JP2011122882A - マイクロスケールの紫外線センサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】日焼けや皮膚がんを起こしやすい紫外線を、感度よく、安定に検知できる紫外線センサーを、低コストで提供する。
【解決手段】紫外線を、感度よく、安定に検知できる紫外線センサーは、以下の工程を経て、低コストで製造される。
（ｉ）無機酸化物基板の表面を金属層で覆う工程；
（ｉｉ）金属層で覆われた無機酸化物基板の表面に、化学的蒸気堆積法によって単結晶ＺｎＳナノベルトを多数成長させる工程；及び
（ｉｉｉ）成長した単結晶ＺｎＳナノベルトの上に、電極間の距離がμｍオーダーである２つの分離された電極を形成させる工程。
無機酸化物基板として石英ガラス基板が、その表面を覆う層として金薄膜が好ましく用いられる。また、基板上に電極パターンを作製する際に、μｍオーダー径のマイクロワイヤからなるメッシュをマスクに用い化学的蒸気堆積法を行なえばよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベルト状に結晶化した硫化亜鉛ナノベルトをベースとして用いた、マイクロスケールの紫外線センサー及びその製造方法に関する。

紫外線が皮膚に当たると日焼けや皮膚がんを引き起こしやすい。そこで、その危険度を把握するためには、まず、紫外線の量を計測することが重要であり、紫外線を検知する材料や検知器の開発が強く要求されている。

近年、酸化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＯ）、ダイヤモンド等のバンドギャップの大きな半導体からつくられるナノ構造体が、空間及びサイズ関与の機能特性を調節する適切な材料として、特に注目されている。例えば、これらの材料は、ｎｍスケールの可視光不検知（ｖｉｓｉｂｌｅ−ｌｉｇｈｔ−ｂｌｉｎｄ）若しくは太陽光不検知（ｓｏｌａｒ−ｂｌｉｎｄ）で、高感度・高選択性を有する紫外光（ＵＶ）センサーの中に組み込まれている（非特許文献１〜４参照）。これらの高い性能は、これらナノ構造体の高い比表面積（ＳＶＲ：ｓｕｒｆａｃｅ−ｔｏ−ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ）及びその表面デザインに起因する。しかし、そのようなナノ構造体を薄膜様のマイクロチップ中に集積することは工業化の点で重要な課題である。

ＺｎＳは、その直接のバンドギャップが３．７２ｅＶであり、等軸晶系（ｃｕｂｉｃ）硫化鉱物（ＺＢ：ｚｉｎｃ ｂｌｅｎｄｅ）及び六方晶系ウルツ鉱のバンドギャップは各々３．７７ｅＶで、現代のエレクトロニクス分野で広く利用されている最も重要な半導体の一つである。ＺｎＳの形態はＺｎＯのそれと比較的似かよっている。更には、これらの二つの材料は、基礎的な物理的性状も似ている。ＺｎＯは約３．４ｅＶのバンドギャップを有するゆえに、従来からそのＵＶ検知機能がよく検討されてきたけれども、酸素原子欠落、Ｚｎ原子隙間、及び表面における吸収−脱着プロセスの固有的欠陥により、その性能には限界がある。そのために、ＵＶ検出時において、抵抗が低い、レスポンスが遅い、光電流が不安定である等の難点を有する。

硫化亜鉛ナノベルトに関しては、従来、ＢＮＯ化合物粉末と炭素の混合物並びに硫化亜鉛粉末を離して配置し、窒素ガス／水蒸気の還元雰囲気気流中で、１６００℃および１１００℃にそれぞれ加熱する方法（非特許文献５参照）、窒素ガスと水蒸気の気流中、上流域で炭素粉末もしくは炭素繊維とＢ_４Ｎ_３Ｏ_２Ｈ粉末とを１４００℃〜１７００℃に加熱し、その下流域でＺｎＳ粉末を１０００℃〜１２００℃に加熱する方法（特許文献１参照）、高純度硫化亜鉛粉末を５％水素を含むアルゴンガス気流中で１０００℃に加熱して金薄膜付きシリコン基板に堆積させる方法（非特許文献６参照）、硫化亜鉛粉末をアルゴンガス気流中で９７０℃に加熱して、７５０〜８００℃に維持された金薄膜付きサファイア基板上に堆積させる方法（非特許文献７参照）、硫化亜鉛ナノ粒子を酸素の存在しない状態でアルゴンガス気流中において１１００℃に加熱して、シリコン基板上に堆積させる方法（非特許文献８参照）、硫化亜鉛粉末と炭素粉末ならびに硫黄粉を不活性ガス（アルゴンガス）気流中で１１００℃に加熱する方法（非特許文献９参照）、などにより製造されている。

最近、本発明者らは、改良した製造条件で調製した硫化亜鉛ナノベルトは、陰極線ルミネッセンスによる発光ピークが紫外域に特徴的に存在する（可視域に存在する発光ピークはこれに比べて幅広く低い）新しい特性を有し、また、紫外光を照射したときの光応答が非常に速いため、特に、皮膚がんを起こしやすい波長３２０〜３８０ｎｍ（すなわち、ＵＶ−Ａ）を検知するＵＶセンサーとなりうることを報告している（非特許文献１０参照）。

ナノ構造体をベースとする機能性デバイス及び集積システムの多くは、通常は、リソグラフィー技術、エッチング技術あるいはデポジション技術の組合せを用いたトップダウン方式のアプローチで製造される。このトップダウン方式は、ミクロエレクトロニクス分野では大きな成功を収めてきたが、この技術は複雑で、時間がかかり、またコストもかかる。また、上述の非特許文献１０で報告したＵＶセンサーは電流強度が小さく（感度が低く）、紫外光照射をオン／オフしたときの電流も不安定で、未だ満足できるものではない。

〔発明の目的又は動機〕
本発明者らは、前記非特許文献１０で報告のＵＶセンサーを改良する過程で、単結晶硫化亜鉛ナノベルトをより広い面積で利用することが、ＺｎＳの光電流の強度（すなわち、紫外線センサーの感度）を上げる最も有効な方法であることが分かってきた。しかし、これは一層幅広の単結晶硫化亜鉛ナノベルトをいかにして得るかの成長技術に大いに依存しており、また、コストのかかる問題でもある。現実に、単結晶硫化亜鉛ナノベルトを利用したもので実用に耐えうる紫外線センサーは今日まで開発されてはいない。

本発明は、日焼けや皮膚がんを起こしやすい紫外線を、感度よく、安定に検知できる紫外線センサーを、低コストで提供することを目的とする。

〔発明の要約〕
本発明者らは、非特許文献１０で報告のＵＶセンサーとは別のアプローチとして、薄膜様のマイクロチップ中へ一次元ナノ構造体、すなわち、単結晶硫化亜鉛ナノベルトを直接に集積させることに思いつき、種々検討して本発明を完成することができた。

すなわち、本発明は、以下の要素（ａ）〜（ｃ）を含んで構成される、単結晶ＺｎＳナノベルトをベースにしたマイクロスケールの紫外線センサーである。
（ａ）金属層に覆われた無機酸化物基板；
（ｂ）前記無機酸化物基板上に成長した多数の単結晶ＺｎＳナノベルト；及び
（ｃ）前記硫化亜鉛ナノベルトの上に形成され、両者間の距離（ギャップ）がμｍオーダーである２つの分離された電極（「μｍオーダー」は、本願では１μｍ〜９９９μｍの意味で使用する）。
ここで、「マイクロスケールの紫外線センサー」とは、２つの分離された電極間の距離（通常は、対向する電極間の距離）がμｍオーダーである紫外線センサーを意味する。

本発明は、また、上記マイクロスケールの紫外線センサーの製造方法であって、以下の工程を含む製造方法も提供する。
（ｉ）無機酸化物基板の表面を金属層で覆う工程；
（ｉｉ）金属層で覆われた無機酸化物基板の表面に、化学的蒸気堆積法によって単結晶ＺｎＳナノベルトを多数成長させる工程；及び
（ｉｉｉ）成長した単結晶ＺｎＳナノベルトの上に、電極間の距離（ギャップ）がμｍオーダーである２つの分離された電極を形成させる工程。

本発明のマイクロスケールの紫外線センサーは、既に報告されている紫外線センサーに比べて桁違いに感度が高い。例えば、典型的な本発明の紫外線センサーの感度は、非特許文献１０で報告された紫外線センサーの感度の約７００倍である。また、紫外線を照射したとき（オン）、しないとき（オフ）の光電流値は非常に安定している。そのため、日焼けや皮膚がんを起こしやすい紫外線を感度よく、安定に検知できる。
本発明の製造方法では、２つの分離された電極間の距離（通常は、対向する電極間の距離・ギャップ）がμｍオーダーであるので、基板上に電極パターンを作製する際に、リソグラフィー技術やエッチング技術を用いることなく、μｍオーダー径のマイクロワイヤからなるメッシュをマスクに用いて、簡単な化学的蒸気堆積法（ＣＶＤ）等により行なうことができるので、紫外線センサーを低コストで製造できる。また、製造方法の再現性もよい。

本発明の、硫化亜鉛ナノベルトをベースとする（マイクロスケールの）紫外線センサーの概念を示す構造図（斜視図）。 実施例１で得たマイクロＵＶセンサーＡの走査型電子顕微鏡像。ｂはａよりも高倍率であり、二つの電極間の距離は約５０μｍである。 実施例１で得たマイクロＵＶセンサーＡの性能を表す図。（ａ）は３２０ｎｍのＵＶ光照射下における電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性曲線であり、（ｂ）は印加電圧２０Ｖで、５０秒ごとに３２０ｎｍのＵＶ光をオン／オフしたときの光電流を測定した図であり、（ｂ１）は９０〜１１０ｓ範囲の横軸を引き伸ばした図であり、（ｂ２）は８４０〜８６０ｓ範囲の横軸を引き伸ばした図である。 実施例１で得たマイクロＵＶセンサーＡに、印加電圧２０Ｖで、３２０ｎｍのＵＶ光を照射したときの光電流の時間安定性を示す図。

実施例２で得たマイクロＵＶセンサーＢの性能を表す図。（ａ）は３２０ｎｍのＵＶ光照射下における電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性曲線であり、（ｂ）は印加電圧１０Ｖで、５０秒ごとに３２０ｎｍのＵＶ光をオン／オフしたときの光電流を測定した図であり、（ｃ）はバイアス１０Ｖにおける２５０ｎｍ〜６００ｎｍ範囲での光応答スペクトルである。 （ａ）本発明の（マイクロスケールの）紫外線センサーを用い、光非照射下で、空気中及び真空中で測定したときの電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性曲線であり、（ｂ）は印加電圧１０Ｖで、空気中及び真空中で３２０ｎｍのＵＶ光照射をオン／オフしたときの光電流の経時変化を示す図である。 本発明の（マイクロスケールの）紫外線センサーを用い、時間依存的な光電流レスポンスへの温度（室温、６０℃、１５０℃）及び空気中／真空中の影響を見た図。印加電圧１０Ｖで、３２０ｎｍのＵＶ光照射をオン／オフした。

〔発明の更に詳しい説明〕
本発明を更に詳しく説明する。
本発明のマイクロスケールの紫外線センサーは、図１の構造図（斜視図）に示すように、次の要素を含んで構成されている。
（ａ）金属層に覆われた無機酸化物（図１では石英ガラス（シリカガラスとも呼ばれる））基板；
（ｂ）前記無機酸化物基板上に成長した多数の単結晶ＺｎＳナノベルト（「多数」は、本願では２０本／ｍｍ以上の意味で使用する）；及び
（ｃ）前記硫化亜鉛ナノベルトの上に形成され、両者間の距離（ギャップ）がμｍオーダーである２つの分離された電極。
図１では、石英ガラス基板上、ほぼ平行な複数本（図では４本）の単結晶ＺｎＳナノベルトが示され、その上に２つの電極が対向するように形成され、両電極間に直流電圧が印加された状態が示されている。石英ガラス基板上に成長した複数本の単結晶ＺｎＳナノベルトは平行な並びであっても、斜めに交差していても、あるいは折り重なっていても構わない。

ここで、前記金属層における金属としては、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅ等があり、好ましくはＡｕである。
また、前記無機酸化物基板における無機酸化物としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ_４等があり、コストの点では好ましくはシリカ（ＳｉＯ_２）である。

２つの分離された電極間の距離（ギャップ）は上述の通りμｍオーダーであり、これは好ましくは１０μｍ〜２００μｍ、更に好ましくは２０μｍ〜１５０μｍである。１０μｍ未満では、簡単な（すなわち、マイクロワイヤでできたメッシュをマスクとして用いた）化学的蒸気堆積法によって低コストで製造することが困難となり、２００μｍを越えると両電極間に渡し掛ける単結晶ＺｎＳナノベルトの数が少なくなって非効率となる。

ここで、ガラス基板上に成長させる単結晶ＺｎＳナノベルト（及びその製造方法）としては特に制限されず、種々のものを用いることができる。例えば、特許文献１、非特許文献５〜１０等に開示されているもの（又は製造方法）を用いることができる。その単結晶ＺｎＳナノベルトの大きさ（寸法）について言えば、厚みはｎｍオーダー（通常は１００ｎｍ以下）、幅は１００ｎｍ〜５μｍ、長さは２つの電極間の距離よりも大きいものが好ましく用いられる。

２つの分離された電極間に渡し掛ける単結晶ＺｎＳナノベルトは、その幅１ｍｍにつき、好ましくは５０〜５００本程度とする。少なすぎると紫外線センサーの感度が悪くなり、また、ナノベルトの本数を増やしていくと紫外センサーとしての感度上昇が飽和するので、本数を過度に増やすのは不経済である。

２つの分離された電極は、好ましくは、Ｃｒの層がＡｕの層の下に設けられたＡｕ／Ｃｒ構成とする。Ｃｒ層は、硫化亜鉛ナノベルトとの接着性を高めるために設けるものであり、そのＣｒ層の厚さは好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。また、Ａｕの層の厚さは好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
この分離された電極の各々の平面視の形状は特に制限されないが、製造の容易さから方形（正方形、長方形）が好ましく、これらは通常は対向させて配置する。電極の平面視形状が方形である場合の大きさは、幅は０．２ｍｍ〜４ｍｍが好ましく、奥行はあまり重要ではないが０．１ｍｍ〜４ｍｍ程度が好ましい。電極の幅（又は奥行）が小さすぎると、単結晶ＺｎＳナノベルトとの接触面積が小さくなって感度が悪くなる傾向となり、また、これが４ｍｍを越えて大きくなると紫外線センサー全体が大きくなりすぎ好ましくない。

次に、紫外線センサーの製造方法について説明する。
先に述べたとおり、本発明の製造方法は、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程を含んでいる。
（ｉ）無機酸化物基板の表面を金属層で覆う工程；
（ｉｉ）金属層で覆われた無機酸化物基板の表面に、化学的蒸気堆積（ＣＶＤ）法によって単結晶ＺｎＳナノベルトを多数成長させる工程；及び
（ｉｉｉ）成長した単結晶ＺｎＳナノベルトの上に、電極間の距離（ギャップ）がμｍオーダーである２つの分離された電極を形成させる工程。

ここで、前記無機酸化物基板における無機酸化物としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ_４等の耐熱性無機酸化物を用いることができ、コストの点では好ましくはシリカ（ＳｉＯ_２）である。

また、前記金属層における金属としては、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｆｅ等の中から、工程（ｉｉ）の化学的蒸気堆積法の加熱温度も考慮して適当なものを選ぶが、通常はＡｕが好ましく用いられる。

ここで、工程（ｉｉｉ）における電極の形成は種々の方法に行なうことができるが、例えば、太さ１０μｍ〜２００μｍのマイクロワイヤでできたメッシュをマスクとして用いて、電極となる金属をＣＶＤ法により基板に付着させ、続いて用いたマスクを取り除いて形成させることができる。

単結晶ＺｎＳナノベルトが成長した無機酸化物基板表面に電極を形成させる場合に、好ましくは、初めにＣｒ層（このＣｒ層は、硫化亜鉛ナノベルトとの接着性を高めるために設けるもの）を設け、その上にＡｕ層を設ける。その場合のＣｒ層の厚さは好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。また、Ａｕの層の厚さは好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。

＜評価に用いた方法及び装置＞
実施例で用いた方法や装置は次の通り。ナノ構造体は、Ｘ線回折計（ＸＲＤ，ＲＩＮＴ ２２００ＨＦ）、電界放出型ＳＥＭ（ＦＥＳＥＭ，ＪＥＯＬ ＪＳＭ−６７００Ｆ、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｓ−４８００）、Ｘ線エネルギー分散型スペクトロメーター（ＥＤＳ）を備える透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ，ＪＥＭ−３０００Ｆ）を用いて分析した。ＵＶ光センサーの電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性は、アドバンテスト・ピコ電流計Ｒ８３４０Ａと直流電圧源Ｒ６１４４を用いて空気雰囲気下に室温で測定した。スペクトル応答はキセノンランプ（５００Ｗ）を用いて２１０ｎｍから６３０ｎｍの種々の波長で直流電流を測定することで記録した。光照射時のＵＶ光センサーの時間応答は、ＵＶ光を遮断したのちの電流計によって測定した。投射光源はＵＶ増幅Ｓｉフォトダイオードにより規格化した。

＜実施例１＞
（ａ）作製
（ｉ）石英ガラス基板上での多数の硫化亜鉛ナノベルトの形成・堆積
純度９９．９９％、粒子径１０μｍ以下の硫化亜鉛粉末（アルドリッチ社製）を入れたアルミナボートを内径３６ｍｍ（管の断面積は１０．２ｃｍ^２）、長さ１５０ｃｍの石英管を有する横型電気炉（有効加熱部の長さ：４５ｃｍ）の中央部に配置した。厚さ５ｎｍの金薄膜付きの石英ガラス基板（１０ｍｍ×２０ｍｍ×（厚み）１ｍｍ）を前記アルミナボートから１０ｍｍ下流側に設置した。炉内の酸素を徹底的に除去するために、初めに流量５００ｓｃｃｍ（線速度としては４９ｃｍ／ｍｉｎ）のアルゴンガスを５時間流した。次に、アルゴンガスの流量を１００ｓｃｃｍ（線速度としては９．８ｃｍ／ｍｉｎ）に絞り、電気炉の温度を１時間かけて１０５０℃まで上げ（昇温速度は１７．１℃／ｍｉｎ）、この温度で２時間保った。その後、電気炉を室温まで冷却した。金薄膜付き石英ガラス基板上に白色のウール状生成物（硫化亜鉛ナノベルト）を多数形成・堆積させた。

（ｉｉ）前記基板上での電極の形成
次に、ウール状生成物（硫化亜鉛ナノベルト）を多数形成・堆積させた石英ガラス基板の上に、目開きが約１ｍｍ、ワイヤ太さが５０μｍのＡｕ製ネット（マスクの役目）を置き、これを電気銃堆積システム（ＵＬＶＡＣ ＵＥＰ−３０００−２Ｃ）中にセットして、初めにＣｒを１０ｎｍの厚みに、続いてＡｕを１００ｎｍの厚みにデポジションさせた。放冷後、用いたＡｕ製ネットを剥がし去り、目的のマイクロスケール紫外線センサー（以下、「マイクロＵＶセンサーＡ」とも呼ぶ）を得た。図２は、得られたマイクロＵＶセンサーＡの走査型電子顕微鏡像（ｂはａよりも高倍率）である。この図及び光学顕微鏡像（図示せず）の観察から、硫化亜鉛ナノベルトの長さは典型的には数百μｍであり、中には１ｍｍに及ぶものも含まれ、硫化亜鉛ナノベルトの幅は典型的には約５μｍであり、その厚みは典型的には約１００ｎｍであることが分かる。また、電極間距離が約５０μｍの二つの電極を渡し掛けるように存在する硫化亜鉛ナノベルトの数（本数）は、電極の幅約１ｍｍについて約２００本存在した。

（ｂ）評価
次に、得られたマイクロＵＶセンサーＡ（一つの電極の幅（及び奥行）が約１ｍｍで、二つの電極間の距離が約５０μｍ）の性能を評価した。図３（ａ）は３２０ｎｍのＵＶ光照射下における電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性曲線である。この結果から、光電流は印加電圧に対して比例的に上昇し、印加電圧３０Ｖで光電流が約２ｎＡであることが分かる。また、図３（ｂ）は印加電圧２０Ｖで、５０秒ごとに３２０ｎｍのＵＶ光をオン／オフしたときの光電流を測定した図である。この結果から、このＵＶセンサーは、３２０ｎｍのＵＶ光をオン／オフしたときに、１０サイクル、１０００秒の間、再現性が高く、安定していることが分かる。更には、図３（ｂ１）及び図３（ｂ２）の結果から、光応答性は測定の設定による限界（０．３秒）を超える迅速性を有することが分かる。
図４は、印加電圧２０Ｖにおける約１６００秒間のマイクロＵＶセンサーＡの光電流の時間変化を示すものである。光電流は平均して１．２ｎＡ前後であり、測定のあいだ（１６００秒間）に明らかな劣化は見られない。光電流値の変動係数（（変動幅／光電流の平均値）×１００）は、約５％以内である。

＜実施例２＞
（ａ）作製
（ｉ）石英ガラス基板上での多数の硫化亜鉛ナノベルトの形成・堆積
実施例１と同様にして、石英ガラス基板上に多数の硫化亜鉛ナノベルトを形成・堆積させた。
（ｉｉ）前記基板上での電極の形成
目開きが約１ｍｍ、ワイヤ太さが５０μｍのＡｕ製ネットに代えて、目開きが約２ｍｍ、ワイヤ太さが５０μｍのＡｕ製ネットをマスクとして用いたほかは、実施例１と同様に行い、目的のマイクロスケール紫外線センサー（以下、「マイクロＵＶセンサーＢ」とも呼ぶ）を得た。

（ｂ）評価
得られたマイクロＵＶセンサーＢ〔一つの電極の幅（及び奥行）が約２ｍｍで、二つの電極間の距離が約５０μｍ〕の性能を評価した。図５（ａ）は３２０ｎｍのＵＶ光照射下における電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性曲線である。この図を先の図３（ａ）と比較すると、印加電圧１０Ｖで光電流が約１．０５ｎＡへと上がっており（感度上昇）、一層良好な性能をもっている。これは、マイクロＵＶセンサーＡよりもマイクロＵＶセンサーＢのほうが紫外光に晒される硫化亜鉛ナノベルトの面積が大きいからであろう。また、マイクロＵＶセンサーＡと同様に、印加電圧１０Ｖで、２０分以上に渡って、良好な再現性及び安定性が得られており、明らかな光電流の劣化は見られない（図５（ｂ））。図５（ｃ）はマイクロＵＶセンサーＢについてのバイアス１０Ｖにおける２５０ｎｍ〜６００ｎｍ範囲での光応答スペクトルを示している。マイクロＵＶセンサーＢの紫外光照射下のスペクトル光応答性は可視光照射下のそれに比べて３桁高い。

＜実施例３＞ 本発明の（マイクロスケールの）紫外線センサーの他の性能評価
本発明の（マイクロスケールの）紫外線センサーの表面に絡んだプロセスを検討するために、空気中及び真空中（約２×１０−２Ｔｏｒｒ）における暗電流及び光電流を測定した。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、暗電流は空気中であっても真空中であっても殆ど変化がない。一方、光電流は真空中では空気中に比べて約３％低かった。また、真空バルブを開いて紫外線センサーを空気中に晒したときに、若干の光電流の変動（上昇）が見られた（図６（ｂ））。このことは、硫化亜鉛ナノベルトの表面における吸収及び脱着は本発明の紫外線センサーの光応答性に殆ど影響しないことを示唆する。

紫外線センサーの光応答性に及ぼす温度の影響を調べた。図７に、本発明の（マイクロスケールの）紫外線センサーを用いて、時間依存的な光電流レスポンスへの温度（室温、６０℃、１５０℃）及び空気中／真空中の影響を見た図を示す。この図から、全ての光電流は安定で、迅速な光応答性を示している。温度を室温から１５０℃へ上げると光電流は約３倍に増加したが、これは熱で亢進された光電放出によるものであろう。雰囲気及び温度を元の状態に戻すと、光電気的な挙動も元の状態に戻った。

特開２００４−２８３９６１

Ｈ．Ｋｉｎｄ、ほか：Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ．、１４巻，１５８頁、２００２年。 Ｃ．Ｓ．Ｌａｏ、ほか：Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２９巻，１２０９６頁、２００７年。 Ｃ．Ｓｏｃｉ、ほか：Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．，７巻，１００３頁、２００７年。 Ｍ．Ｙ．Ｌｉａｏ、ほか：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ、 ７８巻， ０４５１１２頁、２００８年。 Ｙｉｎｇ−Ｃｈｕｎ Ｚｈｕ、ほか：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８２巻、１７６９頁、２００３年。 Ｙｏｎｇ Ｄｉｎｇ、ほか：Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、３９８巻、３２頁、２００４年。 Ｃｈａｎｇｈａｏ Ｌｉａｎｇ、ほか：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ． Ｂ、１０８巻、９７２８頁、２００４年。 Ｘｉａｏｓｈｅｎｇ Ｆａｎｇ、ほか：Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．、１５巻、６３頁、２００５年。 Ｘｉａｏｓｈｅｎｇ Ｆａｎｇ、ほか：Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、１９巻、２５９３頁、２００７年。 Ｘｉａｏｓｈｅｎｇ Ｆａｎｇ、ほか：Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、２１巻、１頁、２００９年。

Claims (13)

1. 以下の要素（ａ）〜（ｃ）を含んで構成される、単結晶ＺｎＳナノベルトをベースにしたマイクロスケールの紫外線センサー：
   （ａ）金属層に覆われた無機酸化物基板；
   （ｂ）前記無機酸化物基板上に成長した多数の単結晶ＺｎＳナノベルト；及び
   （ｃ）前記硫化亜鉛ナノベルトの上に形成され、両者間の距離がμｍオーダーである２つの分離された電極。
2. 前記金属層における金属はＡｕである、請求項１の紫外線センサー。
3. 前記無機酸化物基板における無機酸化物は、シリカ（ＳｉＯ_２）である、請求項１の紫外線センサー。
4. 前記電極間の距離は１０μｍ〜２００μｍである、請求項１の紫外線センサー。
5. 単結晶ＺｎＳナノベルトの幅が１００ｎｍ〜５μｍである、請求項１の紫外線センサー。
6. 単結晶ＺｎＳナノベルトは、２つの分離された電極間にその幅方向１ｍｍにつき５０〜５００本が渡し掛けられている、請求項１の紫外線センサー。
7. 二つの電極はＣｒの層がＡｕの層の下に設けられたＡｕ／Ｃｒ層で構成される、請求項１の紫外線センサー。
8. 前記Ａｕ層の厚みは５０〜３００ｎｍであり、前記Ｃｒ層の厚みは５〜３０ｎｍである、請求項１の紫外線センサー。
9. ＺｎＳナノベルトをベースにしたマイクロスケールの紫外線センサーの製造方法であって、以下の工程を含む方法：
   （ｉ）無機酸化物基板の表面を金属層で覆う工程；
   （ｉｉ）金属層で覆われた無機酸化物基板の表面に、化学的蒸気堆積法によって単結晶ＺｎＳナノベルトを多数成長させる工程；及び
   （ｉｉｉ）成長した単結晶ＺｎＳナノベルトの上に、電極間の距離がμｍオーダーである２つの分離された電極を形成させる工程。
10. 前記金属層における金属としてＡｕを用いた、請求項９の製造方法。
11. 前記無機酸化物基板における無機酸化物として、シリカ（ＳｉＯ_２）を用いた、請求項９の製造方法。
12. 工程（ｉｉｉ）における電極は、太さ１０μｍ〜２００μｍのマイクロワイヤでできたメッシュをマスクとして用いて基板に付着させ、続いて前記マスクを取り除く、請求項９の製造方法。
13. 工程（ｉｉｉ）における電極として、基板上の単結晶ＺｎＳナノベルト上にＣｒ層を設け、その上にＡｕ層を設ける、請求項９の製造方法。