resolution TEM photograph of (b). 本発明の実施例1によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのEDS図である。1 is an EDS diagram of an Au single crystal nanowire manufactured according to Example 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例2によって製造されたPd単結晶ナノワイヤのSEM写真である。It is a SEM photograph of Pd single crystal nanowire manufactured by Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2によって製造されたPd単結晶ナノワイヤのXRD図である。It is a XRD figure of the Pd single crystal nanowire manufactured by Example 2 of this invention. 本発明の実施例2によって製造されたPd単結晶ナノワイヤのTEM図であって、(a)は(b)のPd単結晶ナノワイヤの制限視野回折図であり、(b)はPd単結晶ナノワイヤの暗視野像であり、(c)は高解像TEM写真である。FIG. 3 is a TEM diagram of a Pd single crystal nanowire manufactured according to Example 2 of the present invention, in which (a) is a limited field diffraction diagram of (b) a Pd single crystal nanowire, and (b) is a Pd single crystal nanowire of FIG. It is a dark field image, (c) is a high-resolution TEM photograph. 本発明の実施例2によって製造されたPd単結晶ナノワイヤのEDS図である。It is an EDS figure of the Pd single crystal nanowire manufactured by Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真である。It is a SEM photograph of Au single crystal nanowire manufactured by Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3によって製造されたAu単結晶ナノワイヤと基板の界面高解像TEM写真である。4 is a high-resolution TEM photograph of an interface between an Au single crystal nanowire and a substrate manufactured according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4によって製造されたAu単結晶ナノワイヤのSEM写真である。It is a SEM photograph of Au single crystal nanowire manufactured by Example 4 of the present invention. 本発明の実施例4によって製造されたAu単結晶ナノワイヤと基板の界面高解像TEM写真である。6 is a high-resolution TEM photograph of an interface between an Au single crystal nanowire and a substrate manufactured according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5によって製造されたPd単結晶ナノワイヤのSEM写真図である。It is a SEM photograph figure of Pd single crystal nanowire manufactured by Example 5 of the present invention.

Claims (34)

貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を含有する前駆物質を用いて無触媒の条件下で製造された半導体または不導体単結晶基板の表面に対して方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤ。   A noble metal single crystal nanowire having directionality with respect to the surface of a semiconductor or non-conductor single crystal substrate produced under a non-catalytic condition using a precursor containing a noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal. 前記方向性は、垂直または水平の方向性である請求項1に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 1, wherein the directivity is a vertical or horizontal directivity. 前記貴金属酸化物は、酸化金または酸化パラジウムから選択され、前記貴金属は、金またはパラジウムから選択され、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化金またはハロゲン化パラジウムから選択される請求項1又は2に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   3. The noble metal oxide is selected from gold oxide or palladium oxide, the noble metal is selected from gold or palladium, and the halogenated noble metal is selected from gold halide or palladium halide. Noble metal single crystal nanowire. 前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して垂直に成長している請求項2又は3に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 2 or 3, wherein the noble metal single crystal nanowire is grown perpendicularly to a surface of the single crystal substrate. 前記前駆物質は、酸化金または金であり、前記垂直成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤである請求項4に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 4, wherein the precursor is gold oxide or gold, and the vertically grown noble metal single crystal nanowire is an Au single crystal nanowire. 前記Au単結晶ナノワイヤは、面心立方構造であり、長軸の方向が<110>である請求項5に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   6. The noble metal single crystal nanowire according to claim 5, wherein the Au single crystal nanowire has a face-centered cubic structure and a major axis direction is <110>. 前記前駆物質は、酸化パラジウムまたはパラジウムであり、前記垂直成長した貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤである請求項4に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 4, wherein the precursor is palladium oxide or palladium, and the vertically grown noble metal single crystal nanowire is a Pd single crystal nanowire. 前記Pd単結晶ナノワイヤは、面心立方構造であり、前記Pd単結晶ナノワイヤの長軸の方向が<110>である請求項7に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 7, wherein the Pd single crystal nanowire has a face-centered cubic structure, and a major axis direction of the Pd single crystal nanowire is <110>. 前記貴金属単結晶ナノワイヤは、貴金属バルクと同一の結晶構造を有し、ファセット面形状である請求項4に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 4, wherein the noble metal single crystal nanowire has the same crystal structure as a noble metal bulk and has a faceted surface shape. 前記前駆物質が、1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は850〜1100℃に維持され、3〜8torrの圧力下で反応炉の前端部から反応炉の後端部の方に不活性ガスを50〜200sccmで流すことによって、前記単結晶基板の表面に対して垂直成長したものである請求項4に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., and the single crystal substrate is maintained at 850 to 1100 ° C. from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor under a pressure of 3 to 8 torr. The noble metal single crystal nanowire according to claim 4, wherein the noble metal single crystal nanowire is grown vertically to the surface of the single crystal substrate by flowing an inert gas at 50 to 200 sccm. 前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長したものである請求項2に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 2, wherein the noble metal single crystal nanowire is horizontally grown parallel to the surface of the single crystal substrate. 前記前駆物質は、酸化金または金であり、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長する貴金属単結晶ナノワイヤは、Au単結晶ナノワイヤである請求項11に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 11, wherein the precursor is gold oxide or gold, and the noble metal single crystal nanowire that grows horizontally in parallel with the surface of the single crystal substrate is an Au single crystal nanowire. 前記単結晶基板は、{0001}面のサファイア基板であり、前記単結晶基板の{0001}面と前記Au単結晶ナノワイヤの面心立方構造{110}面とが平行である請求項12に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The single crystal substrate is a {0001} plane sapphire substrate, and the {0001} plane of the single crystal substrate and the face-centered cubic {110} plane of the Au single crystal nanowire are parallel to each other. Noble metal single crystal nanowire. 前記単結晶基板は、{11−20}面のサファイア基板であり、前記単結晶基板の{11−20}面と前記Au単結晶ナノワイヤの面心立方構造{111}面が平行である請求項12に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The single crystal substrate is a {11-20} sapphire substrate, and the {11-20} plane of the single crystal substrate and the face-centered cubic {111} plane of the Au single crystal nanowire are parallel to each other. 12. A noble metal single crystal nanowire according to 12. 前記前駆物質は、酸化パラジウムまたはパラジウムであり、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長する貴金属単結晶ナノワイヤは、Pd単結晶ナノワイヤである請求項11に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   12. The noble metal single crystal nanowire according to claim 11, wherein the precursor is palladium oxide or palladium, and the noble metal single crystal nanowire that is horizontally grown parallel to the surface of the single crystal substrate is a Pd single crystal nanowire. 前記Pd単結晶ナノワイヤは、面心立方構造である請求項15に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 15, wherein the Pd single crystal nanowire has a face-centered cubic structure. 前記単結晶基板は、{0001}面のサファイア基板である請求項15に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 15, wherein the single crystal substrate is a sapphire substrate having a {0001} plane. 前記前駆物質が1000〜1200℃に維持されるとともに、前記単結晶基板は800〜950℃に維持され、15〜20torrの圧力下で前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に不活性ガスを50〜200sccmで流すことによって、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長したものである請求項11に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C., the single crystal substrate is maintained at 800 to 950 ° C., and from the front end of the reactor to the rear end of the reactor under a pressure of 15 to 20 torr. 12. The noble metal single crystal nanowire according to claim 11, wherein the noble metal single crystal nanowire is grown horizontally in parallel with the surface of the single crystal substrate by flowing an inert gas at 50 to 200 sccm. 前記単結晶基板は、サファイア単結晶基板である請求項1に記載の貴金属単結晶ナノワイヤ。   The noble metal single crystal nanowire according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a sapphire single crystal substrate. 反応炉の前端部に配置した貴金属酸化物、貴金属またはハロゲン化貴金属を含有する前駆物質と、反応炉の後端部に配置した半導体または不導体単結晶基板を、不活性ガスが流れる雰囲気下、一定圧力で熱処理することにより、前記単結晶基板の表面に対して方向性を有する貴金属単結晶ナノワイヤを形成することを特徴とする貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   Precursor containing noble metal oxide, noble metal or halogenated noble metal disposed at the front end of the reaction furnace, and a semiconductor or non-conductor single crystal substrate disposed at the rear end of the reaction furnace in an atmosphere where an inert gas flows, A method for producing a noble metal single crystal nanowire, characterized in that a noble metal single crystal nanowire having a directivity with respect to the surface of the single crystal substrate is formed by heat treatment at a constant pressure. 前記貴金属単結晶ナノワイヤの長軸は、前記単結晶基板の表面に対して垂直または水平の方向性を有する請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   21. The method for producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 20, wherein a major axis of the noble metal single crystal nanowire has a vertical or horizontal orientation with respect to a surface of the single crystal substrate. 前記方向性は、前記前駆物質の種類、前記単結晶基板の種類、前記単結晶基板の表面方向、前記熱処理の条件、前記不活性ガスの流量、前記圧力またはこれらの組合せで調節する請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   The directionality is adjusted by the type of the precursor, the type of the single crystal substrate, the surface direction of the single crystal substrate, the conditions of the heat treatment, the flow rate of the inert gas, the pressure, or a combination thereof. The manufacturing method of the noble metal single-crystal nanowire as described in 1 .. 前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して垂直成長する請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   21. The method of manufacturing a noble metal single crystal nanowire according to claim 20, wherein the noble metal single crystal nanowire is vertically grown with respect to a surface of the single crystal substrate. 前記前駆物質を1000〜1200℃に維持し、前記単結晶基板は850〜1100℃に維持する請求項23に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   The method for producing noble metal single crystal nanowires according to claim 23, wherein the precursor is maintained at 1000 to 1200 ° C, and the single crystal substrate is maintained at 850 to 1100 ° C. 前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流す請求項24に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   25. The method for producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 24, wherein the inert gas is allowed to flow from 50 to 200 sccm from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor. 前記熱処理を、3〜8torrの圧力下で行う請求項25に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   26. The method for producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 25, wherein the heat treatment is performed under a pressure of 3 to 8 torr. 前記貴金属単結晶ナノワイヤは、前記単結晶基板の表面に対して平行に水平成長する請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   21. The method of manufacturing a noble metal single crystal nanowire according to claim 20, wherein the noble metal single crystal nanowire is horizontally grown parallel to the surface of the single crystal substrate. 前記前駆物質を1000〜1200℃に維持し、前記単結晶基板を800〜950℃に維持する請求項27に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   28. The method of manufacturing a noble metal single crystal nanowire according to claim 27, wherein the precursor is maintained at 1000 to 1200 [deg.] C., and the single crystal substrate is maintained at 800 to 950 [deg.] C. 前記反応炉の前端部から前記反応炉の後端部の方に前記不活性ガスを50〜200sccmで流す請求項28に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   29. The method for producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 28, wherein the inert gas is allowed to flow from 50 to 200 sccm from the front end of the reactor toward the rear end of the reactor. 前記熱処理を、15〜20torrの圧力下で行う請求項29に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   30. The method of producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 29, wherein the heat treatment is performed under a pressure of 15 to 20 torr. 前記貴金属酸化物は、酸化金または酸化パラジウムから選択され、前記貴金属は、金またはパラジウムから選択され、前記ハロゲン化貴金属は、ハロゲン化金またはハロゲン化パラジウムから選択される請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   21. The noble metal according to claim 20, wherein the noble metal oxide is selected from gold oxide or palladium oxide, the noble metal is selected from gold or palladium, and the halogenated noble metal is selected from gold halide or palladium halide. A method for producing a single crystal nanowire. 前記単結晶基板は、4族単結晶基板、3−5族単結晶基板、2−6族単結晶基板、4−6族単結晶基板、サファイア単結晶基板、酸化ケイ素単結晶基板及びこれらの積層基板の中いずれか1つである請求項20に記載の貴金属単結晶ナノワイヤの製造方法。   The single crystal substrate includes a group 4 single crystal substrate, a group 3-5 single crystal substrate, a group 2-6 single crystal substrate, a group 4-6 single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a silicon oxide single crystal substrate, and a laminate thereof. 21. The method for producing a noble metal single crystal nanowire according to claim 20, which is any one of the substrates. 請求項20〜請求項32の中いずれか1項に記載の製造方法によって製造された貴金属単結晶ナノワイヤが具備された電気素子、光素子、磁気素子、メモリ素子またはMEMS構造体を包含する素子。   33. An element including an electric element, an optical element, a magnetic element, a memory element, or a MEMS structure provided with the noble metal single crystal nanowire manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 20 to 32. 請求項1〜請求項19の中いずれか1項に記載の貴金属単結晶ナノワイヤが具備された電気素子、光素子、磁気素子、メモリ素子またはMEMS構造体を包含する素子。   An element including an electric element, an optical element, a magnetic element, a memory element, or a MEMS structure provided with the noble metal single crystal nanowire according to any one of claims 1 to 19.
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