JP2012222019A - Method for aligning nanowire and method for separating the same - Google Patents

Method for aligning nanowire and method for separating the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for aligning a nanowire with predetermined length in a predetermined direction and at a predetermined position and a method for separating out a nanowire with predetermined length.SOLUTION: The method for aligning a nanowire at a predetermined position on a circuit board comprises sequential steps of: preparing a substrate having twin fixing sections separated at a predetermined distance from each other for fixing both ends of the nanowire; preparing a nanowire having at both ends a connecting section for forming a specific connection to the fixing section on the substrate; dispersing a liquid containing the nanowire over the substrate to connect the connecting section of the nanowire to the fixing section on the substrate; and flowing a fluid at nearly right angle to the opposite direction of the twin fixing sections.

Description

本発明は、ナノワイヤの配列方法及び分離方法に関する。より詳細には、所定の長さのナノワイヤを所定の向きに、所定の位置に配列させる方法、並びに所定の長さのナノワイヤを分離抽出する方法に関する。   The present invention relates to a nanowire arrangement method and a separation method. More specifically, the present invention relates to a method for arranging nanowires having a predetermined length in a predetermined direction and at predetermined positions, and a method for separating and extracting nanowires having a predetermined length.

半導体加工技術の進展に伴い、従来の平面型スケーリングでは所定の特性を実現することが困難になっている。また設計寸法の縮小に伴い短チャネル効果等の要因も顕在化しつつあるため、単純な設計寸法縮小以外のブレークスルーが必要になっている。その中で、半導体のナノワイヤは、伝達特性の良いトランジスタを得られる可能性などから注目を集めている。加えて、非常に大きな表面体積比を有するという特徴から、センサへの応用面からも注目されている。ナノワイヤの作製技術としては、リソグラフィーとエッチングを用いて作製するトップダウン法と、VLS(気相−液相−固相)法に代表されるボトムアップ法が挙げられる。ボトムアップ法を用いることによって、例えば、直径が500nmサイズ以下の円形の断面を有する単結晶半導体で、結晶欠陥密度の低いナノワイヤが得られる。これらはトップダウンによって作製されるナノワイヤでは得ることの困難な特性である。しかし、ボトムアップ手法は、その成長方位や位置制御の困難性から未だ半導体デバイスとしての実用化には至っていないのが実情である。デバイス化の手法として、成長させたナノワイヤを溶液中で超音波などの刺激によって基板から遊離させ、回収した後、別の基板上に塗布し、水平に配置した後両端に電極を形成するという手法が提案されている。この製法では、ナノワイヤは基板表面にランダムにレイアウトされるため、特性再現性良くデバイスを作製するのは困難である。これに対し、カーボンナノチューブ構造体の両端に官能基を修飾し、この官能基と選択的に結合する部位を基板上に設けることによって両端を固定化する技術が特許文献1に提案されている。   With the progress of semiconductor processing technology, it has become difficult to achieve predetermined characteristics with conventional planar scaling. In addition, factors such as the short channel effect are becoming apparent along with the reduction of the design dimension, so that breakthrough other than the simple reduction of the design dimension is required. Among them, semiconductor nanowires are attracting attention because of the possibility of obtaining transistors with good transfer characteristics. In addition, due to the feature of having a very large surface volume ratio, it has attracted attention from the viewpoint of application to sensors. Examples of nanowire manufacturing techniques include a top-down method using lithography and etching, and a bottom-up method typified by a VLS (gas phase-liquid phase-solid phase) method. By using the bottom-up method, for example, a nanowire with a low crystal defect density can be obtained using a single crystal semiconductor having a circular cross section with a diameter of 500 nm or less. These are difficult properties to obtain with nanowires made by top-down. However, the bottom-up method is not yet in practical use as a semiconductor device because of its growth orientation and difficulty in position control. As a method of making a device, the grown nanowire is released from the substrate by stimulation such as ultrasonic waves in the solution, collected, applied on another substrate, placed horizontally, and then electrodes are formed at both ends Has been proposed. In this manufacturing method, since nanowires are randomly laid out on the substrate surface, it is difficult to manufacture a device with good characteristic reproducibility. On the other hand, Patent Document 1 proposes a technique for fixing both ends by modifying functional groups at both ends of the carbon nanotube structure and providing a portion selectively bonded to the functional group on the substrate.

特開2005−101363号公報JP 2005-101363 A

Physical Review B 75,045335、2007Physical Review B 75, 045335, 2007 Lieber.et.al、Science、2001、26、p630−633Lieber. et. al, Science, 2001, 26, p630-633. Y.Cui et.al, Science293、1289,2001Y. Cui et. al, Science 293, 1289, 2001 Electrochemical and Solid−State Letters、vol9、no12、c185、2006Electrochemical and Solid-State Letters, vol9, no12, c185, 2006

しかしながら、特許文献1に記載の従来の配列方法においては、固定する前に所定の長さのカーボンナノチューブを予め分画する必要がある。   However, in the conventional arrangement method described in Patent Document 1, it is necessary to fractionate carbon nanotubes having a predetermined length before fixing.

本発明は、ナノワイヤを構成要素として用いる素子の作製歩留まりや特性の改善のため、所定の長さのワイヤを精査して抽出し、配列する方法を提案することを目的とする。   An object of the present invention is to propose a method for examining, extracting, and arranging wires having a predetermined length in order to improve the production yield and characteristics of elements using nanowires as constituent elements.

本発明の第1の発明は、
基板上の所定位置にナノワイヤを配置するためのナノワイヤの配列方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法である。
The first invention of the present invention is:
A method of arranging nanowires for arranging nanowires at predetermined positions on a substrate, comprising:
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
Is a method for arranging nanowires.

本発明の第2の発明は、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの分離方法である。
The second invention of the present invention is:
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
Forming an intermediate fixing part for fixing the nanowire and the substrate in the middle of the paired fixing part;
Removing at least a portion of the binding site of the nanowire;
Is a method for separating nanowires, characterized in that the steps are sequentially performed.

本発明のナノワイヤの配列方法を用いることで、所定の長さのナノワイヤを所定位置に制御良く配列させることが可能となる。また、所定の長さ以外のナノワイヤを効率的に除去できる。従って、ナノワイヤを構成要素として用いる素子の作製歩留まりや特性が改善される。   By using the nanowire arrangement method of the present invention, it becomes possible to arrange nanowires having a predetermined length at predetermined positions with good control. Moreover, nanowires other than a predetermined length can be efficiently removed. Therefore, the production yield and characteristics of elements using nanowires as constituent elements are improved.

本発明で用いられるナノワイヤを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the nanowire used by this invention. 第1の実施形態に係るナノワイヤの配列工程を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement | sequence process of the nanowire which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施例に係るナノワイヤFETの作製工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of nanowire FET based on a 1st Example. 第1の実施例に係るナノワイヤFETの作製工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of nanowire FET based on a 1st Example. 第1の実施例に係る両末端に結合部位を有するナノワイヤ作製工程を説明する図である。It is a figure explaining the nanowire preparation process which has a coupling | bond part in both the ends concerning a 1st Example.

本発明の好ましい実施形態について、詳細に説明する。   A preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、本発明における配列方法、分離方法について述べた後に、各構成要素の形態について詳細に説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。   First, after describing the arrangement method and the separation method in the present invention, the form of each component will be described in detail. In addition, these figures, Examples, etc. and description illustrate the present invention, and do not limit the scope of the present invention. It goes without saying that other embodiments may belong to the category of the present invention as long as they match the gist of the present invention.

<配列方法>
(第1の実施形態)
本発明による配列方法の第1の実施形態は、基板上の所定位置にナノワイヤを配置するための配列方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法である。
<Sequence method>
(First embodiment)
A first embodiment of an arrangement method according to the present invention is an arrangement method for arranging nanowires at predetermined positions on a substrate,
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
Is a method for arranging nanowires.

図2の(a)−(f)は、本発明における配列方法の第1の実施形態を最も良く表す図である。   (A)-(f) of FIG. 2 is the figure which best represents 1st Embodiment of the arrangement | sequence method in this invention.

図2(a)は、固定化部位102が対となっている固定化部位対103が基板101上の所定位置に配置されている工程を示した図である。固定化部位は、ナノワイヤ端部に設けられる結合部位と選択的に結合する材料で構成される。結合反応としてはビオチン−アビジン結合、金−チオール結合等が適用可能である。固定化部位はリソグラフィ等で容易にパターニング可能である。   FIG. 2A is a diagram showing a process in which an immobilization site pair 103 in which an immobilization site 102 is paired is arranged at a predetermined position on the substrate 101. The immobilization site is composed of a material that selectively binds to a binding site provided at the end of the nanowire. As the binding reaction, biotin-avidin bond, gold-thiol bond and the like can be applied. The immobilization site can be easily patterned by lithography or the like.

本発明における固定化部位対103を構成する固定化部位102同士の間隔は、ナノワイヤの所定の長さに合わせて配置することができる。配置する方法として、例えば、後述するように、電子線リソグラフィーを用いて、所定の位置に、所定の形状で電極を配置することができる。   The interval between the immobilization sites 102 constituting the immobilization site pair 103 in the present invention can be arranged according to a predetermined length of the nanowire. As an arrangement method, for example, as described later, an electrode can be arranged in a predetermined shape at a predetermined position by using electron beam lithography.

隣接する固定化部位対との干渉を避けるために、特定の固定化部位対103と隣接する他の固定化部位対103との間隔は、
条件A:固定化部位対103を構成する固定化部位102同士の間隔よりも大きく設計されることが好ましい。
In order to avoid interference with adjacent immobilization site pairs, the distance between a specific immobilization site pair 103 and another adjacent immobilization site pair 103 is:
Condition A: It is preferable that the design is made larger than the interval between the immobilization sites 102 constituting the immobilization site pair 103.

更には、
条件B:想定されるナノワイヤばらつき範囲における最大値よりも大きく設計されることが好ましい。
Furthermore,
Condition B: It is preferably designed to be larger than the maximum value in the assumed nanowire variation range.

条件A、Bを同時に満たす様レイアウト設計することで、隣接の固定化部位対103を跨ぐようにナノワイヤが固定化されることを防止できる。   By designing the layout so as to satisfy the conditions A and B at the same time, it is possible to prevent the nanowire from being fixed so as to straddle the adjacent fixed site pair 103.

尚、固定化部位対103を構成する固定化部位102同士の間隔は、基板上で同一である必然性はなく、前述の条件A、条件Bを満たす限り複数の間隔を設けることが可能である。それにより、所定の位置に所定の長さのナノワイヤをレイアウトすることも可能である。   Note that the intervals between the immobilization sites 102 constituting the immobilization site pair 103 are not necessarily the same on the substrate, and a plurality of intervals can be provided as long as the above-described conditions A and B are satisfied. Thereby, it is also possible to lay out nanowires having a predetermined length at predetermined positions.

一方で、本発明に用いられるナノワイヤは、図1に示すように両末端に結合部位を有する必要がある。例えば、基板上で金触媒を介してVLS(vapor−liquid−solid)法によりナノワイヤを成長する。次に、この基板を無電解金メッキ溶液に浸漬し超音波を照射して、ナノワイヤを基板から取り外し、触媒Auと逆の末端にSiを露出させ、金を析出させる。この結果、両末端にAuを有するナノワイヤを得ることができる。   On the other hand, the nanowire used in the present invention needs to have binding sites at both ends as shown in FIG. For example, nanowires are grown on a substrate by a VLS (vapor-liquid-solid) method via a gold catalyst. Next, this substrate is immersed in an electroless gold plating solution and irradiated with ultrasonic waves, the nanowire is removed from the substrate, Si is exposed at the end opposite to the catalyst Au, and gold is deposited. As a result, a nanowire having Au at both ends can be obtained.

次に、作製したナノワイヤを分散させた溶液を作製する。ナノワイヤを分散させた溶液を調製することで、配列時におけるナノワイヤの凝集を防止し、ナノワイヤ各々を所定位置に配列することが可能となる。調製には、超音波等を用いて効率的に分散させることができる。また、溶液中に塩を加えたり、緩衝液を用いて溶液のpHを調整することで、ナノワイヤの凝集を防ぐことも可能である。   Next, a solution in which the prepared nanowires are dispersed is prepared. By preparing a solution in which nanowires are dispersed, the nanowires can be prevented from agglomerating at the time of arrangement, and the nanowires can be arranged at predetermined positions. For the preparation, it can be efficiently dispersed using ultrasonic waves or the like. Moreover, aggregation of nanowires can be prevented by adding a salt to the solution or adjusting the pH of the solution using a buffer solution.

また、配列されたナノワイヤを電界効果型トランジスタ等のチャネルとして用いる場合、分散溶媒には純水、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、有機塩を含む溶媒を用いることが好ましい。これは、ナノワイヤ内へのアルカリ金属混入によるデバイス性能の低下を防止するためである。このようにして調製した分散溶液を図2(b)に示すように基板101上に滴下する。その後、ナノワイヤ104〜106の端部結合部位がいずれかの固定化部位対102に結合され、図2(c)の状態となるまでワイヤを分散させる。両者を効率的に結合させるために、アジテーターやスターラーを用いて分散液を攪拌する等の手法を用いることがより好適である。   In the case where the arranged nanowires are used as a channel of a field effect transistor or the like, it is preferable to use a solvent containing pure water, alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol, and a solvent containing an organic salt as a dispersion solvent. This is to prevent degradation of device performance due to alkali metal contamination in the nanowire. The dispersion solution thus prepared is dropped onto the substrate 101 as shown in FIG. Thereafter, the end binding sites of the nanowires 104 to 106 are bonded to any of the immobilized site pairs 102, and the wires are dispersed until the state shown in FIG. In order to efficiently combine the two, it is more preferable to use a technique such as stirring the dispersion using an agitator or a stirrer.

この工程で、所定の長さよりも長いナノワイヤ104と、所定の長さよりも短いナノワイヤ106は、それぞれの一端のみが固定化部位102上に固定化され、所定の長さのナノワイヤ105が両末端固定される。   In this process, only one end of each nanowire 104 longer than a predetermined length and nanowire 106 shorter than a predetermined length is fixed on the fixing site 102, and both ends of the nanowire 105 fixed at a predetermined length are fixed. Is done.

非特許文献1 に示されるように、ナノワイヤ成長速度は触媒径に依存する。   As shown in Non-Patent Document 1, the nanowire growth rate depends on the catalyst diameter.

また、ナノワイヤを均一なサイズの長さLの片持はりと近似し、超音波によって均一な圧力pが横方向から加わったと仮定した場合、根元からの距離xに対する曲げストレスM(x)は

Figure 2012222019
として表される。よって、曲げストレスは根元が最も強くなる。このことから、ナノワイヤも根元から破断する確率が高いと推測される。
よって、分散液中のナノワイヤの長さは成長直後のナノワイヤの長さと略等しく、成長速度に相関関係があると考えられる。 Further, when the nanowire is approximated to a cantilever beam having a uniform length L, and assuming that a uniform pressure p is applied from the lateral direction by ultrasonic waves, the bending stress M (x) with respect to the distance x from the root is
Figure 2012222019
Represented as: Therefore, the root of bending stress is the strongest. From this, it is presumed that the nanowire also has a high probability of breaking from the root.
Therefore, the length of the nanowire in the dispersion is approximately equal to the length of the nanowire immediately after the growth, and it is considered that the growth rate has a correlation.

上記を総合して考えると、超音波で破断した分散液中のナノワイヤから、長さの類似したナノワイヤを選択することによって径も同様のナノワイヤが選択されると考えられる。   Considering the above as a whole, it is considered that nanowires having similar diameters are selected by selecting nanowires having similar lengths from the nanowires in the dispersion broken by ultrasonic waves.

続いて、図2(d)の、図中の矢印が示すように固定化部位対の相対する方向に対して略垂直に流体を流す。   Subsequently, as shown by the arrow in FIG. 2D, the fluid is allowed to flow substantially perpendicularly to the direction in which the immobilized site pair faces.

本発明における流体とは、固定化部位対102の固定化部位同士が相対する方向に対して略垂直に流れる溶液、溶媒を意味する。本発明における流体を流す工程は、基板上に流路を設け、送液ポンプを用いて溶媒を流す方法や、基板を液相から気相へ取り出すことによって、任意の方向に溶媒を流す方法などを利用できる。本発明で用いられる流路は、リソグラフィーを用いて流路型を作製し、その型にポリマー材料を流し込み、硬化させることでも作製可能である。流路を構成する材料は、基板に対して接着性の高く、成形が容易な材料が好ましく、例えば、PDMS(ポリジメチルシロキサン)などが挙げられる。流路上にインレット部とアウトレット部の穴を設け、これらにシリコンチューブを取り付け、送液ポンプにつなぐことで流路内に流体を流すことが可能となる。流路幅は、ナノワイヤが流路内で詰まることの無い、十分に広い幅であることが望ましい。例えば、0.1〜5.0mm幅の流路を用いることができる。例えば、非特許文献2に記載の方法を用いることで、ナノワイヤの向きを流体の流れる方向に揃えることが可能である。   The fluid in the present invention means a solution or solvent that flows substantially perpendicular to the direction in which the immobilized sites of the immobilized site pair 102 face each other. The step of flowing a fluid in the present invention includes a method of flowing a solvent using a liquid feed pump by providing a flow path on the substrate, a method of flowing a solvent in an arbitrary direction by taking the substrate from the liquid phase to the gas phase, and the like Can be used. The flow path used in the present invention can also be produced by producing a flow path mold using lithography, pouring a polymer material into the mold, and curing it. The material constituting the flow path is preferably a material that has high adhesion to the substrate and can be easily molded, and examples thereof include PDMS (polydimethylsiloxane). By providing holes in the inlet portion and outlet portion on the flow path, attaching a silicon tube to these holes, and connecting to a liquid feed pump, it becomes possible to flow the fluid in the flow path. The channel width is desirably a sufficiently wide width so that the nanowire is not clogged in the channel. For example, a channel having a width of 0.1 to 5.0 mm can be used. For example, by using the method described in Non-Patent Document 2, it is possible to align the direction of the nanowire with the direction in which the fluid flows.

本工程では、所定の長さよりも長いナノワイヤ104、及び短いナノワイヤ106は、流体の流れる方向に向きが揃えられる。一方で所定の長さのナノワイヤ105は両末端が固定されているため向きが変わらない。   In this step, the nanowires 104 longer than the predetermined length and the short nanowires 106 are aligned in the direction in which the fluid flows. On the other hand, the direction of the nanowire 105 of a predetermined length does not change because both ends are fixed.

本発明において、流路を用いて流体を流す場合は、流体として、揮発性が低く、且つ脱気された溶媒を用いることが望ましい。これにより、流路中での気泡の発生が防止され、流体を効率良くナノワイヤに接触させることができる。その結果、ナノワイヤの向きは再現良く揃う。脱気された溶媒は、溶媒を所定時間窒素バブリングすることによって調製される。   In the present invention, when a fluid is flowed using a flow path, it is desirable to use a degassed solvent having low volatility as the fluid. Thereby, generation | occurrence | production of the bubble in a flow path is prevented and a fluid can be made to contact a nanowire efficiently. As a result, the orientations of the nanowires are well reproduced. The degassed solvent is prepared by bubbling the solvent with nitrogen for a predetermined time.

ナノワイヤの向きが揃うための流速は、上述の非特許文献2に記載の値を参考にできる。1μm以下の直径と1μm以上の長さのナノワイヤを流体によって向きを揃える場合、0.01m/sec以上の流速で流体を流すことによって、ナノワイヤの向きは流体の流れる方向に揃う。   The flow rate for aligning the nanowires can be referred to the value described in Non-Patent Document 2 above. When nanowires having a diameter of 1 μm or less and a length of 1 μm or more are aligned by a fluid, the direction of the nanowires is aligned with the direction of fluid flow by flowing the fluid at a flow rate of 0.01 m / sec or more.

以上の工程により、固定化部位の配列や間隔、及び流体の流れる向きを制御することで、所定の長さのナノワイヤのみ所定の位置、方向に固定化することができる。   By controlling the arrangement and interval of the immobilization sites and the flow direction of the fluid by the above steps, only the nanowires having a predetermined length can be fixed in a predetermined position and direction.

更に、デバイス化する上では所定の長さ以外のナノワイヤは除去されることがより好ましい。そのために、図2(e)に示すように、相対する固定化部位対102の中間にナノワイヤを基板と結合ならしめる中間結合部位107を形成する。この結合は物理的な結合力に因るものでも良いし、化学的な結合力に因るものであっても良い。   Furthermore, it is more preferable that nanowires other than a predetermined length are removed for device formation. For this purpose, as shown in FIG. 2 (e), an intermediate binding site 107 for binding the nanowire to the substrate is formed in the middle of the pair of opposing fixed sites 102. This bonding may be due to physical bonding force or may be due to chemical bonding force.

形成方法としては、例えば中間結合部位に該当する部位にナノワイヤを被覆しかつ基板に接続されるような膜を物理堆積させる方法等が適用できる。PMMA等のポリマーのコーティングも適用可能である。前述の通り、所定のナノワイヤ以外のナノワイヤが一端を固定された状態で基板上に残留しているため、中間固定部位形成はスピンコーティング等の手法を用いない工程であることが好ましい。具体的にはディスペンサーによる部分的ポリマー塗布や、ハードマスクを用いた絶縁膜、金属等のスパッタ、蒸着などが適用できる。また、ナノワイヤ表面と基板表面を光架橋する部位を形成しておき、中間固定部位のみ架橋反応の生じる光を照射する方法等も適用できる。この工程において、所定の長さより長いナノワイヤ104や所定の長さより短いナノワイヤ106は、対となっている固定化部位対102の相対する方向とは異なる向きに揃えられているため、中間固定部位の形成によって基板に固定化されない。   As a forming method, for example, a method of physically depositing a film that covers a nanowire at a site corresponding to an intermediate binding site and is connected to a substrate can be applied. A polymer coating such as PMMA is also applicable. As described above, since nanowires other than the predetermined nanowire remain on the substrate in a state where one end is fixed, it is preferable that the formation of the intermediate fixing site is a process that does not use a technique such as spin coating. Specifically, partial polymer coating by a dispenser, insulating film using a hard mask, sputtering of metal or the like, vapor deposition, and the like can be applied. Further, a method of forming a site for photocrosslinking the nanowire surface and the substrate surface and irradiating light that causes a crosslinking reaction only at the intermediate fixing site can be applied. In this step, the nanowires 104 longer than the predetermined length and the nanowires 106 shorter than the predetermined length are aligned in a direction different from the opposing direction of the pair of immobilization sites 102, so It is not fixed to the substrate by formation.

その後、図2(f)に示すように、ナノワイヤの端部の結合部位の少なくとも一部を除去する。例えばナノワイヤ端面にAuが形成されている場合、ヨウ化カリウム液に浸漬することによってAuのみが選択的に溶解され、除去できる。この工程において、所定の長さのナノワイヤ105は中間固定部位で基板に固定されているが、所定の長さより長いナノワイヤ104や所定の長さより短いナノワイヤ106は基板との接続部位を消失する。引き続いて溶液、溶媒を基板上で流し置換することによって所定の長さより長いナノワイヤ104や所定の長さより短いナノワイヤ106が除去され、所定の長さのナノワイヤ105のみ所定の位置、方向に配列され、基板上に固定化される。   Thereafter, as shown in FIG. 2F, at least a part of the binding site at the end of the nanowire is removed. For example, when Au is formed on the end surface of the nanowire, only Au can be selectively dissolved and removed by immersion in a potassium iodide solution. In this step, the nanowire 105 having a predetermined length is fixed to the substrate at the intermediate fixing portion, but the nanowire 104 longer than the predetermined length or the nanowire 106 shorter than the predetermined length loses the connection portion with the substrate. Subsequently, the nanowire 104 longer than the predetermined length and the nanowire 106 shorter than the predetermined length are removed by flowing and replacing the solution and the solvent on the substrate, and only the nanowire 105 having the predetermined length is arranged in a predetermined position and direction. Immobilized on a substrate.

<分離方法>
(第2の実施形態)
本発明による第2の実施形態は、
所定の長さを有するナノワイヤを分離する方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とするナノワイヤの分離方法である。
<Separation method>
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the invention
A method for separating nanowires having a predetermined length, comprising:
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
Forming an intermediate fixing part for fixing the nanowire and the substrate in the middle of the paired fixing part;
Removing at least a portion of the binding site of the nanowire;
Is a nanowire separation method characterized by sequentially performing the steps.

第2の実施形態においては、第1の実施形態に記載の方法と同様の方法により、所定の長さのナノワイヤ105のみ所定の位置、方向に配列した後に、引き続き中間固定部位を除去する。これにより所定のナノワイヤ105基板から分離される。例えば中間固定部位がPMMA等のポリマーであった場合にはアセトンなどの有機溶剤でナノワイヤや基板にダメージを与えることなく中間固定部位を除去可能である。このようにして所定の長さのナノワイヤを分離抽出することができる。   In the second embodiment, by the same method as the method described in the first embodiment, only the nanowires 105 having a predetermined length are arranged in a predetermined position and direction, and then the intermediate fixing site is continuously removed. Thereby, it is separated from the predetermined nanowire 105 substrate. For example, when the intermediate fixing part is a polymer such as PMMA, the intermediate fixing part can be removed with an organic solvent such as acetone without damaging the nanowire or the substrate. In this way, nanowires having a predetermined length can be separated and extracted.

<基板>
本発明で用いられる基板は、電極を設置可能な材料である限り、形状、構成等は特に限定されないが、配列されたナノワイヤを有する基板を電界効果型トランジスタ等のデバイスとして用いる場合、基板絶縁体からなる材料を用いることが望ましい。例えば、絶縁体として、ガラス、酸化物、炭化物、窒化物、高分子材料からなるプラスチック類などを用いることができる。また、基板が導電体や半導体であっても、その表面に前述のような絶縁体を成膜することによって適用可能である。
<Board>
The substrate used in the present invention is not particularly limited in shape and configuration as long as it is a material on which an electrode can be placed. However, when a substrate having arranged nanowires is used as a device such as a field effect transistor, a substrate insulator It is desirable to use a material consisting of For example, as the insulator, glass, oxide, carbide, nitride, plastic made of a polymer material, or the like can be used. Further, even if the substrate is a conductor or a semiconductor, it can be applied by forming an insulator as described above on the surface thereof.

<ナノワイヤ>
本発明で用いられるナノワイヤとは、例えば材質は半導体、金属、誘電体、もしくはそれらの複合体からなる。半導体の材料としては、シリコン、ゲルマニウム等のIV属半導体、GaAs等のIII−V属化合物半導体、InP等のII−VI属化合物半導体、SiC等を用いることができる。金属の材料としては、Au、Pt、Pd、Ti等を用いることができる。誘電体としては、SiO、SiN、HfO、Al等を用いることができる。
<Nanowire>
The nanowire used in the present invention is made of, for example, a semiconductor, a metal, a dielectric, or a composite thereof. As a semiconductor material, a group IV semiconductor such as silicon or germanium, a group III-V compound semiconductor such as GaAs, a group II-VI compound semiconductor such as InP, SiC, or the like can be used. Au, Pt, Pd, Ti, or the like can be used as the metal material. As the dielectric, SiO 2 , SiN, HfO 2 , Al 2 O 3 or the like can be used.

ナノワイヤは、例えばVLS法を用いて形成可能である。
VLS法には、Au、Al、Si、Sn、Pb、Ni、Fe、Agなどから選択される少なくとも一種の材料であって、Si、Ge、Cなどの後述するナノワイヤとなる半導体と共晶を形成する材料が適用できる。
The nanowire can be formed using, for example, a VLS method.
The VLS method includes at least one material selected from Au, Al, Si, Sn, Pb, Ni, Fe, Ag, and the like, and a eutectic with a semiconductor to be a nanowire, such as Si, Ge, and C, described later. The material to be formed is applicable.

触媒は、リフトオフ法や通常のリソグラフィーによるパターニングで形成できる。更には、金属微粒子を含む溶液(例えば、Auコロイド含有溶液)を基板上に滴下することによっても形成可能である。触媒が溶融し液滴となった場合の粒径は200nm以下であることが好ましい。後述のナノワイヤのVLS成長における過飽和がより好適に起こりうるためである。薄膜触媒を用いる場合には初期の膜厚とナノワイヤとなる半導体原料の供給前のアニール条件により、粒径は制御可能である。一方、コロイドを用いる場合には初期コロイド粒径と略等しい径のナノワイヤが得られる。   The catalyst can be formed by a lift-off method or patterning by ordinary lithography. Further, it can be formed by dropping a solution containing metal fine particles (for example, an Au colloid-containing solution) onto the substrate. The particle size when the catalyst melts into droplets is preferably 200 nm or less. This is because supersaturation in the VLS growth of the nanowire described later can occur more suitably. In the case of using a thin film catalyst, the particle size can be controlled by the initial film thickness and the annealing conditions before supplying the semiconductor raw material to be nanowires. On the other hand, when a colloid is used, a nanowire having a diameter substantially equal to the initial colloid particle diameter is obtained.

次に、触媒と共晶を作りうるナノワイヤの原料を供給し、触媒とナノワイヤとなる半導体が共晶状態を取りうる温度に基板を加温する。例えば触媒Auによるシリコンナノワイヤ成長では363℃の共晶温度よりも高い温度とする。半導体原料には、SiH、SiF、SiCl、SiHCl、SiHCl、GeH、CH、Cなどのナノワイヤを構成する原子を含むガスを用いることができる。また、PLDやスパッタなどの手法を用いて、蒸着源やターゲットであるところの固体の半導体原料からの気相による供給も適用可能である。半導体原料の供給により半導体種が触媒に溶け込み、共晶状態の溶融液滴となる。そして、半導体原料を供給し続けることによって溶融液滴は半導体種の組成比が過飽和に達し、半導体が結晶成長する。これが、いわゆるVLS成長法であり、この方法によりナノワイヤが得られる。 Next, a nanowire raw material capable of forming a eutectic with the catalyst is supplied, and the substrate is heated to a temperature at which the catalyst and the semiconductor serving as the nanowire can take a eutectic state. For example, in the growth of silicon nanowires using catalyst Au, the temperature is higher than the eutectic temperature of 363 ° C. As the semiconductor material, a gas containing atoms constituting nanowires such as SiH 4 , SiF 4 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , GeH 4 , CH 4 , and C 2 H 6 can be used. Further, it is also possible to apply a gas phase supply from a solid semiconductor raw material which is a vapor deposition source or a target using a technique such as PLD or sputtering. By supplying the semiconductor raw material, the semiconductor species are dissolved in the catalyst to form eutectic molten droplets. By continuing to supply the semiconductor raw material, the composition ratio of the semiconductor species in the molten droplet reaches supersaturation, and the semiconductor crystal grows. This is a so-called VLS growth method, and nanowires can be obtained by this method.

また、本発明で用いられるナノワイヤは、その直径が1nm以上200nm以下、更には5nm以上100nm以下の範囲内にあることが好ましい。また長さは1μm以上50μm以下であることが好ましい。   The nanowire used in the present invention preferably has a diameter in the range of 1 nm to 200 nm, more preferably 5 nm to 100 nm. The length is preferably 1 μm or more and 50 μm or less.

<流体>
本発明で用いられる流体としては、揮発性が低く、且つ脱気された溶媒を用いることが望ましい。このような溶媒を用いることで、流路内における酸素の発生や気泡の発生が防止され、流体を効率良くナノワイヤに接触させることができる。例えば、本発明で用いられる流体としては、純水、金属塩緩衝水溶液、酢酸トリエチルアンモニウム塩などのカルボン酸誘導体とアンモニウム誘導体との塩を含む有機塩緩衝水溶液や、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオンなどの陽イオンとテトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオンなどの陰イオンから成るイオン液体、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N−メチルピロリドンなど低揮発性有機溶媒などを用いることができる。脱気された溶媒は、溶媒を所定時間窒素バブリングすることによって調製される。
<Fluid>
As the fluid used in the present invention, it is desirable to use a solvent that has low volatility and is deaerated. By using such a solvent, generation of oxygen and bubbles in the flow path are prevented, and the fluid can be efficiently contacted with the nanowire. For example, the fluid used in the present invention includes pure water, metal salt buffer aqueous solution, organic salt buffer aqueous solution containing a salt of carboxylic acid derivative such as triethylammonium acetate and ammonium derivative, imidazolium ion, pyridinium ion, etc. An ionic liquid composed of an anion such as a cation and tetrafluoroborate ion or hexafluorophosphate ion, or a low-volatile organic solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, tetrahydrofuran, dioxane or N-methylpyrrolidone can be used. The degassed solvent is prepared by bubbling the solvent with nitrogen for a predetermined time.

<配列方法>
(実施例1)
本実施例では、図3の(a)−(j)を用いて、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いた電界効果型トランジスタセンサの作製について説明する。
<Sequence method>
Example 1
In this example, a nanowire having binding sites at both ends of the nanowire is produced using (a)-(j) in FIG. 3, and the immobilization site placed on the substrate has a predetermined length. The production of a field effect transistor sensor using a technique for arranging nanowires will be described.

(1−1)固定化部位を設置した基板の作製
図3(a)に示すように、酸化膜が形成されたシリコン基板201上に、公知のリソグラフィー工程を用いて基板上の所定の位置に所定の距離を離間させた固定化部位対202を形成する。具体的にはフォトレジスト(住友化学社製)でパターニングし、所定の形状、位置に開口部を形成する。その後、APTES(Aminopropyltriethoxysilane)をエタノールで10%希釈した溶液に浸漬した後、レジストをアセトンで除去することで固定化部位203が形成される。サブミクロン以下の幅にパターニングする場合は、電子線を用いてパターニングする(電子線リソグラフィー)。本実施例では固定化部位対の間隔を40μmとし、各々500nmの円形のAPTESパターン対を形成するものとする。併せて、隣接する固定化部位間を跨いで接続されることを防止するために、隣接固定化部位間の間隔は80μm以上と設定する。
(1-1) Fabrication of a substrate on which an immobilization site is installed As shown in FIG. 3 (a), on a silicon substrate 201 on which an oxide film is formed, at a predetermined position on the substrate using a known lithography process. A pair of immobilization sites 202 separated by a predetermined distance is formed. Specifically, patterning is performed with a photoresist (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and openings are formed in predetermined shapes and positions. Then, after immobilizing APTES (Aminopropyltrioxysilane) in a solution diluted with ethanol by 10%, the resist is removed with acetone to form the immobilization site 203. When patterning to a width of submicron or less, patterning is performed using an electron beam (electron beam lithography). In this embodiment, the interval between the immobilization site pairs is 40 μm, and a circular APTES pattern pair of 500 nm is formed. At the same time, in order to prevent connection between adjacent immobilization sites, the interval between adjacent immobilization sites is set to 80 μm or more.

(1−2)ナノワイヤの固定化と配列
図3(b)に示すように、両末端がAuで終端されたシリコンナノワイヤ204、205、206を含む分散液中に、(1−1)で形成した基板を浸漬する。ここで、ナノワイヤの長さは前述した触媒径のばらつきによって長さが異なるものとする。所定の長さより短いナノワイヤを206、所定の長さのナノワイヤを205、所定の長さより長いナノワイヤを204とする。両末端がAuで終端されたシリコンナノワイヤの形成手法は(1−a)で説明する。その後図3(c)の様に、ナノワイヤの端部結合部位が基板上固定化部位に結合されるよう攪拌する。
その後、基板をナノワイヤを配置させる固定化部位の相対する方向と垂直方向に溶液中から引き上げることで図3(d)の矢印に示すように液が基板上を流れ、所定の長さよりも長いナノワイヤ204及び所定の長さより短いナノワイヤ206は流れの方向に向きがそろえられる。一方で、所定の長さのナノワイヤ205は両端が固定されているため方向は変わらない。その後自然乾燥させることで、所定のナノワイヤのみが配列される。
(1-2) Immobilization and arrangement of nanowires As shown in FIG. 3 (b), formed in (1-1) in a dispersion containing silicon nanowires 204, 205, and 206 terminated at both ends with Au. Immerse the finished substrate. Here, the length of the nanowire is different depending on the variation in the catalyst diameter described above. It is assumed that a nanowire shorter than a predetermined length is 206, a nanowire having a predetermined length is 205, and a nanowire longer than a predetermined length is 204. A method for forming silicon nanowires terminated at both ends with Au will be described in (1-a). Thereafter, as shown in FIG. 3C, stirring is performed so that the end bonding site of the nanowire is bonded to the fixing site on the substrate.
Thereafter, the substrate is pulled out of the solution in a direction perpendicular to the fixing portion where the nanowires are arranged, so that the liquid flows on the substrate as shown by the arrow in FIG. 3D, and the nanowire longer than a predetermined length is obtained. 204 and nanowires 206 shorter than a predetermined length are aligned in the direction of flow. On the other hand, since both ends of the nanowire 205 having a predetermined length are fixed, the direction does not change. Then, only predetermined nanowires are arranged by natural drying.

(1−3)中間固定部形成
図3(e)に示すように、(1−2)で作製された基板において、対となる固定化部位の概ね中間を被覆するような場所に中間固定化部位207を形成する。本工程では所定の長さより長いワイヤもしくは短いワイヤは基板上に一端のみ固定されている状況であるので、スピナーコーティング等の流体を流す手法を用いずに選択的に成膜できるプロセスが好ましい。本実施例ではディスペンサー(NanoMaster SMP−III 武蔵エンジニアリング製)を用い、ポジ型フォトレジストma−P1275(OSTECH社製)を固定化部位の中間に20μm径でコーティングする。引き続いて100℃5分ベーキングでPMMAは固化される。レジストの密着性やディスペンス後の広がり低減のために、事前に基板はUVO3処理を施していることが望ましい。例えばUV−300H(SUMCO社製)で1分程度処理すればよい。所定の長さのナノワイヤ205は相対する固定化部位を跨ぐように両末端が結合されているので、基板上にフォトレジストによって固定される。所定の長さ以外のナノワイヤの方向は固定化部位対の相対する方向と略垂直に揃えられているため、中間固定化部位形成には影響を受けない。
(1-3) Formation of intermediate fixing portion As shown in FIG. 3 (e), in the substrate manufactured in (1-2), intermediate fixing is performed at a location that covers substantially the middle of the pair of fixing portions. Site 207 is formed. In this step, since a wire longer or shorter than a predetermined length is fixed on one end of the substrate, a process capable of selectively forming a film without using a fluid flow method such as spinner coating is preferable. In this example, a dispenser (NanoMaster SMP-III, manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.) is used, and positive photoresist ma-P1275 (manufactured by OSTECH) is coated in the middle of the immobilization site with a diameter of 20 μm. Subsequently, PMMA is solidified by baking at 100 ° C. for 5 minutes. In order to reduce the adhesion of the resist and the spread after dispensing, the substrate is preferably subjected to UVO3 treatment in advance. For example, UV-300H (manufactured by SUMCO) may be used for about 1 minute. Since both ends of the nanowire 205 having a predetermined length are bonded so as to straddle the opposite immobilization sites, the nanowire 205 is fixed on the substrate with a photoresist. The directions of the nanowires other than the predetermined length are aligned substantially perpendicular to the opposing direction of the pair of immobilization sites, and thus are not affected by the formation of the intermediate immobilization site.

(1−4)結合部位除去
続いて、基板を金エッチング液AURUM−302(関東化学)に1分浸漬する。これによってナノワイヤ両末端のAuがエッチングされる。図3(f)に示すように、(1−3)の固定において所定の長さのナノワイヤ205は中間固定部位207で基板に固定されているため基板からは遊離しないが、所定の長さよりも長いナノワイヤ204及び所定の長さより短いナノワイヤ206は基板との結合部位が消失するために、基板から遊離する。エッチング後エタノールでリンスすることによって、所定の長さより長いナノワイヤ204及び短いナノワイヤ206は基板上から除去される。
(1-4) Removal of Binding Site Subsequently, the substrate is immersed in a gold etching solution AURUM-302 (Kanto Chemical) for 1 minute. As a result, Au at both ends of the nanowire is etched. As shown in FIG. 3 (f), the nanowire 205 having a predetermined length in the fixing of (1-3) is not released from the substrate because it is fixed to the substrate at the intermediate fixing portion 207, but is longer than the predetermined length. The long nanowire 204 and the nanowire 206 shorter than a predetermined length are released from the substrate because the binding site with the substrate disappears. By rinsing with ethanol after the etching, the nanowire 204 longer than the predetermined length and the short nanowire 206 are removed from the substrate.

(1−5)配線、電極形成
続いて、図3(g)に示すように、ナノワイヤ両端を被覆するように電極208を形成する。公知のリソグラフィ技術で両端を露出させ、5%希釈フッ酸に1分浸漬しナノワイヤ表面の自然酸化膜を除去する。続いてTi5nmとAu100nmをこの順に蒸着し、アセトンに10分浸漬することでナノワイヤの両末端のシリコン露出部位に電極を形成できる。後述の溶液セルと干渉しないように電位を供給するために、電極をチップ端部まで延伸し形成するのが好ましい。
前述のアセトン浸漬によって、図3(h)に示すように中間固定部位207を形成していたフォトレジストが同時に除去される。所定の長さのナノワイヤ205は両端が電極208で固定されているため、基板からは遊離しない。
(1-5) Wiring and Electrode Formation Subsequently, as shown in FIG. 3G, the electrode 208 is formed so as to cover both ends of the nanowire. Both ends are exposed by a known lithography technique and immersed in 5% diluted hydrofluoric acid for 1 minute to remove the natural oxide film on the nanowire surface. Then, Ti5nm and Au100nm are vapor-deposited in this order, and an electrode can be formed in the silicon | silicone exposed part of both ends of nanowire by immersing in acetone for 10 minutes. In order to supply a potential so as not to interfere with a later-described solution cell, the electrode is preferably formed by extending to the end of the chip.
By the above-mentioned acetone immersion, the photoresist that has formed the intermediate fixing portion 207 as shown in FIG. Since both ends of the nanowire 205 having a predetermined length are fixed by the electrodes 208, they are not released from the substrate.

(1−6)絶縁膜形成
続いて、電極と後述の溶液セルに充填する測定対象を含有した溶液を電気的に分離するために、センサとなるナノワイヤ205の領域のみ露出し、かつ溶液セルの形成領域の電極208を被覆するよう、図3(i)に示すように絶縁膜209で被覆する。通常のリソグラフィーとスパッタによるシリコン酸化膜形成、リフトオフによって容易に達成可能である。
(1-6) Formation of Insulating Film Subsequently, in order to electrically separate the electrode and the solution containing the measurement object to be filled in the solution cell described later, only the region of the nanowire 205 serving as a sensor is exposed, and the solution cell As shown in FIG. 3I, the insulating film 209 is covered so as to cover the electrode 208 in the formation region. This can be easily achieved by silicon oxide film formation by normal lithography and sputtering, and lift-off.

(1−7)流路形成
続いて、検出対象を含有した溶液を溜めるための溶液セル210を、PDMS(ポリジメチルシロキサン)を用いて以下の手順で作製する。ガラス基板上にPDMS(アルドリッチ社製)と硬化剤(アルドリッチ社製)を10:1で混ぜたものを流し、ベークして硬化させる。その後、図3(i)に示すナノワイヤ205が露出した部分と、電極208の絶縁膜209で被覆されていない部分をそれぞれ除去する。除去は、PDMSを切断できるような工具で容易に加工可能である。
もしくは、前述の様な形状のPDMSを形成ならしめるような型を形成し、その型内にPDMS(アルドリッチ社製)と硬化剤(アルドリッチ社製)を10:1で混ぜたものを流し、ベークして硬化させることでも溶液セル210は形成可能である。
その後、硬化したPDMSを剥がしとり、これを上記で作製した基板201上の絶縁膜209上に貼り付ける。硬化したPDMSは、フラットな表面に対して自己接着性を有し、容易に貼り付けることができる。図3(j)に、貼り付け後のデバイス概念図を示す。
(1-7) Flow path formation Subsequently, the solution cell 210 for storing the solution containing the detection object is produced in the following procedure using PDMS (polydimethylsiloxane). On a glass substrate, a mixture of PDMS (manufactured by Aldrich) and a curing agent (manufactured by Aldrich) at a ratio of 10: 1 is poured, baked and cured. Thereafter, the exposed portion of the nanowire 205 shown in FIG. 3I and the portion of the electrode 208 that is not covered with the insulating film 209 are removed. The removal can be easily processed with a tool capable of cutting the PDMS.
Alternatively, a mold that can form PDMS having the above-described shape is formed, and a mixture of PDMS (manufactured by Aldrich) and a curing agent (manufactured by Aldrich) in a ratio of 10: 1 is poured into the mold and baked. Then, the solution cell 210 can also be formed by curing.
Thereafter, the cured PDMS is peeled off and attached to the insulating film 209 on the substrate 201 manufactured as described above. Cured PDMS has self-adhesiveness to a flat surface and can be easily attached. FIG. 3J shows a device conceptual diagram after pasting.

以上の工程によって、非特許文献3に報告されたようなナノワイヤFETセンサを、所定の位置に所定の長さ、径を有するナノワイヤを選択的に用いて作製可能である。   Through the above steps, a nanowire FET sensor as reported in Non-Patent Document 3 can be produced by selectively using nanowires having a predetermined length and diameter at predetermined positions.

(1−a)両端がAuで終端されたシリコンナノワイヤを含む分散液の作製方法
以下、ナノワイヤの作製と両端の結合部位形成方法について図4を用いて説明する。
図4(a)に示す基板301には面方位(111)のシリコン基板を用いる。この基板301はRCA洗浄で有機物除去され、更に希釈HF溶液で自然酸化膜除去され、続いてAuが蒸着される。その後基板をCVD成長装置に搬送し、真空チャンバー内で不活性ガスでアニールした後、シランを導入する。その結果、上述のVLS過程によりシリコンナノワイヤ302がシリコン基板上に成長される。Auの厚さ、アニール温度、アニール時間、成長温度、成長時間、反応ガス圧力によってナノワイヤ径や長さは調整可能であり、本実施例では想定される長さばらつきの最大値が40μm以上で最小値が40μm以下となるようにパラメータを制御する。更には、隣接の固定化対間隔80μmよりもばらつきの最大値が小さくなるように制御する。これによって所定の長さよりも長いワイヤが隣接固定化部位と干渉することが防止される。例えば、Au厚を3nm、温度を550度で、30分間、Heガス2Torr中でアニールし、続いてHeによって10%希釈されたシランガスを同温度条件で導入し、60分成長させることによって、径40nm、長さ40μmを中心値としたナノワイヤが得られるであろう。尚、図4(a)に示すようにVLS法を用いるため、成長後のナノワイヤの突端には触媒のAu303が残留している。
(1-a) Method for Producing Dispersion Containing Silicon Nanowire Ended with Au at Both Ends Hereinafter, a method for producing a nanowire and a method for forming binding sites at both ends will be described with reference to FIG.
A silicon substrate having a plane orientation (111) is used as the substrate 301 shown in FIG. Organic substances are removed from the substrate 301 by RCA cleaning, a natural oxide film is removed with a diluted HF solution, and then Au is deposited. Thereafter, the substrate is transferred to a CVD growth apparatus, annealed with an inert gas in a vacuum chamber, and then silane is introduced. As a result, silicon nanowires 302 are grown on the silicon substrate by the above-described VLS process. The nanowire diameter and length can be adjusted by the Au thickness, annealing temperature, annealing time, growth temperature, growth time, and reaction gas pressure. In this embodiment, the maximum value of the assumed length variation is minimum at 40 μm or more. The parameter is controlled so that the value is 40 μm or less. Furthermore, control is performed so that the maximum value of variation becomes smaller than the adjacent fixed pair interval of 80 μm. This prevents a wire longer than a predetermined length from interfering with an adjacent immobilization site. For example, annealing is performed in He gas at 2 Torr at an Au thickness of 3 nm and a temperature of 550 ° C. for 30 minutes. Subsequently, silane gas diluted by 10% with He is introduced under the same temperature condition, and grown for 60 minutes. A nanowire centered on 40 nm and 40 μm in length will be obtained. Since the VLS method is used as shown in FIG. 4A, catalyst Au303 remains on the tip of the nanowire after growth.

次に、ナノワイヤのもう一端に結合部位を形成する。
図4(b)に示すように、成長後十分に大気もしくは酸素雰囲気に暴露しナノワイヤ表面に自然酸化膜304を形成する。その後図4(c)に示すように、ナノワイヤ成長基板を、テトラクロロ金(III)酸ナトリウム(二水和物)(三津和化学薬品株式会社)をエタノールで1mMに希釈した溶液305中に浸漬させ、図4(d)に示すようにナノワイヤが基板から剥離を開始する様に超音波を加える。その後超音波を停止し、30分間前記溶液中に保持することで、図4(e)に示すようにシリコンが露出したナノワイヤ端面にのみ析出Au306が形成される(非特許文献4)。
この様にして両端がAuで終端されたシリコンナノワイヤ、及びそのナノワイヤを含有した分散液が得られる。
Next, a binding site is formed at the other end of the nanowire.
As shown in FIG. 4B, a natural oxide film 304 is formed on the surface of the nanowire by sufficiently exposing to the atmosphere or oxygen atmosphere after the growth. Thereafter, as shown in FIG. 4 (c), the nanowire growth substrate was immersed in a solution 305 obtained by diluting sodium tetrachloroaurate (III) acid (dihydrate) (Mitsuwa Chemical Co., Ltd.) to 1 mM with ethanol. Then, as shown in FIG. 4D, ultrasonic waves are applied so that the nanowire starts to peel from the substrate. Thereafter, the ultrasonic wave is stopped and kept in the solution for 30 minutes, so that the deposited Au 306 is formed only on the end face of the nanowire where silicon is exposed as shown in FIG. 4E (Non-patent Document 4).
In this way, silicon nanowires terminated at both ends with Au, and a dispersion containing the nanowires are obtained.

(実施例2)
本実施例では、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いたMOSFETの作製について説明する。
(Example 2)
In this example, fabrication of a MOSFET using a technique in which a nanowire having a binding site at both ends of a nanowire is fabricated and a nanowire having a predetermined length is disposed on an immobilization site disposed on a substrate will be described. .

実施例1に記載の(1−1)固定化部位を設置した基板の作製 から、(1−2)ナノワイヤの固定化と配列まで同様に行う。その後、中間固定化部位を電気伝導性の材料で形成する。後述の結合部位除去工程を考慮しAu以外の材料を成膜する。本実施例ではAgペースト(アルバックマテリアル製 微細配線用 ナノペースト)を固定化部位対間に20μmの幅に塗布し、250℃で焼成する。その後、(1−4)結合部位除去、(1−5)電極形成を実施例1と同様に行うことで、MOSFET構造が形成される。   The same procedure is performed from (1-1) preparation of the substrate provided with the immobilization site described in Example 1 to (1-2) immobilization and arrangement of nanowires. Thereafter, the intermediate immobilization site is formed of an electrically conductive material. A material other than Au is deposited in consideration of the binding site removal step described later. In this embodiment, Ag paste (Nanopaste for fine wiring manufactured by ULVAC MATERIAL) is applied to a width of 20 μm between a pair of immobilization sites and baked at 250 ° C. Thereafter, (1-4) bonding site removal and (1-5) electrode formation are performed in the same manner as in Example 1 to form a MOSFET structure.

(実施例3)
本実施例では、ナノワイヤの両末端に結合部位を有するナノワイヤを作製し、基板上に設置された固定化部位に、所定の長さを有するナノワイヤを配置させる手法を用いたMOSFETの作製について説明する。
(Example 3)
In this example, fabrication of a MOSFET using a technique in which a nanowire having a binding site at both ends of a nanowire is fabricated and a nanowire having a predetermined length is disposed on an immobilization site disposed on a substrate will be described. .

実施例1に記載の(1−1)固定化部位を設置した基板の作製 から(1−5)電極形成を実施例1と同様に行う。その後、基板をアセトン溶液に浸漬することで、中間結合部位が除去される。その後、公知のリソグラフィー技術を用いて、固定化部位対間にナノワイヤを被覆するように所定のゲートでゲート電極を形成することでMOSFET構造が形成される。   (1-1) Preparation of the substrate provided with the immobilization site described in Example 1 (1-5) Electrode formation is performed in the same manner as in Example 1. Thereafter, the intermediate binding site is removed by immersing the substrate in an acetone solution. Thereafter, using a known lithography technique, a MOSFET structure is formed by forming a gate electrode with a predetermined gate so as to cover the nanowire between the pair of fixed sites.

<分離方法>
(実施例4)
本実施例では、所定の長さを有するナノワイヤのみを分離し回収する技術について説明する。
実施例1に記載の(1−1)固定化部位を設置した基板の作製 から(1−4)結合部位除去 まで同様に行う。その後、アセトン溶液中に基板を浸漬することで、PMMAが溶解し、溶液中に所定の長さのナノワイヤのみが回収される。
回収されたナノワイヤは、その後実施例1の手法を用いてセンサの作製に使用可能であり、また実施例2や3の手法を用いてMOSFETの作製に使用することも可能である。
<Separation method>
Example 4
In this embodiment, a technique for separating and collecting only nanowires having a predetermined length will be described.
The same procedure is performed from (1-1) preparation of the substrate provided with the immobilization site described in Example 1 to (1-4) removal of the binding site. Thereafter, the substrate is immersed in an acetone solution, whereby PMMA is dissolved, and only nanowires having a predetermined length are collected in the solution.
The collected nanowire can then be used for sensor fabrication using the technique of Example 1, and can also be used for MOSFET fabrication using the techniques of Examples 2 and 3.

11 ナノワイヤ
12 結合部位
101 基板
102 固定化部位
103 固定化部位対
104 所定の長さに対して長いナノワイヤ
105 所定の長さのナノワイヤ
106 所定の長さに対して短いナノワイヤ
107 中間結合部位
201 基板
202 固定化部位対
203 固定化部位
204 所定の長さに対して長いナノワイヤ
205 所定の長さのナノワイヤ
206 所定の長さに対して短いナノワイヤ
207 中間固定化部位
208 電極
209 絶縁膜
210 溶液セル
301 基板
302 シリコンナノワイヤ
303 触媒Au
304 自然酸化膜
305 溶液
306 析出Au
11 Nanowire 12 Binding site 101 Substrate 102 Immobilization site 103 Immobilization site pair 104 Nanowire 105 long for a predetermined length 105 Nanowire 106 of a predetermined length Nanowire 107 short for a predetermined length 107 Intermediate binding site 201 Substrate 202 Immobilization site pair 203 Immobilization site 204 Nanowire 205 long for a predetermined length Nanowire 206 for a predetermined length Short nanowire 207 for a predetermined length Intermediate immobilization site 208 Electrode 209 Insulating film 210 Solution cell 301 Substrate 302 Silicon nanowire 303 Catalyst Au
304 Natural oxide film 305 Solution 306 Precipitated Au

Claims (2)

基板上の所定位置にナノワイヤを配置するためのナノワイヤの配列方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの配列方法。
A method of arranging nanowires for arranging nanowires at predetermined positions on a substrate, comprising:
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
A method of arranging nanowires, characterized in that the steps are sequentially performed.
所定の長さを有するナノワイヤを分離する方法であって、
前記ナノワイヤの両端を固定するための、所定の距離を離間させた対となる固定化部位を設けた基板を作製する工程と、
両末端に前記基板上の固定化部位と特異的な結合を形成するための結合部位を有するナノワイヤを作製する工程と、
前記ナノワイヤを含有する液を前記基板上に分散させ、前記ナノワイヤの結合部位を前記基板上の固定化部位に結合させる工程と、
前記対となる固定化部位の相対する方向に対して略垂直に流体を流す工程と、
前記対となる固定化部位の中間に、前記ナノワイヤと前記基板とを固定する中間固定部位を形成する工程と、
前記ナノワイヤの結合部位の少なくとも一部を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とする、ナノワイヤの分離方法。
A method for separating nanowires having a predetermined length, comprising:
Producing a substrate provided with a pair of immobilization sites separated by a predetermined distance for fixing both ends of the nanowire;
Producing nanowires having binding sites for forming specific bonds with the immobilized sites on the substrate at both ends;
Dispersing the liquid containing the nanowire on the substrate, and binding the nanowire binding site to the immobilization site on the substrate;
Flowing a fluid substantially perpendicular to the opposing direction of the paired immobilization sites;
Forming an intermediate fixing part for fixing the nanowire and the substrate in the middle of the paired fixing part;
Removing at least a portion of the binding site of the nanowire;
A method for separating nanowires, characterized in that the steps are sequentially performed.
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