JP3177232B2 - 合成ｄｎａ格子を利用したナノ粒子成層構造 - Google Patents
合成ｄｎａ格子を利用したナノ粒子成層構造Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、好ましくは格子間
隔がサブミクロン長さスケールとして知られる１０〜１
００ナノメートル（ｎｍ）のスケールである、粒子の規
則的配列または格子の形状の成層構造の製造に関する。
隔がサブミクロン長さスケールとして知られる１０〜１
００ナノメートル（ｎｍ）のスケールである、粒子の規
則的配列または格子の形状の成層構造の製造に関する。
【０００２】より詳細には、この粒子は５０ナノメート
ルを超えない実質的に均一な直径を特徴とする。粒径が
８〜２０ｎｍサイズの範囲にあり、粒径分布が２０％未
満（粒径分布の標準偏差）であることが好ましい。この
ような粒子は、たとえばＣ．マレイ（Murray）および
Ｓ．スン（Sun）による前記出願に記載された方法に従
って生成することができる。
ルを超えない実質的に均一な直径を特徴とする。粒径が
８〜２０ｎｍサイズの範囲にあり、粒径分布が２０％未
満（粒径分布の標準偏差）であることが好ましい。この
ような粒子は、たとえばＣ．マレイ（Murray）および
Ｓ．スン（Sun）による前記出願に記載された方法に従
って生成することができる。
【０００３】
【従来の技術】関連出願へのクロス・リファレンス 本願は、クリストファ・Ｂ・マレイ（Christopher B. M
urray）およびショウヘン・スン（Shouheng Sun）によ
り本願と同日に出願された「METHOD OF PRODUCING NANO
PARTICLES OF TRANSITION METALS」と題する米国特許出
願第０９／１２７，００５号（ＩＢＭ整理番号ＹＯ９−
９８−１６９）に関連し、これを参照により本願に合体
する。
urray）およびショウヘン・スン（Shouheng Sun）によ
り本願と同日に出願された「METHOD OF PRODUCING NANO
PARTICLES OF TRANSITION METALS」と題する米国特許出
願第０９／１２７，００５号（ＩＢＭ整理番号ＹＯ９−
９８−１６９）に関連し、これを参照により本願に合体
する。
【０００４】今日まで、サブミクロン・サイズのスケー
ルの磁性媒体の安価かつ製造可能なパターン化の達成は
困難であった。０．１ミクロン（１００ｎｍ）以下の寸
法に対する従来のリソグラフィ・パターン化の限界はよ
く知られており、Ｓ．オカザキ（Okazaki）による総説
「Lithography for ULSI」（p.18, vol. 2440, Proceed
ings of SPIE）に記載されている。最小限約０．０５ミ
クロン（５０ｎｍ）のフィーチャ・サイズの回路および
媒体の製造には、深紫外（「ＤＵＶ」）光源による光リ
ソグラフィが役立つと期待される。現在、固体基板の５
〜５０ｎｍスケールの側方（lateral）パターン化／テ
キスチャ化の安価な方法はない。
ルの磁性媒体の安価かつ製造可能なパターン化の達成は
困難であった。０．１ミクロン（１００ｎｍ）以下の寸
法に対する従来のリソグラフィ・パターン化の限界はよ
く知られており、Ｓ．オカザキ（Okazaki）による総説
「Lithography for ULSI」（p.18, vol. 2440, Proceed
ings of SPIE）に記載されている。最小限約０．０５ミ
クロン（５０ｎｍ）のフィーチャ・サイズの回路および
媒体の製造には、深紫外（「ＤＵＶ」）光源による光リ
ソグラフィが役立つと期待される。現在、固体基板の５
〜５０ｎｍスケールの側方（lateral）パターン化／テ
キスチャ化の安価な方法はない。
【０００５】また以前は、非常に小さい（５〜２０ｎ
ｍ、または０．００５〜０．０２ミクロン）粒子または
物体の規則的な成層構造または周期的配列を組み立て、
またこのような成層構造を簡単かつ安価な方法で高信頼
度で形成することが困難または不可能であった。さら
に、５〜１００ｎｍ（０．００５〜０．１ミクロン）の
サイズ範囲の格子間隔を調整し、合致させる方法は一般
に存在しない。このような成層構造の有用な利用法は数
多くある。これには高密度磁気記録媒体、相状（phase
d）アレイ放射線エミッタ、放射線センサ・アレイ、お
よび部品間の高密度相互接続のための電気接点／接続の
パターンが含まれる。このようなパターン化された電気
接点は積層集積回路のアセンブリに有用である。
ｍ、または０．００５〜０．０２ミクロン）粒子または
物体の規則的な成層構造または周期的配列を組み立て、
またこのような成層構造を簡単かつ安価な方法で高信頼
度で形成することが困難または不可能であった。さら
に、５〜１００ｎｍ（０．００５〜０．１ミクロン）の
サイズ範囲の格子間隔を調整し、合致させる方法は一般
に存在しない。このような成層構造の有用な利用法は数
多くある。これには高密度磁気記録媒体、相状（phase
d）アレイ放射線エミッタ、放射線センサ・アレイ、お
よび部品間の高密度相互接続のための電気接点／接続の
パターンが含まれる。このようなパターン化された電気
接点は積層集積回路のアセンブリに有用である。
【０００６】上記の成層構造を作成する理想的な方法
は、下記の特徴を有するものであろう。 １．その方法が周知の手順に基づくものであり、有用な
面積（１〜１，０００ｃｍ2）にわたるパターン化に適
合する。 ２．その方法により、ｎｍスケールの粒子間の間隔、ま
たはこのような粒子のグループ化が容易に調節できる。 ３．その方法は実験室レベルから製造プロセスへのスケ
ールアップが容易である。 ４．標準偏差で表したｎｍスケール粒子のサイズ分布
が、他のパターン化方法で必要とされる狭いサイズ分布
（たとえば１０％）ではなく、約２０％に達してよい。
は、下記の特徴を有するものであろう。 １．その方法が周知の手順に基づくものであり、有用な
面積（１〜１，０００ｃｍ2）にわたるパターン化に適
合する。 ２．その方法により、ｎｍスケールの粒子間の間隔、ま
たはこのような粒子のグループ化が容易に調節できる。 ３．その方法は実験室レベルから製造プロセスへのスケ
ールアップが容易である。 ４．標準偏差で表したｎｍスケール粒子のサイズ分布
が、他のパターン化方法で必要とされる狭いサイズ分布
（たとえば１０％）ではなく、約２０％に達してよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、このような成層構造、およびこれらの特徴を全て
取り込んだ製造方法を提供することである。
的は、このような成層構造、およびこれらの特徴を全て
取り込んだ製造方法を提供することである。
【０００８】本発明の目的は、５０ｎｍを超えない実質
的に均一な直径を有する（結晶性強磁性および半導体粒
子を含むがこれに限定されない）粒子の成層構造を容易
に作成することである。本発明のさらなる目的は、前記
成層構造内の粒子間間隔を１０〜１００ｎｍ（０．０１
〜０．１ミクロン）のサイズ範囲内に調整することであ
る。この２つの目的はどちらも非常に高い面積密度の、
磁気記録媒体、発光アレイ、および並列電気接続の製造
を可能にする。本発明のさらに別の目的は、固体基板上
の前記規則的配列を安定化し、必要なら前記アレイを薄
膜の保護被覆で保護することである。
的に均一な直径を有する（結晶性強磁性および半導体粒
子を含むがこれに限定されない）粒子の成層構造を容易
に作成することである。本発明のさらなる目的は、前記
成層構造内の粒子間間隔を１０〜１００ｎｍ（０．０１
〜０．１ミクロン）のサイズ範囲内に調整することであ
る。この２つの目的はどちらも非常に高い面積密度の、
磁気記録媒体、発光アレイ、および並列電気接続の製造
を可能にする。本発明のさらに別の目的は、固体基板上
の前記規則的配列を安定化し、必要なら前記アレイを薄
膜の保護被覆で保護することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】したがって本発明は、合
成デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）で作成され、標準の合成
法で設計および製造され、適切に設計されたＤＮＡセグ
メントの自己組織化（self-assembly）によって形成さ
れる、格子層の利用を提案する。ＤＮＡ格子の自己組織
化は水溶液中で行うが、任意の選択で気液界面で行って
もよい。組織化した格子を次に基板表面上に移し、そこ
で安定化させる。この格子はｎｍスケールの粒子を１個
または複数保持することができる格子セルまたはサイト
を提供し、これにより粒子は、多くの有用な用途を有す
る規則的な成層構造に組み立てられる。
成デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）で作成され、標準の合成
法で設計および製造され、適切に設計されたＤＮＡセグ
メントの自己組織化（self-assembly）によって形成さ
れる、格子層の利用を提案する。ＤＮＡ格子の自己組織
化は水溶液中で行うが、任意の選択で気液界面で行って
もよい。組織化した格子を次に基板表面上に移し、そこ
で安定化させる。この格子はｎｍスケールの粒子を１個
または複数保持することができる格子セルまたはサイト
を提供し、これにより粒子は、多くの有用な用途を有す
る規則的な成層構造に組み立てられる。
【００１０】またアセンブリの化学親和／ブロック法も
本明細書に開示する。この方法において基板表面および
粒子は共に、基板表面に粒子を引き付け、また粒子と表
面との間に共有化学結合の形成を可能にする選択された
分子で被覆される。ＤＮＡ格子は粒子と表面との間の引
力を「ブロック」する働きをし、格子セルが、ＤＮＡ格
子層中の開放領域でのみ粒子が結合および共有結合する
ための吸引サイトとして残される。
本明細書に開示する。この方法において基板表面および
粒子は共に、基板表面に粒子を引き付け、また粒子と表
面との間に共有化学結合の形成を可能にする選択された
分子で被覆される。ＤＮＡ格子は粒子と表面との間の引
力を「ブロック」する働きをし、格子セルが、ＤＮＡ格
子層中の開放領域でのみ粒子が結合および共有結合する
ための吸引サイトとして残される。
【００１１】好ましい実施形態は、各ビットが約４個の
適切な磁性粒子からなり、２５ｎｍのよく制御されたビ
ット間間隔を有する、組織化された磁気記録または記憶
媒体を提供する。このような磁気記憶媒体は約１０12ビ
ット／平方インチ（１Ｔｂｉｔ（テラビット）／ｉ
ｎ2）の面積情報密度を有することができる。各ビット
は約６２５ｎｍ2を占め、直径８〜１０ｎｍの約４個の
磁性粒子（任意選択で結晶）からなる。粒子はコバル
ト、鉄、マンガン、ニッケルなどの金属を含む強磁性粒
子とすることができる。これらの金属の１つまたは複数
と白金、パラジウム、またはサマリウムとの合金が好ま
しい組成である。あるいは、粒子は強磁性酸化物で作成
され、ＢａＦｅ12Ｏ19およびＳｒＦｅ12Ｏ19がその２つ
の例である。任意選択で、各磁性粒子ビットは貴金属
（銀、金、白金、またはパラジウム）の薄層で被覆して
もよい。このような磁気記憶媒体の製造方法もまた開示
される。
適切な磁性粒子からなり、２５ｎｍのよく制御されたビ
ット間間隔を有する、組織化された磁気記録または記憶
媒体を提供する。このような磁気記憶媒体は約１０12ビ
ット／平方インチ（１Ｔｂｉｔ（テラビット）／ｉ
ｎ2）の面積情報密度を有することができる。各ビット
は約６２５ｎｍ2を占め、直径８〜１０ｎｍの約４個の
磁性粒子（任意選択で結晶）からなる。粒子はコバル
ト、鉄、マンガン、ニッケルなどの金属を含む強磁性粒
子とすることができる。これらの金属の１つまたは複数
と白金、パラジウム、またはサマリウムとの合金が好ま
しい組成である。あるいは、粒子は強磁性酸化物で作成
され、ＢａＦｅ12Ｏ19およびＳｒＦｅ12Ｏ19がその２つ
の例である。任意選択で、各磁性粒子ビットは貴金属
（銀、金、白金、またはパラジウム）の薄層で被覆して
もよい。このような磁気記憶媒体の製造方法もまた開示
される。
【００１２】さらに、ビット当り９個の磁性粒子を有す
る第２の実施形態は、約５×１０11ビット／平方インチ
（０．５Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）の情報密度および約１，４
００ｎｍ2の面積／ビットを提供する。約１６および２
５粒子／ビットの別の実施形態もまた記載されている。
る第２の実施形態は、約５×１０11ビット／平方インチ
（０．５Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）の情報密度および約１，４
００ｎｍ2の面積／ビットを提供する。約１６および２
５粒子／ビットの別の実施形態もまた記載されている。
【００１３】本発明の代替実施形態は、各接続が直径１
０〜５０ｎｍの金属粒子（たとえば金）で作成され、前
記金属粒子接続間の間隔が１０〜５０ｎｍのスケールで
ある、２つの異なる部品間の電気接続のアレイを可能に
する。この金属粒子接続は通常、方形格子パターンに配
列される。
０〜５０ｎｍの金属粒子（たとえば金）で作成され、前
記金属粒子接続間の間隔が１０〜５０ｎｍのスケールで
ある、２つの異なる部品間の電気接続のアレイを可能に
する。この金属粒子接続は通常、方形格子パターンに配
列される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、格子定数がデオキシリ
ボ核酸（ＤＮＡ）の符合する（coincident）格子層によ
り制御されるナノメートル・スケールの粒子の成層構造
（第２の格子）を提供する。この粒子は通常５〜２０ナ
ノメートル（ｎｍ）の範囲の直径（Ｄ）を有する。ＤＮ
Ａ格子（第１格子）は標準の自動合成法を用いて製造さ
れ、特定のヌクレオチド塩基配列を含むように設計され
ており、この配列が自己組織化によりＤＮＡに開口部ま
たは格子サイトの規則的な配列を形成させる。ＤＮＡ第
１格子の自己組織化は気液界面または溶液中で起こる。
ボ核酸（ＤＮＡ）の符合する（coincident）格子層によ
り制御されるナノメートル・スケールの粒子の成層構造
（第２の格子）を提供する。この粒子は通常５〜２０ナ
ノメートル（ｎｍ）の範囲の直径（Ｄ）を有する。ＤＮ
Ａ格子（第１格子）は標準の自動合成法を用いて製造さ
れ、特定のヌクレオチド塩基配列を含むように設計され
ており、この配列が自己組織化によりＤＮＡに開口部ま
たは格子サイトの規則的な配列を形成させる。ＤＮＡ第
１格子の自己組織化は気液界面または溶液中で起こる。
【００１５】好ましい実施形態は、粒子が５〜２０ｎｍ
の範囲の直径を有する強磁性粒子である、磁気記録また
は記憶媒体であり、前記の粒子が、各ビットが４、９、
１６、２５（など）個の粒子からなる方形情報ビットに
編成され、ビットの格子が付着された薄膜硬質被覆によ
って安定化され保護されている。このような磁気記憶媒
体は、平方インチ当たり０．１〜１テラビットの範囲の
面積情報記憶密度を達成することができる。
の範囲の直径を有する強磁性粒子である、磁気記録また
は記憶媒体であり、前記の粒子が、各ビットが４、９、
１６、２５（など）個の粒子からなる方形情報ビットに
編成され、ビットの格子が付着された薄膜硬質被覆によ
って安定化され保護されている。このような磁気記憶媒
体は、平方インチ当たり０．１〜１テラビットの範囲の
面積情報記憶密度を達成することができる。
【００１６】さらに、別の実施形態によれば、本発明を
利用して、基板表面の選択されたパターンまたは領域内
にｎｍスケールの粒子の成層構造を作成し、残りの領域
は前記の粒子がないままで残すことができる。その目的
は、ｎｍスケール粒子の規則的配列の選択的配置により
所望の性質を有する選択されたパターンの基板を作成す
ることができることである。前記粒子の選択的配置を達
成するために、（粒子と基板との間に化学結合の形成を
可能にする）基板上の親和性（affinity）被覆がリソグ
ラフィ法を用いてパターン化される。この被覆は選択さ
れた領域で除去され、残りの領域ではそのまま残され
る。親和性被覆のパターンは幾何形状または任意の形状
の所望の形を有することができる。次いで（図５および
図７に示す）アセンブリの際、このｎｍスケールの粒子
は、除去されなかった親和性被覆を含む選択された領域
においてのみ基板に付着する。このｎｍスケール粒子
は、基板の親和性被覆が除去された領域には付着しな
い。
利用して、基板表面の選択されたパターンまたは領域内
にｎｍスケールの粒子の成層構造を作成し、残りの領域
は前記の粒子がないままで残すことができる。その目的
は、ｎｍスケール粒子の規則的配列の選択的配置により
所望の性質を有する選択されたパターンの基板を作成す
ることができることである。前記粒子の選択的配置を達
成するために、（粒子と基板との間に化学結合の形成を
可能にする）基板上の親和性（affinity）被覆がリソグ
ラフィ法を用いてパターン化される。この被覆は選択さ
れた領域で除去され、残りの領域ではそのまま残され
る。親和性被覆のパターンは幾何形状または任意の形状
の所望の形を有することができる。次いで（図５および
図７に示す）アセンブリの際、このｎｍスケールの粒子
は、除去されなかった親和性被覆を含む選択された領域
においてのみ基板に付着する。このｎｍスケール粒子
は、基板の親和性被覆が除去された領域には付着しな
い。
【００１７】したがって、本発明は、広義には ａ）表面を有する基板と、 ｂ）格子層のセルを形成するように配列されたＤＮＡセ
グメントを含む、前記基板の前記表面上に配置された格
子の形状の格子層と、 ｃ）各セルに配置された少なくとも１つの粒子とを含む
成層構造を提供する。
グメントを含む、前記基板の前記表面上に配置された格
子の形状の格子層と、 ｃ）各セルに配置された少なくとも１つの粒子とを含む
成層構造を提供する。
【００１８】格子層のセル内の粒子は５０ナノメートル
を超えない実質的に均一な直径を有することが好まし
い。本発明の粒径において「実質的に均一」とは粒径の
標準偏差が平均粒径の２０％を超えないことを意味す
る。粒径のこのような許容誤差は格子のセル内への粒子
の配置を容易にするのに望ましい。
を超えない実質的に均一な直径を有することが好まし
い。本発明の粒径において「実質的に均一」とは粒径の
標準偏差が平均粒径の２０％を超えないことを意味す
る。粒径のこのような許容誤差は格子のセル内への粒子
の配置を容易にするのに望ましい。
【００１９】この成層構造はさらに ｄ）各粒子を前記格子のセル内に保つために前記格子層
および前記粒子の上に配置した接着性被覆をさらに含む
ことが好ましい。この接着性被覆はダイアモンド様カー
ボン、アモルファス・カーボン、アモルファス・シリコ
ン、酸化アルミニウム、および酸化ケイ素からなる群か
ら選択された耐摩耗性材料を含むことが好ましい。
および前記粒子の上に配置した接着性被覆をさらに含む
ことが好ましい。この接着性被覆はダイアモンド様カー
ボン、アモルファス・カーボン、アモルファス・シリコ
ン、酸化アルミニウム、および酸化ケイ素からなる群か
ら選択された耐摩耗性材料を含むことが好ましい。
【００２０】特に磁気記憶媒体として用いるためには、
各セルは１００ナノメートルを超えない直径を有し、粒
子は５０ナノメートル、好ましくは２０ナノメートルを
超えない実質的に均一な直径を有する。
各セルは１００ナノメートルを超えない直径を有し、粒
子は５０ナノメートル、好ましくは２０ナノメートルを
超えない実質的に均一な直径を有する。
【００２１】次にこれらの粒子は、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の
金属間化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合
金、Ｆｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含む
Ｆｅ酸化物、バリウム・フェライト、およびストロンチ
ウム・フェライトからなる群から選択された磁性材料を
含むことができる。さらに、各セルは前記粒子を複数個
含んでもよく、この複数は整数の二乗である。
ｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の
金属間化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合
金、Ｆｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含む
Ｆｅ酸化物、バリウム・フェライト、およびストロンチ
ウム・フェライトからなる群から選択された磁性材料を
含むことができる。さらに、各セルは前記粒子を複数個
含んでもよく、この複数は整数の二乗である。
【００２２】別の実施形態によれば、各粒子は選択され
た導電度を有する材料を含み、その粒子は５０ｎｍを超
えない実質的に均一な直径を有することができる。たと
えば、この材料は、成層構造を異なる基板上の類似の層
を接触させる電気接点層として用いるために高い導電度
を有することができる。あるいは、この材料は成層構造
を相状（phased）アレイ・エミッタとして用いるために
電磁放射を放出することができる半導体材料とすること
もできる。別の実施形態によれば、この材料は光または
他の放射線の検出器に用いるために電磁放射を感知する
ことができる半導体材料とすることもできる。
た導電度を有する材料を含み、その粒子は５０ｎｍを超
えない実質的に均一な直径を有することができる。たと
えば、この材料は、成層構造を異なる基板上の類似の層
を接触させる電気接点層として用いるために高い導電度
を有することができる。あるいは、この材料は成層構造
を相状（phased）アレイ・エミッタとして用いるために
電磁放射を放出することができる半導体材料とすること
もできる。別の実施形態によれば、この材料は光または
他の放射線の検出器に用いるために電磁放射を感知する
ことができる半導体材料とすることもできる。
【００２３】さらに、パターン化成層構造を形成するた
めに、基板表面の少なくとも一部分の上に選択されたパ
ターンで親和性層が配置され、この親和性層は表面上に
前記選択されたパターンで粒子を優先的に吸引し保持す
るのに適合する親和性材料から構成される。このような
親和性材料は、その一端にトリアルコキシシランおよび
トリクロロシランから選択された基を有し、他端にカル
ボン酸およびチオールから選択された基を有する二官能
性分子を含むことが好ましい。
めに、基板表面の少なくとも一部分の上に選択されたパ
ターンで親和性層が配置され、この親和性層は表面上に
前記選択されたパターンで粒子を優先的に吸引し保持す
るのに適合する親和性材料から構成される。このような
親和性材料は、その一端にトリアルコキシシランおよび
トリクロロシランから選択された基を有し、他端にカル
ボン酸およびチオールから選択された基を有する二官能
性分子を含むことが好ましい。
【００２４】一般にこの親和性層は、基板およびナノ粒
子の表面に結合し、それによって粒子を基板表面に拘束
するように選択される２つの活性化学基を有する分子の
層によって形成される。親和性分子は、一般にＸ−Ｒ−
Ｙの式で表すことができ、式中ＸおよびＹは活性端基で
あり、Ｒは好ましくは３〜２２個の炭素原子を含むハイ
ドロカーボンまたはフルオロカーボン鎖である。官能基
ＸおよびＹは スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 から選択される。
子の表面に結合し、それによって粒子を基板表面に拘束
するように選択される２つの活性化学基を有する分子の
層によって形成される。親和性分子は、一般にＸ−Ｒ−
Ｙの式で表すことができ、式中ＸおよびＹは活性端基で
あり、Ｒは好ましくは３〜２２個の炭素原子を含むハイ
ドロカーボンまたはフルオロカーボン鎖である。官能基
ＸおよびＹは スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 から選択される。
【００２５】所与の親和性分子中、化学官能基Ｘおよび
Ｙは同じでもよいが、基板表面とナノ粒子の表面が一般
に異なる材料から構成されるため、一般には同じではな
い。
Ｙは同じでもよいが、基板表面とナノ粒子の表面が一般
に異なる材料から構成されるため、一般には同じではな
い。
【００２６】親和性層の一例は、（ＣＨ3Ｏ）3Ｓｉ−Ｃ
Ｈ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳＨで表され、貴金属で被覆され
るナノクリスタルを酸化ケイ素表面に選択的に結合する
トリスメトキシシリルプロパンチオールである。
Ｈ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳＨで表され、貴金属で被覆され
るナノクリスタルを酸化ケイ素表面に選択的に結合する
トリスメトキシシリルプロパンチオールである。
【００２７】本発明はさらに ａ）前記基板を親和性被覆で被覆するステップと、 ｂ）それぞれアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシ
ン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ）の塩基分子から形成され
る４個のＤＮＡセグメントからなる選択された群の溶液
（たとえば水溶液またはＣｓＣｌ溶液）を調製するステ
ップと、 ｃ）前記基板の表面を前記溶液と接触させることによ
り、前記溶液の層を前記表面に塗布するステップと、 ｄ）前記層を乾燥して、ＤＮＡセグメントによって形成
されるセルの格子層を前記表面上に残すステップと、 ｅ）５０ナノメートルを超えない実質的に均一な直径を
有し有機安定剤材料で被覆された無機粒子の分散液を調
製するステップと、 ｆ）前記分散液を前記基板の前記表面に塗布して、前記
有機安定剤材料で被覆された少なくとも１つの前記無機
粒子を前記格子層の各セル内で前記表面に付着させ、前
記有機安定剤材料により前記表面上に間隔を置いて配置
されるステップとを含む、基板表面上に成層構造を形成
する方法を提供する。
ン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ）の塩基分子から形成され
る４個のＤＮＡセグメントからなる選択された群の溶液
（たとえば水溶液またはＣｓＣｌ溶液）を調製するステ
ップと、 ｃ）前記基板の表面を前記溶液と接触させることによ
り、前記溶液の層を前記表面に塗布するステップと、 ｄ）前記層を乾燥して、ＤＮＡセグメントによって形成
されるセルの格子層を前記表面上に残すステップと、 ｅ）５０ナノメートルを超えない実質的に均一な直径を
有し有機安定剤材料で被覆された無機粒子の分散液を調
製するステップと、 ｆ）前記分散液を前記基板の前記表面に塗布して、前記
有機安定剤材料で被覆された少なくとも１つの前記無機
粒子を前記格子層の各セル内で前記表面に付着させ、前
記有機安定剤材料により前記表面上に間隔を置いて配置
されるステップとを含む、基板表面上に成層構造を形成
する方法を提供する。
【００２８】さらに、次いで前記の有機安定剤材料を除
去し、前記粒子の上に接着性被覆を付着させて、これら
を前記の実質的に均一な間隔で配置された位置関係に保
つことが好ましい。このような有機安定剤材料の除去は
加熱、ドライ・エッチング、および真空の少なくとも１
つを用いる蒸発（evaporation）によって行うことがで
きる。
去し、前記粒子の上に接着性被覆を付着させて、これら
を前記の実質的に均一な間隔で配置された位置関係に保
つことが好ましい。このような有機安定剤材料の除去は
加熱、ドライ・エッチング、および真空の少なくとも１
つを用いる蒸発（evaporation）によって行うことがで
きる。
【００２９】一般にナノ粒子に用いることができる有機
安定剤は式Ｒ−Ｘで表すことができる長鎖有機化合物で
あり、式中 （１）「尾端基」Ｒは直鎖または分岐ハイドロカーボン
またはフルオロカーボン鎖である。Ｒは通常８〜２２個
の炭素原子を有する。 （２）「頭端基」Ｘはナノ粒子表面に特異的な化学的固
定を提供する部分（Ｘ）である。活性基はスルホン酸
（−ＳＯ2ＯＨ）、スルフィン酸（−ＳＯＯＨ）、ホス
フィン酸（−ＰＯＯＨ）、ホスホン酸（−ＯＰＯ（Ｏ
Ｈ）2）、カルボン酸、およびチオールとすることがで
きる。したがって、安定剤は スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ である。有機安定剤材料の具体的な１例はオレイン酸で
ある。
安定剤は式Ｒ−Ｘで表すことができる長鎖有機化合物で
あり、式中 （１）「尾端基」Ｒは直鎖または分岐ハイドロカーボン
またはフルオロカーボン鎖である。Ｒは通常８〜２２個
の炭素原子を有する。 （２）「頭端基」Ｘはナノ粒子表面に特異的な化学的固
定を提供する部分（Ｘ）である。活性基はスルホン酸
（−ＳＯ2ＯＨ）、スルフィン酸（−ＳＯＯＨ）、ホス
フィン酸（−ＰＯＯＨ）、ホスホン酸（−ＯＰＯ（Ｏ
Ｈ）2）、カルボン酸、およびチオールとすることがで
きる。したがって、安定剤は スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ である。有機安定剤材料の具体的な１例はオレイン酸で
ある。
【００３０】図１は本発明を用いる主な動機を示し、面
積情報密度をビット・サイズに対してプロットしたグラ
フである。情報記録の密度はビットのサイズに依存す
る。密度はＧｂｉｔ／ｉｎ2で表され、１Ｇｂｉｔ＝１
０9ｂｉｔである。ビット・サイズ（ビットの直径）は
ｎｍで表され、１ｎｍ＝１０-7ｃｍである。
積情報密度をビット・サイズに対してプロットしたグラ
フである。情報記録の密度はビットのサイズに依存す
る。密度はＧｂｉｔ／ｉｎ2で表され、１Ｇｂｉｔ＝１
０9ｂｉｔである。ビット・サイズ（ビットの直径）は
ｎｍで表され、１ｎｍ＝１０-7ｃｍである。
【００３１】図２および図３は合成ＤＮＡセグメントの
設計に関するＮ．Ｃ．シーマン（Seeman）によりAccoun
ts of Chemical Research, vol. 30 (1997), no. 9, pa
ge 357に記述された従来技術の方法を示す。
設計に関するＮ．Ｃ．シーマン（Seeman）によりAccoun
ts of Chemical Research, vol. 30 (1997), no. 9, pa
ge 357に記述された従来技術の方法を示す。
【００３２】図２は４種の異なる合成ＤＮＡセグメント
２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄからなるプールからの合
成ＤＮＡ格子構造エレメント２ｅの自己組織化（self-a
ssembly）を示す。プール内の各ＤＮＡセグメントは設
計され、合成され、溶液中に混合される。設計された各
ＤＮＡセグメント（２ｂなど）は、図２の幾何形状（２
ｂＳなど）で表される「付着末端」（特異的ヌクレオチ
ド塩基配列）を有しなければならない。ＤＮＡ合成にお
いては、周知のように塩基ＣはＧとのみ結合し、塩基Ａ
はＴとのみ結合する。設計された各セグメントは、プー
ル内の他の設計されたＤＮＡセグメントの１つとのみ選
択的に結合する選択されたヌクレオチド塩基配列を有し
なければならない。図２において、この方法を説明する
ために、この選択された塩基配列はＡ（アデニン）、Ｇ
（グアニン）、Ｃ（シトシン）、およびＴ（チミン）か
ら選択された塩基のトリプレットで表される。本発明の
構造を作成する際、この選択されたセグメントは４個以
上の塩基を含まなければならない。さらに、各ＤＮＡセ
グメントはモノマー・アーム長（Ｍ）で示される長さを
有するが、これは単に選択された長さ（たとえば３）を
有する（ＧＴＴなどの）ヌクレオチド塩基配列である。
Ｍは整数回のＤＮＡらせん半回転からなることが好まし
い。これらのセグメントは標準的なＤＮＡ合成法で合成
される。
２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄからなるプールからの合
成ＤＮＡ格子構造エレメント２ｅの自己組織化（self-a
ssembly）を示す。プール内の各ＤＮＡセグメントは設
計され、合成され、溶液中に混合される。設計された各
ＤＮＡセグメント（２ｂなど）は、図２の幾何形状（２
ｂＳなど）で表される「付着末端」（特異的ヌクレオチ
ド塩基配列）を有しなければならない。ＤＮＡ合成にお
いては、周知のように塩基ＣはＧとのみ結合し、塩基Ａ
はＴとのみ結合する。設計された各セグメントは、プー
ル内の他の設計されたＤＮＡセグメントの１つとのみ選
択的に結合する選択されたヌクレオチド塩基配列を有し
なければならない。図２において、この方法を説明する
ために、この選択された塩基配列はＡ（アデニン）、Ｇ
（グアニン）、Ｃ（シトシン）、およびＴ（チミン）か
ら選択された塩基のトリプレットで表される。本発明の
構造を作成する際、この選択されたセグメントは４個以
上の塩基を含まなければならない。さらに、各ＤＮＡセ
グメントはモノマー・アーム長（Ｍ）で示される長さを
有するが、これは単に選択された長さ（たとえば３）を
有する（ＧＴＴなどの）ヌクレオチド塩基配列である。
Ｍは整数回のＤＮＡらせん半回転からなることが好まし
い。これらのセグメントは標準的なＤＮＡ合成法で合成
される。
【００３３】図３は設計されたＤＮＡセグメント２ａ、
２ｂ、２ｃ、および２ｄからのＤＮＡ格子２の自己組織
化を示す。付着末端は相補的な付着末端とのみ結合す
る。選択された塩基配列（図２および図３のトリプレッ
ト）は相補的な塩基配列とのみ結合する。ＤＮＡは自己
組織化してＤＮＡ二重らせんストランドおよび開口部、
すなわち格子セル８からなる規則的な正方形平面格子を
形成する。規則的なＤＮＡ格子は溶液中または気液界面
で自己組織化により形成される。ＤＮＡ格子には三角対
称など別の対称も可能である。次に格子配列を、固体支
持体（「基板」）上に格子層として転写（transfer）す
る。
２ｂ、２ｃ、および２ｄからのＤＮＡ格子２の自己組織
化を示す。付着末端は相補的な付着末端とのみ結合す
る。選択された塩基配列（図２および図３のトリプレッ
ト）は相補的な塩基配列とのみ結合する。ＤＮＡは自己
組織化してＤＮＡ二重らせんストランドおよび開口部、
すなわち格子セル８からなる規則的な正方形平面格子を
形成する。規則的なＤＮＡ格子は溶液中または気液界面
で自己組織化により形成される。ＤＮＡ格子には三角対
称など別の対称も可能である。次に格子配列を、固体支
持体（「基板」）上に格子層として転写（transfer）す
る。
【００３４】ＤＮＡ格子を水溶液から基板に転写する１
つの便利な方法は、特殊化した分子の自己組織化した単
分子層を基板の表面に転写するのに一般に用いられる
「ラングミュア・ブロジェット法」である。分子は各分
子の末端が（水を嫌う）疎水性基と（水を好む）親水性
基という２つの異なる末端を有するので、特殊化されて
いる。したがって分子は水（液相）上に浮かぶ規則的な
単分子層を形成する。「ラングミュア・ブロジェット
法」は単分子層／水の界面を通して基板を垂直に引き上
げて前記の単分子層を基板上に転写することからなり、
また方法は温度、表面圧力、および基板の引き上げ速度
を含む変数を制御および調節することを含む。「ラング
ミュア・ブロジェット法」の詳細はＭ．Ｃ．ペティ（Pe
tty）により「Langmuir-Blodgett Films, an Introduct
ion」（copyright 1996 by Cambridge Univ. Press, N
Y. ISBN #0 521 41396 6 or #0 521 42450X）の第３章
および第４章に詳しく記述されている。本発明の転写法
は水溶液上に自己組織化したＤＮＡ格子を浮かばせ、次
いで基板表面へのラングミュア・ブロジェット転写を行
うことからなる。
つの便利な方法は、特殊化した分子の自己組織化した単
分子層を基板の表面に転写するのに一般に用いられる
「ラングミュア・ブロジェット法」である。分子は各分
子の末端が（水を嫌う）疎水性基と（水を好む）親水性
基という２つの異なる末端を有するので、特殊化されて
いる。したがって分子は水（液相）上に浮かぶ規則的な
単分子層を形成する。「ラングミュア・ブロジェット
法」は単分子層／水の界面を通して基板を垂直に引き上
げて前記の単分子層を基板上に転写することからなり、
また方法は温度、表面圧力、および基板の引き上げ速度
を含む変数を制御および調節することを含む。「ラング
ミュア・ブロジェット法」の詳細はＭ．Ｃ．ペティ（Pe
tty）により「Langmuir-Blodgett Films, an Introduct
ion」（copyright 1996 by Cambridge Univ. Press, N
Y. ISBN #0 521 41396 6 or #0 521 42450X）の第３章
および第４章に詳しく記述されている。本発明の転写法
は水溶液上に自己組織化したＤＮＡ格子を浮かばせ、次
いで基板表面へのラングミュア・ブロジェット転写を行
うことからなる。
【００３５】図４は基板１の表面に転写した後のＤＮＡ
格子層２および粒子３を示し、各粒子は同時係属米国特
許出願０９／１２７４５３号（ＩＢＭ整理番号ＹＯ９−
９８−２９３）に開示される有機安定剤材料（オレイン
酸など）の層４を有することが好ましい。格子定数ａは
２Ｍに等しく、Ｍはモノマー・アーム長である。図４は
ＤＮＡ格子開口部のサイズがｎｍスケール粒子の直径Ｄ
より少し大きい簡単な例を示す。この例は、各接続が直
径１０〜５００ｎｍの金属粒子で作成され、前記金属粒
子接続間の間隔が１０〜５００ｎｍスケールである、２
部品間の電気接続の配列である、別の実施形態の製造に
有用である。図示した図４の実施形態では保護膜は使用
しない。
格子層２および粒子３を示し、各粒子は同時係属米国特
許出願０９／１２７４５３号（ＩＢＭ整理番号ＹＯ９−
９８−２９３）に開示される有機安定剤材料（オレイン
酸など）の層４を有することが好ましい。格子定数ａは
２Ｍに等しく、Ｍはモノマー・アーム長である。図４は
ＤＮＡ格子開口部のサイズがｎｍスケール粒子の直径Ｄ
より少し大きい簡単な例を示す。この例は、各接続が直
径１０〜５００ｎｍの金属粒子で作成され、前記金属粒
子接続間の間隔が１０〜５００ｎｍスケールである、２
部品間の電気接続の配列である、別の実施形態の製造に
有用である。図示した図４の実施形態では保護膜は使用
しない。
【００３６】図５はＤＮＡ格子層２および磁性材料の粒
子３の上への保護耐摩耗性被覆５の付加を示す。被覆５
は得られた（基板１、ＤＮＡ格子２、および粒子３を含
む）成層構造を、読取り／書込みヘッドなどによる摩耗
の可能性のある磁気記録または記憶媒体として用いるた
めに必要である。もちろん、粒子は、元素Ｃｏ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素
の金属間化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元
合金、Ｆｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含
むＦｅ酸化物、バリウム・フェライト、ストロンチウム
・フェライトからなる群から選択された材料などの好適
な磁性材料を含むことができる。
子３の上への保護耐摩耗性被覆５の付加を示す。被覆５
は得られた（基板１、ＤＮＡ格子２、および粒子３を含
む）成層構造を、読取り／書込みヘッドなどによる摩耗
の可能性のある磁気記録または記憶媒体として用いるた
めに必要である。もちろん、粒子は、元素Ｃｏ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素
の金属間化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元
合金、Ｆｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含
むＦｅ酸化物、バリウム・フェライト、ストロンチウム
・フェライトからなる群から選択された材料などの好適
な磁性材料を含むことができる。
【００３７】図６は本発明の成層構造を作成するための
化学親和性／ブロック法を示す。他のステップの前に基
板１の表面を好適な親和性被覆６で被覆し、粒子３と基
板１の表面との間に化学結合を作成する。基板１上の親
和性被覆６はたとえば２つの異なる末端を有する２官能
性分子を含み、１つの末端はトリアルコキシシラン基
（トリメトキシおよびトリエトキシシランが好ましい）
であって、これがＳｉＯ 2または金属酸化物表面と共有
結合する。ガラス基板またはＳｉＯ2で被覆したＳｉウ
エハが用いられる。他の末端にはカルボン酸またはチオ
ール基がある。これらの基はそれぞれ金属磁性粒子と強
いカルボキシレートまたはチオレート結合を形成する。
２つの末端の間はハイドロカーボン鎖である。
化学親和性／ブロック法を示す。他のステップの前に基
板１の表面を好適な親和性被覆６で被覆し、粒子３と基
板１の表面との間に化学結合を作成する。基板１上の親
和性被覆６はたとえば２つの異なる末端を有する２官能
性分子を含み、１つの末端はトリアルコキシシラン基
（トリメトキシおよびトリエトキシシランが好ましい）
であって、これがＳｉＯ 2または金属酸化物表面と共有
結合する。ガラス基板またはＳｉＯ2で被覆したＳｉウ
エハが用いられる。他の末端にはカルボン酸またはチオ
ール基がある。これらの基はそれぞれ金属磁性粒子と強
いカルボキシレートまたはチオレート結合を形成する。
２つの末端の間はハイドロカーボン鎖である。
【００３８】一般にこの親和性層は、基板およびナノ粒
子の表面に結合し、それによって粒子を基板表面に拘束
するように選択される２つの活性化学基を有する分子の
層によって形成される。親和性分子は、一般にＸ−Ｒ−
Ｙの式で表すことができ、式中ＸおよびＹは活性頭端基
であり、Ｒは好ましくは３〜２２個の炭素原子を含むハ
イドロカーボンまたはフルオロカーボン鎖である。
子の表面に結合し、それによって粒子を基板表面に拘束
するように選択される２つの活性化学基を有する分子の
層によって形成される。親和性分子は、一般にＸ−Ｒ−
Ｙの式で表すことができ、式中ＸおよびＹは活性頭端基
であり、Ｒは好ましくは３〜２２個の炭素原子を含むハ
イドロカーボンまたはフルオロカーボン鎖である。
【００３９】官能基ＸおよびＹは、 スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 から選択される。
【００４０】所与の親和性分子中、化学官能基Ｘおよび
Ｙは同じでもよいが、基板表面とナノ粒子の表面が一般
に異なる材料から構成されるため、一般には同じではな
い。
Ｙは同じでもよいが、基板表面とナノ粒子の表面が一般
に異なる材料から構成されるため、一般には同じではな
い。
【００４１】親和性層の一例は、（ＣＨ3Ｏ）3Ｓｉ−Ｃ
Ｈ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳＨで表され、貴金属で被覆され
るナノクリスタルを酸化ケイ素表面に選択的に結合する
トリスメトキシシリルプロパンチオールである。
Ｈ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳＨで表され、貴金属で被覆され
るナノクリスタルを酸化ケイ素表面に選択的に結合する
トリスメトキシシリルプロパンチオールである。
【００４２】ＤＮＡ格子２は共有結合７の形成を「ブロ
ック」し、方形格子２中の開口部に開いたポケットまた
はセルを残す。共有化学結合は開いたエリア中の表面に
粒子を結合する。
ック」し、方形格子２中の開口部に開いたポケットまた
はセルを残す。共有化学結合は開いたエリア中の表面に
粒子を結合する。
【００４３】基板表面の選択された領域内にｎｍスケー
ルの粒子の成層構造を作成し、残りの領域を前記の粒子
がないままに残すことが望ましいことがある。その目的
は、基板の選択された領域が規則的配列のｎｍスケール
の粒子の選択的配置により希望する性質を持つように作
成することができることにある。前記粒子の選択的配置
を達成するために、基板上の（粒子３および基板１の間
に化学結合の形成を可能にする）親和性被覆６を既知の
リソグラフィ法を用いてパターン化する。被覆６は選択
された領域で除去され、残りの領域ではそのまま残され
る。この親和性被覆６のパターンは幾何形状または任意
の形状など、どのような形状を採ってもよい。次に、
（図６および図８に示すように）アセンブリ中に、親和
性被覆６を塗布したｎｍスケールの粒子３は、そのまま
の親和性被覆６を残す基板１の選択された領域内でのみ
基板に付着する。このｎｍスケールの粒子３は親和性被
覆６が除去された基板１の領域内には付着しない。
ルの粒子の成層構造を作成し、残りの領域を前記の粒子
がないままに残すことが望ましいことがある。その目的
は、基板の選択された領域が規則的配列のｎｍスケール
の粒子の選択的配置により希望する性質を持つように作
成することができることにある。前記粒子の選択的配置
を達成するために、基板上の（粒子３および基板１の間
に化学結合の形成を可能にする）親和性被覆６を既知の
リソグラフィ法を用いてパターン化する。被覆６は選択
された領域で除去され、残りの領域ではそのまま残され
る。この親和性被覆６のパターンは幾何形状または任意
の形状など、どのような形状を採ってもよい。次に、
（図６および図８に示すように）アセンブリ中に、親和
性被覆６を塗布したｎｍスケールの粒子３は、そのまま
の親和性被覆６を残す基板１の選択された領域内でのみ
基板に付着する。このｎｍスケールの粒子３は親和性被
覆６が除去された基板１の領域内には付着しない。
【００４４】図７は図４ないし図６に示す構造および方
法を第１の格子の各格子サイト内にＮ2個の粒子を有す
る磁気記憶媒体を作成するのに応用することができるこ
とを示し、ここでＮ＝２、３、４、５などである。図７
は各情報ビットのセル面積が約６００〜７００ｎｍ2、
各ビットが約４個の磁性粒子からなり、情報面積密度が
約０．８〜０．９×１０12ビット／ｉｎ2（０．８〜
０．９Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）である磁気記録媒体の平面図
である。格子層２の格子定数はビット間の間隔Ｂでもあ
り、約２５〜２７ｎｍである。各磁性粒子の直径Ｄは図
７では８ｎｍであるが、他の実施形態では８〜２０ｎｍ
の範囲にあることが好ましい。水平および垂直の線はＤ
ＮＡ格子２を示すことを理解されたい。
法を第１の格子の各格子サイト内にＮ2個の粒子を有す
る磁気記憶媒体を作成するのに応用することができるこ
とを示し、ここでＮ＝２、３、４、５などである。図７
は各情報ビットのセル面積が約６００〜７００ｎｍ2、
各ビットが約４個の磁性粒子からなり、情報面積密度が
約０．８〜０．９×１０12ビット／ｉｎ2（０．８〜
０．９Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）である磁気記録媒体の平面図
である。格子層２の格子定数はビット間の間隔Ｂでもあ
り、約２５〜２７ｎｍである。各磁性粒子の直径Ｄは図
７では８ｎｍであるが、他の実施形態では８〜２０ｎｍ
の範囲にあることが好ましい。水平および垂直の線はＤ
ＮＡ格子２を示すことを理解されたい。
【００４５】各強磁性粒子はコバルト、鉄、マンガン、
またはニッケルなどの金属で作成される。好ましい組成
は１つまたは複数の前記金属と白金、パラジウム、また
はサマリウムとの合金である。あるいは、ビットは強磁
性酸化物で作成され、ＢａＦｅ12Ｏ19、およびＳｒＦｅ
12Ｏ19がその２つの例である。各強磁性粒子は任意選択
で貴金属（銀、金、白金、またはパラジウム）の薄層で
被覆されていてもよい。各磁性粒子の直径は８〜２０ｎ
ｍの範囲とすることができるが、８〜１２ｎｍが好まし
い。
またはニッケルなどの金属で作成される。好ましい組成
は１つまたは複数の前記金属と白金、パラジウム、また
はサマリウムとの合金である。あるいは、ビットは強磁
性酸化物で作成され、ＢａＦｅ12Ｏ19、およびＳｒＦｅ
12Ｏ19がその２つの例である。各強磁性粒子は任意選択
で貴金属（銀、金、白金、またはパラジウム）の薄層で
被覆されていてもよい。各磁性粒子の直径は８〜２０ｎ
ｍの範囲とすることができるが、８〜１２ｎｍが好まし
い。
【００４６】あるいは、各情報ビットのセル面積が（格
子定数またはビット間隔約３８〜４０ｎｍに対して）約
１，４００〜１，６００ｎｍ2に増大し、各ビットが約
９個の強磁性粒子からなる場合、情報面積密度は約０．
４〜０．５×１０12ビット／ｉｎ2（０．４〜０．５Ｔ
ｂｉｔ／ｉｎ2）となる。
子定数またはビット間隔約３８〜４０ｎｍに対して）約
１，４００〜１，６００ｎｍ2に増大し、各ビットが約
９個の強磁性粒子からなる場合、情報面積密度は約０．
４〜０．５×１０12ビット／ｉｎ2（０．４〜０．５Ｔ
ｂｉｔ／ｉｎ2）となる。
【００４７】図示されていないが、本発明の他の有用な
実施形態はより長い合成ＤＮＡ配列を用いて格子間隔を
より大きくし、各情報ビットに１６または２５（または
さらに大きい数）個の強磁性粒子を配置することによ
り、作成できることが理解されよう。たとえば、各ビッ
ト内の粒子が１６個の場合、各ビットの面積は約２，０
００〜２，５００ｎｍ2、情報面積密度は約０．２７×
１０12ｂｉｔ／ｉｎ2（０．２７Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）であ
る。各ビット内の粒子が２５個の場合、各ビットの面積
は約５，０００〜６，０００ｎｍ2となり、情報面積密
度は約０．１３×１０12ｂｉｔ／ｉｎ2（０．１３Ｔｂ
ｉｔ／ｉｎ2）にさらに減少する。
実施形態はより長い合成ＤＮＡ配列を用いて格子間隔を
より大きくし、各情報ビットに１６または２５（または
さらに大きい数）個の強磁性粒子を配置することによ
り、作成できることが理解されよう。たとえば、各ビッ
ト内の粒子が１６個の場合、各ビットの面積は約２，０
００〜２，５００ｎｍ2、情報面積密度は約０．２７×
１０12ｂｉｔ／ｉｎ2（０．２７Ｔｂｉｔ／ｉｎ2）であ
る。各ビット内の粒子が２５個の場合、各ビットの面積
は約５，０００〜６，０００ｎｍ2となり、情報面積密
度は約０．１３×１０12ｂｉｔ／ｉｎ2（０．１３Ｔｂ
ｉｔ／ｉｎ2）にさらに減少する。
【００４８】上記のビット当たりの粒子数は製造法にお
けるエラーのためビット毎に変動することも理解された
い。許容可能なビット当たりの粒子数の厳密な変動は使
用する磁気記録および感知ヘッドによって決まる。たと
えば、４粒子ビット密度（図７）では、変動は±１〜２
粒子であってよく、９粒子ビット密度では許容変動は±
３〜４粒子でよい。ビット当たり粒子数がより大きい
（１６または２５）ときはさらに大きい変動が許容でき
る。
けるエラーのためビット毎に変動することも理解された
い。許容可能なビット当たりの粒子数の厳密な変動は使
用する磁気記録および感知ヘッドによって決まる。たと
えば、４粒子ビット密度（図７）では、変動は±１〜２
粒子であってよく、９粒子ビット密度では許容変動は±
３〜４粒子でよい。ビット当たり粒子数がより大きい
（１６または２５）ときはさらに大きい変動が許容でき
る。
【００４９】図８ないし図１２は本発明の好ましい実施
形態の磁気記憶媒体の一般的製造法の各ステップを示
す。
形態の磁気記憶媒体の一般的製造法の各ステップを示
す。
【００５０】図８において、ステップ１はＤＮＡ格子２
の水溶液中の自己組織化である。特別に設計された合成
ＤＮＡ配列セグメントを緩衝水溶液中に加える。任意選
択で集合したＤＮＡ格子２を浮かばせるために（密度の
高い）ＣｓＣｌの濃厚溶液を用いてもよい。
の水溶液中の自己組織化である。特別に設計された合成
ＤＮＡ配列セグメントを緩衝水溶液中に加える。任意選
択で集合したＤＮＡ格子２を浮かばせるために（密度の
高い）ＣｓＣｌの濃厚溶液を用いてもよい。
【００５１】ＤＮＡの所望の格子への自己組織化の後、
図９に一般的に示すように固体基板への転写であるステ
ップ２が行われる。ステップ２はたとえばＭ．Ｃ．ペテ
ィ（Petty）の引用文献の第３章および第４章に詳述さ
れているように、ラングミュア・ブロジェット膜法を用
いてこのＤＮＡを含む水溶液から基板を徐々に引き上げ
ることによって行われる。別の方法はＤＮＡを含む水溶
液の薄膜（この薄膜の厚みが均一であれば）で基板を塗
布し、次いでゆっくり乾燥（水溶液を蒸発）させる方法
である。ＤＮＡ溶液の前記の均一な薄膜を形成するため
にスピン・コーティングを用いることができる。図９に
おいて、ＤＮＡ格子は低速乾燥で安定化され、基板１の
固体表面に強固に接着している。
図９に一般的に示すように固体基板への転写であるステ
ップ２が行われる。ステップ２はたとえばＭ．Ｃ．ペテ
ィ（Petty）の引用文献の第３章および第４章に詳述さ
れているように、ラングミュア・ブロジェット膜法を用
いてこのＤＮＡを含む水溶液から基板を徐々に引き上げ
ることによって行われる。別の方法はＤＮＡを含む水溶
液の薄膜（この薄膜の厚みが均一であれば）で基板を塗
布し、次いでゆっくり乾燥（水溶液を蒸発）させる方法
である。ＤＮＡ溶液の前記の均一な薄膜を形成するため
にスピン・コーティングを用いることができる。図９に
おいて、ＤＮＡ格子は低速乾燥で安定化され、基板１の
固体表面に強固に接着している。
【００５２】ステップ３では、図１０に示すように、基
板１を（Ｃｏなどの）強磁性粒子３を含むハイドロカー
ボン溶剤の溶液に浸漬する。粒子はその（オレイン酸な
どの）有機安定剤被覆４のためにこの溶剤に可溶であ
る。一般に、この有機安定剤材料は式Ｒ−Ｘの長鎖有機
化合物を含むことができ、式中Ｒは、１）６〜２２個の
炭素原子を含む直鎖または分岐状のハイドロカーボン
鎖、および２）６〜２２個の炭素原子を含む、直鎖また
は分岐状のフルオロカーボン鎖からなる群から選択さ
れ、Ｘはカルボン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スル
ホン酸、スルフィン酸、およびチオールから選択され
る。有機安定剤材料の具体例はオレイン酸である。
板１を（Ｃｏなどの）強磁性粒子３を含むハイドロカー
ボン溶剤の溶液に浸漬する。粒子はその（オレイン酸な
どの）有機安定剤被覆４のためにこの溶剤に可溶であ
る。一般に、この有機安定剤材料は式Ｒ−Ｘの長鎖有機
化合物を含むことができ、式中Ｒは、１）６〜２２個の
炭素原子を含む直鎖または分岐状のハイドロカーボン
鎖、および２）６〜２２個の炭素原子を含む、直鎖また
は分岐状のフルオロカーボン鎖からなる群から選択さ
れ、Ｘはカルボン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スル
ホン酸、スルフィン酸、およびチオールから選択され
る。有機安定剤材料の具体例はオレイン酸である。
【００５３】ＤＮＡ格子２はハイドロカーボン溶剤に不
溶である。粒子の有機安定剤被覆４と基板表面１との間
の吸引相互作用すなわち親和力が、表面１の開いたまた
は露出した領域内の表面１に粒子を引きつける。前記領
域はＤＮＡ格子２中の方形開口部またはセル８である。
ＤＮＡストランドは粒子が他のエリアに結合するのをブ
ロックする。この「ブロック」エリアは各ビットを囲む
非強磁性の「境界」を提供する。
溶である。粒子の有機安定剤被覆４と基板表面１との間
の吸引相互作用すなわち親和力が、表面１の開いたまた
は露出した領域内の表面１に粒子を引きつける。前記領
域はＤＮＡ格子２中の方形開口部またはセル８である。
ＤＮＡストランドは粒子が他のエリアに結合するのをブ
ロックする。この「ブロック」エリアは各ビットを囲む
非強磁性の「境界」を提供する。
【００５４】図１１のステップ４には、各強磁性粒子３
の有機被覆４と基板１との間の共有結合７の形成を示
す。具体的には好ましくは基板１上に予め塗布しておい
た（図６を参照して上に述べた２つの異なる末端を有す
る２官能性分子の）親和性被覆と粒子３との間に共有結
合７が形成される。このような親和性被覆４の一端でト
リメトキシまたはトリエトキシシラン基がガラスまたは
ＳｉＯ2基板１と共有結合を形成する。他の端はＣｏ粒
子３に対して安定なカルボキシレート結合を形成するカ
ルボン酸基がある。
の有機被覆４と基板１との間の共有結合７の形成を示
す。具体的には好ましくは基板１上に予め塗布しておい
た（図６を参照して上に述べた２つの異なる末端を有す
る２官能性分子の）親和性被覆と粒子３との間に共有結
合７が形成される。このような親和性被覆４の一端でト
リメトキシまたはトリエトキシシラン基がガラスまたは
ＳｉＯ2基板１と共有結合を形成する。他の端はＣｏ粒
子３に対して安定なカルボキシレート結合を形成するカ
ルボン酸基がある。
【００５５】図１２のステップ５において、共有結合し
た粒子３を含む基板１を好適な付着装置（たとえばプラ
ズマ強化化学的気相付着装置、ＰＥ ＣＶＤなど）に入
れ、硬い保護被覆５を付着させる。被覆５は通常アモル
ファス・カーボンである。他の好適な被覆はダイアモン
ド様カーボン、酸化アルミニウム、ＳｉＯ2、窒化ケイ
素、および他の硬い耐擦傷性の保護被覆である。被覆５
の厚みは少なくとも１０ｎｍがよいが、１００〜５００
ｎｍが好ましい。
た粒子３を含む基板１を好適な付着装置（たとえばプラ
ズマ強化化学的気相付着装置、ＰＥ ＣＶＤなど）に入
れ、硬い保護被覆５を付着させる。被覆５は通常アモル
ファス・カーボンである。他の好適な被覆はダイアモン
ド様カーボン、酸化アルミニウム、ＳｉＯ2、窒化ケイ
素、および他の硬い耐擦傷性の保護被覆である。被覆５
の厚みは少なくとも１０ｎｍがよいが、１００〜５００
ｎｍが好ましい。
【００５６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００５７】（１）ａ）表面を有する基板と、 ｂ）格子層のセルを形成するように配置されたＤＮＡセ
グメントを含む、前記基板の前記表面上に配置された格
子の形状の格子層と、 ｃ）各セル内に配置された少なくとも１つの粒子とを含
む成層構造。 （２）前記成層構造がさらに、ｄ）前記各粒子を前記格
子のセル内に保持するために前記格子層および前記粒子
の上に配置した接着性被覆を含む、上記（１）に記載の
成層構造。 （３）各セルが１００ナノメートルを超えない直径を有
し、前記粒子が５０ナノメートルを超えない実質的に均
一な直径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （４）前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間化合
物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆｅ以
外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸化
物、バリウム・フェライト、およびストロンチウム・フ
ェライトからなる群から選択された磁性材料を含む、上
記（１）に記載の成層構造。 （５）各セルが複数の前記粒子を含み、前記の複数が整
数の二乗である、上記（１）に記載の成層構造。 （６）各セルが複数の前記粒子を含み、各粒子が選択さ
れた導電度を有し、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質
的に均一な直径を有する、上記（１）に記載の成層構
造。 （７）前記粒子が、電磁放射を放出できる半導体材料を
含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均一な直
径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （８）前記粒子が、電磁放射を感知できる半導体材料を
含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均一な直
径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （９）前記基板の前記表面の少なくとも一部分の上に選
択されたパターンで配置された親和性層を含み、前記親
和性層が、前記表面上に前記選択されたパターンで前記
粒子を優先的に引きつけ保持するように適合された親和
性材料から構成される、上記（１）に記載の成層構造。 （１０）前記親和性材料が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能性分子
からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイドロカ
ーボンまたはフルオロカーボン鎖から選択され、Ｘおよ
びＹが、 スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2−ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、上記（９）に記載の成層構
造。 （１１）ａ）基板を親和性被覆で被覆するステップと、
ｂ）塩基分子アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシ
ン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ）から各々形成された４つ
のＤＮＡセグメントからなる選択された群の溶液を調製
するステップと、 ｃ）前記基板の表面を前記溶液と接触させることによっ
て、前記溶液の層を前記表面上に塗布するステップと、 ｄ）前記層を乾燥して、ＤＮＡセグメントによって形成
されたセルの格子層を前記表面上に残すステップと、 ｅ）有機安定剤材料で被覆した５０ナノメートルを超え
ない実質的に均一な直径を有する無機粒子の分散液を調
製するステップと、 ｆ）前記基板の前記表面に前記分散液を塗布して、前記
有機安定剤材料で被覆され、前記有機安定剤材料によっ
て前記表面上に間隔を置いて配置された位置に保持され
た前記無機粒子の少なくとも１つを前記格子層の各セル
内で前記表面に付着させるステップとを含む、基板表面
上に成層構造を形成する方法。 （１２）ｇ）前記有機安定剤材料を除去するステップ
と、 ｈ）前記粒子上に接着性被覆を付着させて、前記粒子を
前記実質的に均一な間隔で配置された位置に保持するス
テップとをさらに含む、上記（１１）に記載の方法。 （１３）前記有機安定剤材料を除去するステップ（ｇ）
が加熱、ドライ・エッチング、および真空からなる群か
ら選択された蒸発によって行われる、上記（１２）に記
載の方法。 （１４）前記親和性被覆が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能性分子
からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイドロカ
ーボンおよびフルオロカーボン鎖から選択され、Ｘおよ
びＹが スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、上記（１１）に記載の方
法。 （１５）前記有機安定剤材料が式Ｒ−Ｘの長鎖有機酸を
含み、式中Ｒが、１）６〜２２個の炭素原子を含む直鎖
または分岐ハイドロカーボン鎖、および２）６〜２２個
の炭素原子を含む直鎖または分岐フルオロカーボン鎖か
らなる群から選択され、Ｘがカルボン酸、ホスホン酸、
ホスフィン酸、スルホン酸、スルフィン酸、およびチオ
ールからなる群から選択される、上記（１１）に記載の
方法。 （１６）前記有機安定剤材料がオレイン酸を含む、上記
（１１）に記載の方法。 （１７）前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間化合
物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆｅ以
外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸化
物、バリウム・フェライト、ストロンチウム・フェライ
トからなる群から選択された磁性材料を含み、前記接着
性被覆がダイアモンド様カーボン、アモルファス・カー
ボン、アモルファス・シリコン、酸化アルミニウム、お
よび酸化ケイ素からなる群から選択された耐摩耗性材料
を含む、上記（１２）に記載の方法。 （１８）前記粒子が半導体材料を含む、上記（１１）ま
たは（１２）に記載の方法。
グメントを含む、前記基板の前記表面上に配置された格
子の形状の格子層と、 ｃ）各セル内に配置された少なくとも１つの粒子とを含
む成層構造。 （２）前記成層構造がさらに、ｄ）前記各粒子を前記格
子のセル内に保持するために前記格子層および前記粒子
の上に配置した接着性被覆を含む、上記（１）に記載の
成層構造。 （３）各セルが１００ナノメートルを超えない直径を有
し、前記粒子が５０ナノメートルを超えない実質的に均
一な直径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （４）前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間化合
物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆｅ以
外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸化
物、バリウム・フェライト、およびストロンチウム・フ
ェライトからなる群から選択された磁性材料を含む、上
記（１）に記載の成層構造。 （５）各セルが複数の前記粒子を含み、前記の複数が整
数の二乗である、上記（１）に記載の成層構造。 （６）各セルが複数の前記粒子を含み、各粒子が選択さ
れた導電度を有し、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質
的に均一な直径を有する、上記（１）に記載の成層構
造。 （７）前記粒子が、電磁放射を放出できる半導体材料を
含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均一な直
径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （８）前記粒子が、電磁放射を感知できる半導体材料を
含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均一な直
径を有する上記（１）に記載の成層構造。 （９）前記基板の前記表面の少なくとも一部分の上に選
択されたパターンで配置された親和性層を含み、前記親
和性層が、前記表面上に前記選択されたパターンで前記
粒子を優先的に引きつけ保持するように適合された親和
性材料から構成される、上記（１）に記載の成層構造。 （１０）前記親和性材料が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能性分子
からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイドロカ
ーボンまたはフルオロカーボン鎖から選択され、Ｘおよ
びＹが、 スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2−ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、上記（９）に記載の成層構
造。 （１１）ａ）基板を親和性被覆で被覆するステップと、
ｂ）塩基分子アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシ
ン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ）から各々形成された４つ
のＤＮＡセグメントからなる選択された群の溶液を調製
するステップと、 ｃ）前記基板の表面を前記溶液と接触させることによっ
て、前記溶液の層を前記表面上に塗布するステップと、 ｄ）前記層を乾燥して、ＤＮＡセグメントによって形成
されたセルの格子層を前記表面上に残すステップと、 ｅ）有機安定剤材料で被覆した５０ナノメートルを超え
ない実質的に均一な直径を有する無機粒子の分散液を調
製するステップと、 ｆ）前記基板の前記表面に前記分散液を塗布して、前記
有機安定剤材料で被覆され、前記有機安定剤材料によっ
て前記表面上に間隔を置いて配置された位置に保持され
た前記無機粒子の少なくとも１つを前記格子層の各セル
内で前記表面に付着させるステップとを含む、基板表面
上に成層構造を形成する方法。 （１２）ｇ）前記有機安定剤材料を除去するステップ
と、 ｈ）前記粒子上に接着性被覆を付着させて、前記粒子を
前記実質的に均一な間隔で配置された位置に保持するス
テップとをさらに含む、上記（１１）に記載の方法。 （１３）前記有機安定剤材料を除去するステップ（ｇ）
が加熱、ドライ・エッチング、および真空からなる群か
ら選択された蒸発によって行われる、上記（１２）に記
載の方法。 （１４）前記親和性被覆が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能性分子
からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイドロカ
ーボンおよびフルオロカーボン鎖から選択され、Ｘおよ
びＹが スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、上記（１１）に記載の方
法。 （１５）前記有機安定剤材料が式Ｒ−Ｘの長鎖有機酸を
含み、式中Ｒが、１）６〜２２個の炭素原子を含む直鎖
または分岐ハイドロカーボン鎖、および２）６〜２２個
の炭素原子を含む直鎖または分岐フルオロカーボン鎖か
らなる群から選択され、Ｘがカルボン酸、ホスホン酸、
ホスフィン酸、スルホン酸、スルフィン酸、およびチオ
ールからなる群から選択される、上記（１１）に記載の
方法。 （１６）前記有機安定剤材料がオレイン酸を含む、上記
（１１）に記載の方法。 （１７）前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間化合
物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆｅ以
外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸化
物、バリウム・フェライト、ストロンチウム・フェライ
トからなる群から選択された磁性材料を含み、前記接着
性被覆がダイアモンド様カーボン、アモルファス・カー
ボン、アモルファス・シリコン、酸化アルミニウム、お
よび酸化ケイ素からなる群から選択された耐摩耗性材料
を含む、上記（１２）に記載の方法。 （１８）前記粒子が半導体材料を含む、上記（１１）ま
たは（１２）に記載の方法。
【図１】面積情報記憶密度をビット・サイズに対してプ
ロットしたグラフである。
ロットしたグラフである。
【図２】左側に示す４個の異なるＤＮＡセグメントから
右側に示すＤＮＡ格子構造エレメントへの自己組織化を
示す概略図である。
右側に示すＤＮＡ格子構造エレメントへの自己組織化を
示す概略図である。
【図３】ＤＮＡ格子構造エレメントの格子層への自己組
織化を示す概略図である。
織化を示す概略図である。
【図４】格子層の各セル内に１つの粒子が配置される、
本発明による成層構造の概略斜視図である。
本発明による成層構造の概略斜視図である。
【図５】ＤＮＡ格子層および粒子の上に配置された接着
性被覆をさらに示す、図４の成層構造の断面図である。
性被覆をさらに示す、図４の成層構造の断面図である。
【図６】親和性材料層を使用して基板上の粒子が接着で
きる場所を選択する、本発明による成層構造の断面図で
ある。
きる場所を選択する、本発明による成層構造の断面図で
ある。
【図７】格子層の各セル内に４個の粒子が配置される本
発明の実施形態の平面図である。
発明の実施形態の平面図である。
【図８】本発明の成層構造を形成する方法のステップ１
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図９】本発明の成層構造を形成する方法のステップ２
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図１０】本発明の成層構造を形成する方法のステップ
３を示す概略図である。
３を示す概略図である。
【図１１】本発明の成層構造を形成する方法のステップ
４を示す概略図である。
４を示す概略図である。
【図１２】本発明の成層構造を形成する方法のステップ
５を示す概略図である。
５を示す概略図である。
１ 基板 ２ 格子 ２ａ 合成ＤＮＡセグメント ２ｂ 合成ＤＮＡセグメント ２ｃ 合成ＤＮＡセグメント ２ｄ 合成ＤＮＡセグメント ２ｅ 合成ＤＮＡ格子構造エレメント ２ａＳ 合成ＤＮＡセグメントの幾何形状 ２ｂＳ 合成ＤＮＡセグメントの幾何形状 ２ｃＳ 合成ＤＮＡセグメントの幾何形状 ２ｄＳ 合成ＤＮＡセグメントの幾何形状 ３ 粒子 ４ 有機安定剤層 ５ 保護耐摩耗性被覆 ６ 親和性被覆 ７ 共有結合 ８ セル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチーブン・エム・ゲイツ アメリカ合衆国10562 ニューヨーク州 オシニング イニングウッド・ロード 22 (72)発明者 クリストファー・ビー・マレイ アメリカ合衆国10024 ニューヨーク州 ニューヨーク ウェスト・エイティーナ インス・ストリート 250 アパートメ ント10ビー (72)発明者 スン・ショウヘン アメリカ合衆国10562 ニューヨーク州 オシニング ウォールデン・ロード 38 １／２ アパートメント シー２−７ (56)参考文献 特開 平10−334524（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−15857（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−504925（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B82B 1/00 C01G 49/00 G11B 5/62 G11B 5/84 H01F 1/047
Claims (18)
- 【請求項１】ａ）表面を有する基板と、 ｂ）格子層のセルを形成するように配置されたＤＮＡセ
グメントを含む、前記基板の前記表面上に配置された格
子の形状の格子層と、 ｃ）各セル内に配置された少なくとも１つの粒子とを含
む成層構造。 - 【請求項２】前記成層構造がさらに、ｄ）前記各粒子を
前記格子のセル内に保持するために前記格子層および前
記粒子の上に配置した接着性被覆を含む、請求項１に記
載の成層構造。 - 【請求項３】各セルが１００ナノメートルを超えない直
径を有し、前記粒子が５０ナノメートルを超えない実質
的に均一な直径を有する請求項１に記載の成層構造。 - 【請求項４】前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間
化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆ
ｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸
化物、バリウム・フェライト、およびストロンチウム・
フェライトからなる群から選択された磁性材料を含む、
請求項１に記載の成層構造。 - 【請求項５】各セルが複数の前記粒子を含み、前記の複
数が整数の二乗である、請求項１に記載の成層構造。 - 【請求項６】各セルが複数の前記粒子を含み、各粒子が
選択された導電度を有し、前記粒子が５０ｎｍを超えな
い実質的に均一な直径を有する、請求項１に記載の成層
構造。 - 【請求項７】前記粒子が、電磁放射を放出できる半導体
材料を含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均
一な直径を有する請求項１に記載の成層構造。 - 【請求項８】前記粒子が、電磁放射を感知できる半導体
材料を含み、前記粒子が５０ｎｍを超えない実質的に均
一な直径を有する請求項１に記載の成層構造。 - 【請求項９】前記基板の前記表面の少なくとも一部分の
上に選択されたパターンで配置された親和性層を含み、
前記親和性層が、前記表面上に前記選択されたパターン
で前記粒子を優先的に引きつけ保持するように適合され
た親和性材料から構成される、請求項１に記載の成層構
造。 - 【請求項１０】前記親和性材料が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能
性分子からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイ
ドロカーボンまたはフルオロカーボン鎖から選択され、
ＸおよびＹが、 スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2−ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、請求項９に記載の成層構
造。 - 【請求項１１】ａ）基板を親和性被覆で被覆するステッ
プと、 ｂ）塩基分子アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシ
ン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ）から各々形成された４つ
のＤＮＡセグメントからなる選択された群の溶液を調製
するステップと、 ｃ）前記基板の表面を前記溶液と接触させることによっ
て、前記溶液の層を前記表面上に塗布するステップと、 ｄ）前記層を乾燥して、ＤＮＡセグメントによって形成
されたセルの格子層を前記表面上に残すステップと、 ｅ）有機安定剤材料で被覆した５０ナノメートルを超え
ない実質的に均一な直径を有する無機粒子の分散液を調
製するステップと、 ｆ）前記基板の前記表面に前記分散液を塗布して、前記
有機安定剤材料で被覆され、前記有機安定剤材料によっ
て前記表面上に間隔を置いて配置された位置に保持され
た前記無機粒子の少なくとも１つを前記格子層の各セル
内で前記表面に付着させるステップとを含む、基板表面
上に成層構造を形成する方法。 - 【請求項１２】ｇ）前記有機安定剤材料を除去するステ
ップと、 ｈ）前記粒子上に接着性被覆を付着させて、前記粒子を
前記実質的に均一な間隔で配置された位置に保持するス
テップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記有機安定剤材料を除去するステップ
（ｇ）が加熱、ドライ・エッチング、および真空からな
る群から選択された蒸発によって行われる、請求項１２
に記載の方法。 - 【請求項１４】前記親和性被覆が式Ｘ−Ｒ−Ｙの２官能
性分子からなり、式中Ｒが３〜２２個の炭素原子のハイ
ドロカーボンおよびフルオロカーボン鎖から選択され、
ＸおよびＹが スルホン酸 Ｒ−ＳＯ2ＯＨ スルフィン酸 Ｒ−ＳＯＯＨ ホスフィン酸 Ｒ2ＰＯＯＨ ホスホン酸 Ｒ−ＯＰＯ（ＯＨ）2 カルボン酸 Ｒ−ＣＯＯＨ チオール Ｒ−ＳＨ トリスメトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 トリスエトキシシラン Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ2ＣＨ3）3 および トリクロロシラン Ｒ−ＳｉＣｌ3 からなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】前記有機安定剤材料が式Ｒ−Ｘの長鎖有
機酸を含み、式中Ｒが、１）６〜２２個の炭素原子を含
む直鎖または分岐ハイドロカーボン鎖、および２）６〜
２２個の炭素原子を含む直鎖または分岐フルオロカーボ
ン鎖からなる群から選択され、Ｘがカルボン酸、ホスホ
ン酸、ホスフィン酸、スルホン酸、スルフィン酸、およ
びチオールからなる群から選択される、請求項１１に記
載の方法。 - 【請求項１６】前記有機安定剤材料がオレイン酸を含
む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１７】前記粒子が、元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｇｄ、前記元素の金属間
化合物、前記元素の二元合金、前記元素の三元合金、Ｆ
ｅ以外に前記元素の少なくとも１つをさらに含むＦｅ酸
化物、バリウム・フェライト、ストロンチウム・フェラ
イトからなる群から選択された磁性材料を含み、前記接
着性被覆がダイアモンド様カーボン、アモルファス・カ
ーボン、アモルファス・シリコン、酸化アルミニウム、
および酸化ケイ素からなる群から選択された耐摩耗性材
料を含む、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１８】前記粒子が半導体材料を含む、請求項１
１または１２に記載の方法。
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