JP3360616B2

JP3360616B2 - 結晶成長方法および結晶成長用装置

Info

Publication number: JP3360616B2
Application number: JP22787898A
Authority: JP
Inventors: 明三城
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2002-12-24
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: EP1114886A4; CA2340628A1; JP2000063199A; EP1114886A1; WO2000009785A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学物質の結晶を
成長させるための方法および装置に関し、特に、不純物
が添加された半導体等からなる価電子が制御された領域
を有する固体素子を用いて有機化合物等の結晶を成長さ
せる方法および装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】タンパク質等の生体高分子の結晶化は、
通常の無機塩等の低分子量化合物の場合と同様、高分子
を含む水または非水溶液から溶媒を奪う処理を施すこと
により、過飽和状態にして、結晶を成長させるのが基本
となっている。このための代表的な方法として、バッチ
法、透析法および気液相間拡散法があり、これらは、試
料の種類、量、性質等によって使い分けられている。

【０００３】本発明者は、これらの方法に代わる新たな
方法として、またはこれらの方法と組合せてより効率的
に結晶を成長させるための方法として、価電子が制御さ
れた半導体基板等を用いて結晶化を行なう方法および装
置を開発してきた（国際公開公報ＷＯ９６／２６７８
１、ＷＯ９７／４９８４５およびＷＯ９８／０２６０１
参照）。この方法では、図１（ａ）に示すように、価電
子制御により、所定の電気的状態とされる固体素子１の
表面に、結晶核２が静電的な作用によって固定される。
そして、図１（ｂ）に示すように、タンパク質等の化合
物は、静電的な相互作用により、固体素子表面に凝集
し、結晶核の生成が促進され、結晶の成長がもたらされ
る。したがって、固体素子表面の電気的特性を制御する
ことにより、結晶化の制御が可能となる。たとえば、固
体素子表面に固定される結晶核の種類、量、配列密度等
を価電子制御により調整することでき、それによって結
晶化の制御が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】概して、タンパク質等
の生体高分子は非常に大きな分子量を有し、溶液中での
自己拡散係数が小さいため、結晶核形成に必要な分子同
士の集合または会合が起こりにくい。このことは、タン
パク質等の生体高分子の結晶化が困難である１つの要因
となっている。

【０００５】本発明の１つの目的は、結晶化の制御のた
め価電子が制御された領域を有する固体素子を用いる方
法および装置を改良し、結晶化をより容易にまたはより
速やかに行なうことのできる方法および装置を提供する
ことである。

【０００６】本発明のさらなる目的は、国際出願公報Ｗ
Ｏ９６／２６７８１、ＷＯ９７／４９８４５およびＷＯ
９８／０２６０１に開示される方法および装置を改良
し、結晶化をより容易にまたはより速やかに行なうこと
のできる方法および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明により、溶液中に
含まれる高分子化合物の結晶を成長させる方法が提供さ
れ、この方法は、高分子化合物を含む溶液の環境に応じ
て表面部分の正孔または電子の濃度を制御できるよう価
電子が制御された領域を有する固体素子を与える工程
と、固体素子の価電子が制御された領域上に高分子化合
物を含む溶液を保持する工程と、保持された溶液に１対
の対向する電極によって電界を印加する工程とを備え
る。この方法では、制御された価電子により固体素子の
表面にもたらされる電気的状態の下、電界を印加された
溶液から、高分子化合物の結晶を生成させる。

【０００８】本発明による方法において、価電子が制御
された領域は、不純物が添加された半導体からなること
ができる。

【０００９】本発明により、結晶成長用装置が提供さ
れ、この装置は、高分子化合物を含む溶液の環境に応じ
て表面部分の正孔または電子の濃度を制御できるよう価
電子が制御された領域を有する固体素子と、価電子が制
御された領域の上方の空間を挟むように設けられた１対
の対向する電極と、固体素子と１対の対向する電極との
間に設けられた電気絶縁材料とを備える。

【００１０】この装置において、価電子が制御された領
域、１対の対向する電極および電気絶縁材料によって、
高分子化合物を含む溶液を保持するための空間を形成す
ることができる。

【００１１】この装置において、１対の対向する電極
は、薄膜状の導電材料からなることができる。

【００１２】この装置において、価電子が制御された領
域は、不純物が添加された半導体からなることができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、以下に述べるように、
結晶核の形成を容易にし、結晶核の生成を促進する。

【００１４】結晶成長過程には、結晶種より十分離れた
溶液中より分子が結晶表面へ拡散してくる機構が寄与し
ている。図２（ａ）に示すように、価電子制御された領
域２２ａを有する固体素子２２（たとえば、ドーピング
により価電子制御されたシリコン等の半導体を有する基
板）上に、タンパク質等の結晶化すべき分子２１を含む
溶液を静置した場合、分子２１の拡散運動に依存して、
領域２２ａに分子２１が静電的に固定されていく。領域
２２ａは、特定の領域に分子２１を集合させ、分子の結
晶化に寄与する。しかし、分子２１の分子量が非常に大
きい場合、溶液中でのその拡散係数は小さく、領域２２
ａへの分子２１の移動が十分になされない場合がある。
この場合、領域２２ａにおいて分子２１は集まりにく
く、結晶核の形成に時間がかかる。本発明では、図２
（ｂ）に示すように、結晶成長を行なう環境に１対の電
極２４ａおよび２４ｂを設け、それらの間に電圧を印加
する。印加された電界によって、溶液中の分子２１は、
電気泳動させられる。特に、荷電した分子は電界により
顕著に移動するようになる。このように分子の移動速度
が大きくなれば、遠くに存在している分子も、領域２２
ａに集合し、結晶核の形成に寄与することができる。こ
うして、比較的短い時間で、多くの分子が領域２２ａに
集まり、結晶核の生成が促進される。

【００１５】図３は、結晶化時の自由エネルギ変化を模
式的に示している。グラフにおいて、縦軸は自由エネル
ギを表わし、横軸は結晶核のサイズを表わす。曲線Ａ
は、結晶化において溶液を静置した場合、曲線Ｂは、本
発明に従い結晶化において電界を印加した場合、曲線Ｃ
は、結晶の成長が起こらない場合（非晶質体あるいは単
なる分子凝集体が形成される場合）を示す。曲線Ａから
Ｂへの矢印で示すように、本発明によれば、分子の移動
（マイグレーション）を促進させ、核形成時のエネルギ
障壁を下げることができる。すなわち、核形成のための
活性化エネルギを小さくすることができる。

【００１６】本発明による結晶成長装置は、たとえば図
４に示すような構造を有することができる。結晶成長装
置４０は、固体素子４２、電気絶縁材料４６ａおよび４
６ｂならびに１対の対向電極４４ａおよび４４ｂを含
む。固体素子４２は、価電子が制御された領域（たとえ
ばシリコン等の半導体に形成された不純物領域）４２ａ
を有する。また、固体素子４２には、必要に応じて結晶
化を制御するための溝、孔、アイランド等が形成され
る。固体素子４２上には、電気絶縁材料４６ａおよび４
６ｂを介して１対の対向電極４４ａおよび４４ｂが設け
られる。電気絶縁材料４６ａおよび４６ｂは、電極４４
ａと電極４４ｂが固体素子４２を介して短絡されるのを
防ぐために設けられる。また、電気絶縁材料４６ａおよ
び４６ｂは、電極４４ａおよび４４ｂからの電気的影響
を価電子制御領域４２ａに及ぼさないため設けられる。
また、電気絶縁材料４６ａおよび４６ｂは、電極４４ａ
および４４ｂを、固体素子４２の所定の領域上に支持す
る役割を果たすことができる。電極４４ａおよび４４ｂ
は、結晶化を行なうべき空間を挟むように設けられる。
タンパク質等の結晶化すべき分子を含む溶液４３は、固
体素子４２上において、電極４４ａと４４ｂとの間に収
容することができる。固体素子４２の所定の領域、特に
価電子制御領域４２ａ、電気絶縁材料４６ならびに電極
４４ａおよび４４ｂで囲まれる空間に溶液４３を収容す
ることができる。

【００１７】装置４０の電極４４ａと４４ｂとの間に
は、電圧が印加される。電圧は、特に、結晶成長の初
期、すなわち結晶核の形成時に、印加されるのが好まし
い。直流電圧および交流電圧のいずれも印加することが
できる。直流電圧を印加する場合、所定の周期で電界の
方向を切換えてもよい。十分な結晶核が形成されれば、
電圧の印加を止めることができる。電圧の大きさは、数
１０Ｖ〜数１００Ｖの範囲とすることができる。また電
圧印加の時間は、結晶化条件に応じて、数時間〜数日と
することができる。電界の印加によって、溶液中の結晶
化させるべき分子を電気泳動させることができ、分子の
移動量は増大する。したがって、溶液中における分子同
士の衝突が起こりやすくなり、結晶核の形成が促進され
る。

【００１８】本発明による結晶成長プロセスにおいて、
結晶化の開始から結晶核が形成されるまで溶液に電界を
印加し、結晶核ができた段階で電界の印加を止めること
ができる。電界の印加を止めるタイミングは、たとえば
時間によって管理することができる。すなわち、結晶化
の開始から、所定の時間電圧をＯＮとし、所定の時間が
過ぎれば電圧をＯＦＦとすることができる。そのような
時間は、予めテストサンプルにおいて測定された結晶核
ができる時間とすることができる。そのようなテストに
おいて、結晶化の過程を顕微鏡で観察すれば、結晶核が
できるまでの時間を測定することができる。測定された
時間は、電圧印加の制御に用いることができる。

【００１９】本発明では、結晶化の制御のため価電子が
制御された領域を有する固体素子が用いられる。そのよ
うな固体素子は、ＷＯ９６／２６７８１、ＷＯ９７／４
９８４５およびＷＯ９８／０２６０１に開示される。価
電子が制御された領域は、たとえば、所定の濃度で不純
物が添加された半導体からなる。半導体には、Ｇｅ、Ｓ
ｉ等の単体のもの、Ｇａ−Ａｓ、ＣｄＳ等の化合物のも
のが含まれる。また本発明では、価電子制御が可能なも
のであれば、その他の材料を用いることもでき、たとえ
ば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の強
誘電体、ならびに価電子制御が可能なその他の無機材料
および有機材料を用いることができる。

【００２０】価電子制御された半導体材料は、ｐｎ接合
部を有することができる。また、価電子制御された材料
において空間電荷層を形成し、空間電荷層に基づく表面
電位によって、結晶化を制御することができる。この表
面電位を固体素子の表面の部位によって異ならしめ、そ
れにより、表面の特定の領域で所望の結晶化を行なうこ
とができる。固体素子の表面電位または表面の電気的状
態は、固体素子中にドーピングされる不純物の濃度によ
って制御することができる。また、固体素子の表面部分
において、第１の所定領域から第２の所定領域まで、不
純物の濃度を連続的または段階的に減少または増加させ
ることができる。さらに、固体素子の表面部分におい
て、不純物濃度は、特定の領域において極大もしくは最
大または極小もしくは最小とすることができる。

【００２１】本発明において、固体素子は、複数の溝ま
たは孔を有してもよい。複数の溝または孔の深さおよび
／または開口部の幅は、異なるものとすることができ
る。この固体素子において、溝または孔の内と外とにお
いて異なる態様で価電子を制御することができる。たと
えば、半導体基板を用いた固体素子において、添加され
た不純物の種類および／または濃度を、半導体基板に形
成された溝または孔の内と外とで異ならしめることがで
きる。また、固体素子上には、形成された複数の溝また
は孔を取囲むように撥水層を設けることができる。

【００２２】本発明において、固体素子は、２つの対向
する主要面を有し、さらにこの２つの主要面の一方の面
側に形成された深さおよび／または開口部の幅が異なる
２つ以上の溝または孔と、この２つの主要面の他方の面
側から上記溝または孔に高分子化合物を含む溶液を供給
するための貫通孔とを有することができる。この固体素
子において、溝または孔の外よりも内で高分子化合物の
結晶化が促進されるよう価電子が制御される。このよう
な固体素子のため、不純物添加された半導体基板を用い
ることができる。半導体基板には、複数のサイズの異な
る溝または孔が形成されており、不純物の種類および／
または濃度は、溝または孔の内と外とで異なっている。

【００２３】また、深さおよび／または開口部の幅が異
なる２つ以上の溝または孔を有する複数の固体素子と、
複数の固体素子を向かい合わせにし、所定の隙間をあけ
て保持するための手段とを備える、結晶成長用装置を本
発明に用いてもよい。この装置では、向かい合わせにさ
れた固体素子の間に、結晶化すべき分子を含む溶液が保
持される。

【００２４】本発明において、結晶成長のために必要な
溶液を保持するための複数の溶液貯留部と、複数の溶液
貯留部の間に設けられた流路とを有する装置を用いるこ
とができる。このような溶液貯留部および流路は、価電
子が制御された領域を有する基板上に設けることができ
る。複数の溶液貯留部の少なくとも１つにおいて、価電
子が制御された領域が設けられており、この領域におい
て結晶化を行なうことができる。たとえば、結晶成長用
装置は、２種類以上の溶液をそれぞれ保持するための複
数の第１溶液貯留部と、結晶を成長させるため高分子化
合物を含む溶液を滞留させる複数の第２溶液貯留部と、
複数の第１溶液貯留部と複数の第２溶液貯留部とを連結
し、溶液の流通を可能にする複数の流路とを有すること
ができる。少なくとも第２溶液貯留部において、結晶化
の制御のため、価電子が制御されている。特に、第２溶
液貯留部の特定の領域で結晶核の形成および結晶の成長
が促進され、かつその他の領域で結晶核の形成が抑制さ
れるよう、価電子が制御されていることが好ましい。こ
のような場合、第２溶液貯留部の特定の領域において選
択的に結晶を成長させることができる。価電子が制御さ
れた領域は、たとえば不純物が添加された半導体からな
る。また、第２溶液貯留部には、溝または孔を形成して
もよい。

【００２５】他の態様において、本発明に用いる結晶成
長用装置は、２種類以上の溶液をそれぞれ保持するため
の複数の第１溶液貯留部と、複数の第１溶液貯留部から
それぞれ溶液を排出させて１方向に流すための複数の第
１流路と、複数の第１流路によりそれぞれ送られる２種
類以上の溶液を同時に受入れる第２溶液貯留部と、第２
溶液貯留部から溶液を排出させて１方向に流すための第
２流路と、第２流路により送られる溶液を受入れる第３
溶液貯留部とを備えることができる。少なくとも第２溶
液貯留部において、結晶化のため価電子が制御されてい
る。第１流路および／または第２流路は、基板上に形成
された溝とすることができる。これらの溶液貯留部も、
基板上に形成することができる。溝は、溶液を１方向に
流すために階段形状であるかまたは勾配を有するものと
することができる。第１流路および第２流路は、基板上
に形成された幅および深さの異なる複数の溝から構成す
ることもできる。溝の幅は、上流から下流にいくに従っ
て広げることができ、溝の深さは上流から下流にいくに
従って深くなっていることが好ましい。この装置におい
て、価電子が制御された領域は、不純物が添加された半
導体からなることができる。この装置においても、第２
溶液貯留部の特定の領域で結晶核の形成および結晶の成
長が促進され、その他の領域で結晶核の形成が抑制され
るよう、価電子を制御することができる。

【００２６】他の態様において、本発明に用いる結晶成
長用装置は、対応する１対の主表面を有し、かつ価電子
が制御された領域を有する基板を備え、そこにおいてこ
の基板は、１対の主表面の一方に設けられた、結晶成長
のために用いられる溶液を保持するための第１溶液貯留
部と、１対の主表面の一方に設けられた、第１溶液貯留
部から溶液を排出させて所定の方向に流すための流路
と、１対の主表面の一方に設けられた、該流路より送ら
れる溶液を受入れるための第２溶液貯留部と、第２貯留
部にある溶液を１対の主表面の他方に導くための貫通孔
と、貫通孔を介して送られる溶液を１対の主表面の他方
において受入れるための第３溶液貯留部とを備える。こ
の基板の少なくとも第２溶液貯留部および／または第３
溶液貯留部において、結晶化のため価電子が制御されて
いる。この装置において、流路は、幅および／または深
さの異なる複数の溝から構成することができる。第２溶
液貯留部から第３溶液貯留部に溶液を送る貫通孔の径
は、結晶成長条件に応じて変えることができる。第２溶
液貯留部に溝または孔を形成してもよい。第２溶液貯留
部および／または第３溶液貯留部の特定の領域で結晶核
の形成および結晶の成長が促進され、他の領域で結晶核
の形成が抑制されるよう、価電子を制御することができ
る。価電子が制御された領域は、たとえば不純物が添加
された半導体からなる。価電子の制御は、不純物の濃度
および／または種類の制御により行なうことができる。

【００２７】本発明において、ｎ型およびｐ型のシリコ
ン結晶が固体素子のための材料として好ましく用いられ
る。シリコン結晶は、通常のＬＳＩプロセスに用いられ
るシリコンと同等の特性を有するものでよい。シリコン
結晶の比抵抗は、０．０００１〜１０００Ωｃｍ程度の
範囲内であればよく、より好ましくは０．００１〜１０
０Ωｃｍの範囲のものを用いることができる。ｎ型およ
びｐ型に価電子制御されたシリコンは、種々の方法によ
って得ることができる。最も簡便で不純物濃度の制御が
正確に行なえる方法の１つは、イオン注入法である。ｐ
型およびｎ型の価電子制御は、それぞれ周期律表第ＩＩ
Ｉ族および第Ｖ族に属する元素のイオンをシリコンに注
入、アニールすることによって容易に行なうことができ
る。ｐ型にするためのＩＩＩ族元素には、Ｂ、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｌ等が含まれる。特にＢが一般的である。
ｎ型にするための第Ｖ族元素として、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｂｉが含まれる。特に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂが一般的で
ある。シリコン結晶の表面は、ミラーポリッシュされて
いることが好ましい。シリコン基板の表面に不純物層を
生成する際、その厚みは０．１〜２００μｍが好まし
く、１〜５０μｍの範囲がより好ましい。シリコン以外
の半導体結晶も、本発明に好ましく用いることができ
る。さらには、半導体結晶以外の材料、たとえば電荷分
布の制御された無機化合物、有機化合物、高分子化合物
およびそれらの複合物を候補として挙げることができ
る。基板表面に形成される溝または孔の開口部のサイズ
および溝または孔の深さは、結晶化すべき分子の種類に
応じて、好ましい範囲を設定することができる。一般的
に溝または孔の開口部の幅は０．０１〜１００μｍとす
ることができ、溝の長さは１〜１０ｍｍとすることがで
きる。複数の溝または孔は、１μｍ〜１ｍｍの範囲の間
隔で作製することができる。溝または孔の深さは、０．
０１〜２００μｍとすることができる。溶液貯留部およ
び流路を取囲むように形成される撥水層の厚みは、０．
１〜１００μｍとすることができる。撥水層は、溶液の
保持に寄与する。撥水層は、ポリイミドなどの撥水性の
樹脂によって形成することができる。

【００２８】結晶化のため価電子が制御された領域、
溝、孔、アイランド、溶液貯留部、溶液のための流路お
よび必要に応じて設けられるその他の構造は、ＷＯ９６
／２６７８１、ＷＯ９７／４９８４５およびＷＯ９８／
０２６０１の開示に従って得ることができる。本発明に
用いられる固体素子の構造およびその製造方法について
は、ＷＯ９６／２６７８１、ＷＯ９７／４９８４５およ
びＷＯ９８／０２６０１をここに引用により援用する。

【００２９】以下、本発明に従う結晶成長用装置の具体
例を示す。図５（ａ）および（ｂ）に示す結晶成長用装
置５０は、固体素子５２、その上に設けられる電気絶縁
層５６ａおよび５６ｂ、ならびにこれらの絶縁層上に設
けられる１対の対向電極５４ａおよび５４ｂを有する。
固体素子５２の表面部分には、価電子が制御された領域
５２ａが形成される。固体素子５２には幅および長さの
異なる突起５５ａ、５５ｂおよび５５ｃ、ならびに幅お
よび深さの異なるＶ字型の溝５７ｃ、５７ｂおよび５７
ａを有する。これらの突起および溝は、所定の間隔をお
いて配列される。たとえば、固体素子５２において、本
体はｐ型シリコン基板であり、価電子制御領域５２ａは
シリコン基板上に形成されたｎ型シリコン層であり、突
起５５ａ〜５５ｃは、シリコン基板上に形成されたｐ型
シリコン層である。溝５７ｃ〜５７ａの底には、ｐ型シ
リコンが露出している。電極５４ａおよび５４ｂは、こ
れらの突起および溝が形成された価電子制御領域５２ａ
を囲むように設けられる。絶縁層５６ａおよび５６ｂ
は、固体素子５２上において電極５４ａおよび５４ｂを
支持する。これらの電極の厚みは、たとえば０．５〜１
ｍｍである。電極は、金、銅、アルミニウム等の良導体
からなる。絶縁層は、ガラス、セラミックス、樹脂等の
電気絶縁材料からなる。結晶化すべき分子を含む溶液
は、電極５４ａおよび５４ｂならびに電気絶縁材料５６
ａおよび５６ｂによって囲まれた空間に保持される。Ｕ
字型の電極を対向させることによって、溶液を保持する
領域を画定することができる。結晶成長プロセスにおい
て、電極５４ａと５４ｂとの間には電圧が印加され、突
起および溝を有する価電子制御領域５２ａ上に保持され
た溶液から結晶核が生成される。結晶核が生成したら、
電圧の印加を止めることができる。そして、価電子制御
領域５２ａ上で、結晶が成長する。

【００３０】図６（ａ）および（ｂ）に示す結晶成長用
装置６０は、薄膜電極を用いている。装置６０におい
て、固体素子６２は、不純物が制御された領域６２ａを
有し、そこには、サイズの異なる多数のアイランド６９
ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄおよび６９ｅが形成されて
いる。たとえば、固体素子６２において、本体はｎ型シ
リコン基板であり、価電子制御領域６２ａはシリコン基
板上に形成されたｐ型シリコン層である。アイランド６
９ａ〜６９ｅの表面部分も、ｐ型である。固体素子６２
上には、電極用基材６６ａおよび６６ｂが設けられる。
電極用基材６６ａおよび６６ｂのそれぞれの先端には、
薄膜電極６４ａおよび６４ｂが付着している。基材６６
ａおよび６６ｂのいずれの先端も固体素子６２上のアイ
ランドの方に突き出ており、薄膜電極６４ａおよび６４
ｂは、価電子制御されたアイランドを取囲むように配置
される。薄膜電極６４ａおよび６４ｂと固体素子６２と
の間には、基材６６ａおよび６６ｂが存在し、電極と固
体素子との電気的接続はこれらの基材によって遮断され
る。基材６６ａおよび６６ｂは、ガラス、セラミックス
等の電気絶縁材料からなる。薄膜電極６４ａおよび６４
ｂは、金、銅、アルミニウムなどの良導体からなる。ま
た、基材６６ａおよび６６ｂには、それぞれパッド６８
ａおよび６８ｂが設けられる。これらのパッドを介し
て、外部電源から電極６４ａと６４ｂとの間に電圧が印
加される。装置６０において、多数のアイランドが形成
された価電子制御領域６２ａ上の電極６４ａおよび６４
ｂによって囲まれる部分に結晶化すべき分子を含む溶液
が保持される。保持された溶液には、対向する電極６４
ａおよび６４ｂにより電界が印加される。この電界下
で、適当なアイランド上に結晶核を生成させることがで
きる。

【００３１】図６（ｃ）は、別の電極構造を示してい
る。薄膜電極６４′ａは、基材６６′ａ上に形成され
る。同様に薄膜電極６４′ｂは、基材６６′ｂ上に形成
される。基材６６′ａおよび６６′ｂは、シリコン等の
半導電性基材、ガラス等の電気絶縁材である。薄膜電極
が形成された基材は、電気絶縁材料６６ａおよび６６ｂ
を介して、固体素子６２上に支持される。電気絶縁材料
は、ガラス、セラミックス、樹脂等である。このような
電極構造は、加工しやすい比較的薄い基材を用いて薄膜
電極を形成するのに適している。電極用の基材と絶縁材
料とを重ねれば、嵩高い構造を得ることができ、そのよ
うな構造物は、溶液保持空間を大きくすることができ
る。また、シリコン基板は、加工性に優れるため、薄膜
用電極のための基板として適している。薄膜電極をシリ
コン基板上に形成する場合、ガラス、セラミックス等の
電気絶縁材料と、薄膜電極を有するシリコン基板とが重
ね合わされる。図６（ｂ）および（ｃ）に示すような電
極構造において、たとえば、電極を支持する基材の厚み
または絶縁材と重ね合わされた基材の厚みは、０．５〜
１ｍｍ程度である。そのような厚みを有する構造物を価
電子制御領域のまわりに設ければ、十分な量の溶液を電
極の間に保持することができる。

【００３２】また、図７に示すような電極構造を用いて
もよい。対向する電極７４ａおよび７４ｂは、それぞれ
絶縁材料７６ａおよび７６ｂによって被覆される。被覆
の先端から、各電極の先端が突き出している。

【００３３】薄膜電極は、たとえば図８（ａ）〜（ｄ）
に示されるようにして製造される。まず図８（ａ）に示
すように、薄膜電極を支持するための材料８６を準備す
る。材料８６は、たとえばガラス等の電気絶縁材料、シ
リコンウェハ等の半導電性材料である。図８（ｂ）に示
すように、機械加工、エッチング等を行ない、材料８６
から所望の形状の電極用基材８６′を得る。図８（ｃ）
に示すように、得られたそれぞれの基材８６′上に、電
極材料を堆積させる工程を行なう。この工程には、通常
の薄膜形成法が用いられる。たとえば、スパッタリング
等の物理蒸着が好ましく用いられる。電解質溶液に不溶
であり、高い導電率を有するＡｕは、好ましい電極材料
である。Ａｕを基材上に堆積させる場合、Ｔｉ、Ｃｒ等
からなる下地層を基材上に形成することが好ましい。Ａ
ｕは、この下地層の上に直接設けられるか、Ｃｕ、Ｎｉ
等からなる中間導電層を介してこの下地層上に設けられ
る。ＴｉおよびＣｒは、シリコンおよびガラス等の基材
に強く付着することができる。Ａｕは、シリコン、ガラ
ス等の基材よりもこれらの下地層に強く付着することが
できる。また、Ｃｕ、Ｎｉ等の中間導電層を用いること
により、導電層の厚みを増すことができる。特に、Ｃｕ
は、配線のはんだ付けを行なう際に有利である。基材上
に堆積される薄膜電極の構造は、たとえば次のようなも
のとすることができる。

【００３４】Ｔｉ（１００〜２０００Å）／Ａｕ（１．
０μｍ以上）Ｔｉ（１００〜２０００Å）／Ｃｕ（１０００〜５００
０Å）／Ａｕ（１．０μｍ以上）Ｃｒ（１００〜２０００Å）／Ｃｕ（１０００〜５００
０Å）／Ａｕ（１．０μｍ以上）Ｔｉ（１００〜２０００Å）／Ｎｉ（１０００〜５００
０Å）／Ａｕ（１．０μｍ以上）Ｃｒ（１００〜２０００Å）／Ｎｉ（１０００〜５００
０Å）／Ａｕ（１．０μｍ以上）なお、括弧内はそれぞれの層の厚みを示す。

【００３５】以上の工程の後、図８（ｄ）に示すよう
に、基材８６′上に薄膜電極８４が形成された電極ユニ
ット９０が得られる。

【００３６】このような電極ユニットは、そのまま用い
てもよいし、電気絶縁材料と組合せて用いてもよい。基
材８６′がシリコン等の半導電性材料の場合、たとえば
図９に示すように、電極ユニット９０は、それと同様の
形状を有する電気絶縁材料９６と重ね合わせることが好
ましい。これにより、電極と固体素子との間の短絡を防
ぎ、電極間に保持される溶液の量を増やすことができ
る。

【００３７】一方、図１０（ａ）に示すように、所望の
形状に加工された複数の基材１０６ａおよび１０６ｂを
重ね合わせた後、図１０（ｂ）に示すように、重ね合わ
せた基材上に薄膜電極１０４を形成してもよい。このよ
うな工程により、より厚い基材上に薄膜電極を形成する
ことができる。

【００３８】以上説明した電極ユニットは、ＷＯ９６／
２６７８１、ＷＯ９７／４９８４５およびＷＯ９８／０
２６０１に開示される結晶化のための固体素子に設けら
れる。１対の電極ユニットが、固体素子において、結晶
化のための溶液を挟むように設けられる。電極ユニット
は、固体素子上に載置してもよいし、電気絶縁性の接着
剤によって固体素子に接着してもよい。以下、これらの
公報に開示される固体素子に電極ユニットが配置される
具体例を示す。

【００３９】図１１に示す結晶成長用装置において、２
つの溶液セル１１０ａおよび１１０ｂ、３つの反応セル
１１１ａ、１１１ｂおよび１１１ｃ、ならびに２つの排
液用セル１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃは、流路で
結ばれている。これらのセルおよび流路は、シリコン基
板１１０上に形成されている。流路は、溶液セルから反
応セル、反応セルから排液用セルに溶液を流すように形
成される。溶液セル１１０ａおよび１１０ｂは、所定の
サイズの領域の周囲に、Ｖ溝をエッチングによって形成
し、この領域を他の領域から仕切ることにより得られ
る。反応セル１１１ａ、１１１ｂおよび１１１ｃを得る
ため、所定のサイズの領域の周囲にＶ溝がエッチングに
より形成され、さらに所定のサイズの領域が所定の深さ
で異方性エッチングされる。さらに、排液用セルを得る
ため、所定のサイズの領域が異方性エッチングされる。
シリコン基板１１０において、約３０Ω・ｃｍの比抵抗
のｎ型シリコン基板の表面には、リン元素のイオン注入
およびアニールにより低抵抗のｐ型シリコン層（比抵
抗：約０．０１Ω・ｃｍ、厚み：約５μｍ）が形成され
ている。さらに、その表面に熱酸化によって酸化シリコ
ン層が２００ｎｍの厚みで形成されている。各反応セル
においては、エッチングによって、所定の幅を有する薄
いｐ型層の領域が露出されている。シリコン基板１１０
上には、さらにパッド１１８ａおよび１１８ｂ、配線層
１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅお
よび１１９ｆが形成されている。反応セル１１１ａの両
側には、１対の電極ユニット１１４ａおよび１１４ｂが
設けられ、反応セル１１１ｂの両側には、１対の電極ユ
ニット１１４ｃおよび１１４ｄが設けられ、反応セル１
１１ｃの両側には、１対の電極ユニット１１４ｅおよび
１１４ｆが設けられる。配線１１９ａ〜１１９ｃは、ワ
イヤボンディング１１７ａおよび１１７ｂによって接続
される。配線層１１９ｄ〜１１９ｆも、ワイヤボンディ
ング１１７ｅおよび１１７ｆによって接続される。配線
層１１９ｃおよび１１９ｄは、ワイヤボンディング１１
７ｃおよび１１７ｄによって、それぞれ電極ユニット１
１４ａおよび１１４ｂに接続される。同様に他の電極ユ
ニットも、ワイヤボンディングによって他の配線層に接
続される。外部電源をパッド１１８ａと１１８ｂに接続
すれば、各配線層および各ワイヤボンディングを介し
て、１対の電極間に電圧が印加される。電界は、結晶核
の生成を促進するため、各反応セルに保持される溶液に
印加される。

【００４０】図１２（ａ）および（ｂ）に示す装置にお
いて、基板１２０の表面には、複数の溶液セル１１２ａ
および１１２ｂ、ならびに複数の反応セル１２３ａが形
成されている。これらの溶液セルと反応セルとの間に
は、流路が形成されており、これらの流路は、溶液セル
から反応セルへの溶液の移動を可能にする。図１２
（ｂ）に示すように、溶液セル１１２ａおよび１１２ｂ
ならびに反応セル１２３ａは、基板１２０上に形成され
た凹部または孔である。流路は、基板１２０上に形成さ
れた膜１２５の加工により形成される。図１２（ｂ）に
示すように、基板１２０の裏面において、反応セル１２
３ａに対向する位置にさらに反応セル１２３ｂが形成さ
れる。反応セル１２３ｂも、基板１２０に形成された凹
部または孔である。反応セル１２３ａと反応セル１２３
ｂとの間には、複数の貫通孔１３８が形成される。貫通
孔１３８は、基板表面と裏面との間の液の流通を可能に
する。各反応セルには、サイズの異なる複数の貫通孔が
形成されている。さらに基板１２０の端部には、加熱用
電極１３６および温度測定用電極１３４が設けられてい
る。また基板１２０の表面には、パッド１２８ａおよび
１２８ｂ、配線層１２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃ、１２
９ｄ、１２９ｅ、１２９ｆ、１２９ｇが形成されてい
る。１対の電極ユニット１２４ａおよび１２４ｂ、１２
４ｃおよび１２４ｄ、ならびに１２４ｅおよび１２４ｆ
が、各反応セルを挟むようにして設けられている。配線
層１２９ａ〜１２９ｄは、ワイヤボンディング１２７に
よって接続され、同様に、配線層と電極ユニットとの間
も、ワイヤボンディングによって接続されている。この
ような電極ユニット、配線層、パッドおよびワイヤボン
ディングは、基板１２０の裏面にも同様に形成される。
図１２（ｂ）は、その一部を示している。反応セル１２
３ｂに収容される溶液に電界を印加するため、１対の電
極ユニットが設けられる。図では、１対の電極のうち一
方１２４ｇが示されている。電極ユニットに電圧を印加
するため、基板１２０の裏面にも配線層１２９ｈ、１２
９ｉ他が形成され、配線層と電極ユニットとの間は、ワ
イヤボンディング１２７によって接続される。基板１２
０の裏面にある他の反応セルにも、１対の電極ユニット
が設けられる。パッド１２８ａと１２８ｂに外部電源を
接続すれば、各反応セルのために設けられた１対の電極
ユニットの間に電界が印加される。

【００４１】図１３は、図１２（ａ）および（ｂ）に示
すような貫通孔を有する装置の使用例を模式的に示して
いる。装置は支持脚１３７等によって支持され、容器１
３０内に収容される。容器１３０の底には、緩衝液等の
溶液１３５が保持されており、容器１３０の開口部は、
溶液の蒸発を防ぐために蓋１３３によって密閉される。
支持脚１３７によって水平に保持された装置の溶液セル
には、緩衝溶液等の結晶化の条件を調節するための溶液
またはタンパク質等の結晶化すべき物質を含む溶液等が
滴下される。溶液セルにそれぞれ保持される液滴１３１
および１３２の一部は、それぞれ流路を介して反応セル
に流れ込むようになる。流れ込んだ溶液は、貫通孔を介
して装置の裏面に形成された反応セルに移行する。この
ようにして、裏面の反応セルには、重力の方向に垂れ下
がった液滴が保持される。溶液は、毛管現象により、移
動し、各反応セルに保持されていく。このような状態に
おいて、表面に設けられた電極および裏面に設けられた
電極のそれぞれに電圧が印加され、反応セルに保持され
る溶液中からの結晶核の形成が促進される。

【００４２】図１４に示す装置において、貫通孔１４２
ｂを有する固体素子１４２は、支持台１５０に支持さ
れ、容器１４０内に収容される。容器１４０の開口は、
蓋１４１によって密閉することができる。結晶化をすべ
き分子を含む母液の液滴は、貫通孔１４２ｂから注入さ
れ、重力の方向に垂れ下がるようにして固体素子１４２
上に保持される。容器１４０の底部には、素子１４２上
に保持される液滴中の溶媒蒸気、たとえば水溶液の場合
水分、を吸収して液滴中の分子を過飽和状態にすること
のできる沈澱剤、または液滴について気液平衡を保持す
るための緩衝溶液１４３が収容される。固体素子１４２
の上には、液滴１４８を挟むよう対向する１対の電極１
４４ａおよび１４４ｂが設けられる。これらの電極間に
外部電源より電圧が印加される。

【００４３】図１５に、固体素子１４２上において液滴
１４８が保持される様子を拡大して示す。沈澱剤または
緩衝溶液１４３の上方に、支持台１５０によって固体素
子１４２が保持されている。固体素子１４２を構成する
基板（たとえばｐ型シリコン基板）上には、不純物の種
類または濃度が異なるシリコン層（たとえばｎ型シリコ
ン層）１４２ｃが形成されている。また、基板上には、
深さおよび幅の異なる複数のＶ溝が形成されている。こ
れらの溝を取囲むようにして、電気絶縁材料からなる撥
水性の層（たとえばポリイミド等の撥水性樹脂からなる
層）１４６ａおよび１４６ｂが形成されている。基板の
ほぼ中央部には、母液を注入するための貫通孔１４２ｂ
が設けられている。撥水性の層１４６ａおよび１４６ｂ
には、それぞれ対向する電極１４４ａおよび１４４ｂが
付着される。固体素子１４２は、支持台１５０上におい
て、Ｖ溝を下に向けて保持される。タンパク質等の結晶
化すべき分子を含む溶液（母液）を少量、固体素子の裏
側からピペット等により貫通孔１４２ｂに注入していく
と、母液は溝の形成された面に徐々に移行し、液滴が形
成されていく。液滴が落下せず、すべての溝内に液が行
き渡り安定に保持された状態となったところで、母液の
注入を終了する。母液の拡がりは撥水性の層１４６ａお
よび１４６ｂで食い止められ、重力の方向に垂れ下がっ
た状態で液滴１４８が安定に保持される。このように液
滴を保持すれば、結晶化に必要な溶液な量は微量で済
む。保持された液滴１４８に、１対の電極１４４ａおよ
び１４４ｂより電界が印加される。このような装置にお
いて、電界によって結晶核の形成が促進され、溝の内部
で結晶の成長が行なわれる。図１６は、非常に少ない母
液量で結晶成長を可能にする装置の一例を示している。
固体素子である上基板１６２と下基板１６２′がスペー
サ１６５を介して重ねられる。これらの基板には、それ
ぞれ複数の溝が形成されている。基板１６２と１６２′
の重ね合わせは、たとえば、それぞれの基板に形成され
た溝の長手方向が交差するように行なわれる。スペーサ
１６５には、それぞれ電極１６４ａおよび１６４ｂが設
けられ、基板１６２と１６２′の間に保持される溶液に
電界を印加することができる。これらの基板は、支持台
１６３によって容器１６０の上部に保持される。基板１
６２と１６２′の間には、タンパク質等の結晶化すべき
物質を含む溶液（母液）が少量、その側面からピペット
等により注入される。基板の隙間から母液が落下せず安
定に保持される状態となったところで、母液の注入を停
止する。容器１６０の底部には、予め緩衝溶液１６６が
満たされている。緩衝溶液１６６は、母液について気液
平衡を維持するために用いられる。容器１６０は、キャ
ップ１６１によって密封することができる。基板１６２
と１６２′との間に保持された母液に対向電極１６４ａ
および１６４ｂを介して電界をかけ、結晶核の形成を促
進させる。結晶核の形成の後、基板に形成された溝部に
おいて結晶が成長するようになる。図１６に示す装置に
おいて、緩衝溶液１６６の代わりに、母液中の溶媒（た
とえば水分）を吸収するための乾燥材を用いてもよい。
また、スペーサ１６５自体を電極としてもよい。

【００４４】図１７に示す装置では、多数の結晶成長用
装置に同時に電圧を印加することができる。プレート１
７０には、多数の円筒状のウェル１７１が配列されてお
り、ウェル１７１のそれぞれに結晶成長用装置が配置さ
れる。プレート１７０上には、パッド１７８ａおよび１
７８ｂ、ならびに配線層１７９ａ、１７９ｂ、１７９ｃ
および１７９ｄが形成される。固体素子１７２上に設け
られる１対の対向電極１７４ａおよび１７４ｂは、ワイ
ヤボンディング１７７により配線層と接続される。図１
８は、ウェルの１つに収容される結晶成長用装置を示
す。結晶成長用装置としては、図５、図６や後述する図
２０、図２１で示すような装置を用いることができる。
結晶成長用装置は、ウェル１７１内において台座１８０
によって支持される。結晶成長用装置を構成する固体素
子１７２は、不純物が注入されたシリコン基板からな
り、表面にはアイランド、突起または溝が形成されてい
る。固体素子１７２上で、アイランド、突起または溝を
取囲むように、１対の電極１７４ａおよび１７４ｂが設
けられる。ウェル１７１の底には、沈澱剤１８３が保持
されている。固体素子１７２上の電極１７４ａと１７４
ｂで挟まれた空間に結晶化すべき分子を含む溶液１８５
をピペット等を用いて載せた後、ウェル１７１の開口は
カバー１８１によって塞がれる。図１７に示すパッド１
７８ａおよび１７８ｂを外部電源と接続すれば、対向電
極１７４ａと１７４ｂとの間に電圧が印加され、固体素
子１７２上の溶液からの結晶核の形成が促進される。

【００４５】本発明に用いる固体素子を製造するため、
ＷＯ９６／２６７８１、ＷＯ９７／４９８４５およびＷ
Ｏ９８／０２６０１に記載されるとおり、半導体装置の
製造プロセスに通常用いられる技術を用いることができ
る。すなわち、イオン注入、フォトリソグラフィ、エッ
チング等の技術を用いて、シリコンウエハ等の半導体基
板に多数の固体素子を作り込むことができる。図１９
は、シリコンウエハに作り込まれた多数の固体素子を示
している。シリコンウエハ１９０には、３種類の固体素
子１９２ａ、１９２ｂおよび１９２ｃが、それぞれ多数
作り込まれている。それぞれの固体素子には、価電子制
御のための不純物層とともに、複数の溝、アイランド、
または突起が形成されている。これらの溝、アイランド
または突起が形成された領域が、結晶化を行なうべき領
域となる。シリコンウエハ１９０は、切断（スクライビ
ング）され、多数の固体素子が得られる。図１９に示す
ように、複数種の固体素子を１つのウエハに形成しても
よいし、１種の固体素子を１つのウエハに多数形成して
もよい。

【００４６】スクライビングの後得られる固体素子は、
図８に示すようなプロセスに従って形成された電極ユニ
ットと組合わされる。電極ユニットは、固体素子上に載
置してもよいし、固体素子に接着してもよい。図１９に
示すような３種類の固体素子にそれぞれ１対の電極対を
設ければ、図２０に示すような３種類の結晶成長用装置
が得られる。得られる装置のサイズは、たとえば１５ｍ
ｍ×１５ｍｍである。固体素子１９２ａ、１９２ｂおよ
び１９２ｃ上には、１対の電極ユニット１９４ａおよび
１９４ｂがそれぞれ設けられる。電極ユニット１９４ａ
および１９４ｂは、溝、アイランドまたは突起が形成さ
れた固体素子の領域を取囲むように設けられる。

【００４７】さらに、図２１に示すように、１対の電極
ユニット２１４ａおよび２１４ｂ上に、発熱素子２２０
をそれぞれ設けてもよい。発熱素子２２０は、固体素子
２１２上に保持される溶液を加熱することができる。加
熱により、溶液に含まれる結晶化すべき分子の移動はさ
らに促進される。電界の印加および加熱によって、結晶
核の生成は加速される。発熱素子２２０は、たとえば図
２２に示すような構造を有する。基材２２２上には、パ
ッド２２１ａ、２２１ｂが形成され、それらのパッドの
間には、発熱材料２２３が設けられる。パッド２２１ａ
および２２１ｂは、銅、アルミニウム等の良導体から形
成され、発熱材料２２３には、Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ
系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金などの電熱材料が用いられ
る。必要に応じて、発熱素子２２０には、加熱温度を測
定するための部分が設けられる。そのような部分は、パ
ッド２２１ｃおよび２２１ｄ、ならびに測温用の抵抗線
２２５からなる。抵抗材料には、Ｃｒ、銅ニッケル合
金、銅マンガン合金等が用いられる。所定の温度範囲に
おいて、抵抗線２２５における電気抵抗率は、温度に依
存するため、抵抗線２２５の抵抗率を測定することによ
って、発熱材料２２３による発熱温度を知ることができ
る。図２１に示すような結晶成長用装置のサイズは、た
とえば１５ｍｍ×１５ｍｍであり、発熱素子のサイズ
は、たとえば２．５ｍｍ×２．５ｍｍである。

【００４８】本発明は、種々の高分子化合物、特に高分
子電解質を結晶化するために用いることができる。本発
明は特に、酵素および膜タンパク質等のタンパク質、ポ
リペプチド、ペプチド、ポリサッカライド、核酸、なら
びにこれらの複合体および誘導体等を結晶化させるため
好ましく適用される。本発明は、生体高分子の結晶化の
ため好ましく適用される。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結晶化すべき分子を含む溶液に電界を印加することによ
って、結晶核の生成を促進し、結晶成長を加速すること
ができる。本発明によれば、大型の結晶を得ることが困
難なタンパク質などの生体高分子について、Ｘ線構造解
析を可能にし得る大型の結晶を得ることができる。本発
明は、製薬産業や食品産業等において、有用な物質、特
にタンパク質、核酸等の生体高分子の研究、開発および
製造に適用される。また、本発明は、関心のある分子の
精製または結晶化に適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は、価電子が制御された固
体素子の表面に結晶核が固定化され、結晶成長が進んで
いく様子を示す模式図である。

【図２】（ａ）は、結晶化すべき分子を含む溶液に電界
を印加しない状態で、価電子制御された固体素子上に該
分子が集合していく様子を示す模式図であり、（ｂ）
は、該溶液に電界を印加することによって分子の固体素
子への移動が促進されることを示す模式図である。

【図３】核形成から結晶成長に至る間の結晶核のサイズ
と自由エネルギーとの関係を模式的に示す図である。

【図４】本発明による結晶成長用装置の一具体例を示す
断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明によるもう１つの結晶成長用
装置を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図
である。

【図６】（ａ）は、本発明による他の結晶成長用装置を
示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図であ
り、（ｃ）は、さらなる電極構造を示す断面図である。

【図７】本発明に用いる他の電極構造を示す断面図であ
る。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に用いる電極ユニッ
トの製造プロセスを模式的に示す図である。

【図９】図８に示すプロセスによって得られる電極ユニ
ットを電気絶縁材料と重ね合わせる様子を示す斜視図で
ある。

【図１０】（ａ）および（ｂ）は、複数の電気絶縁材料
を重ね合わせた後、重ね合わせ体に薄膜電極を形成する
プロセスを示す斜視図である。

【図１１】本発明による結晶成長用装置の他の具体例を
模式的に示す図である。

【図１２】（ａ）は、本発明による貫通孔を有する結晶
成長用装置の具体例を模式的に示す図であり、（ｂ）
は、そのＸ−Ｘ断面図である。

【図１３】図１２に示すような貫通孔を有する結晶成長
用装置に電圧を印加する様子を示す模式図である。

【図１４】本発明によるさらに他の結晶成長用装置を示
す模式図である。

【図１５】図１４に示す装置の構造をより詳細に示す断
面図である。

【図１６】本発明によるさらに他の結晶成長用装置を模
式的に示す断面図である。

【図１７】１対の電極および固体素子を備えた本発明に
よる装置をプレート上に多数並べて電圧を印加する構造
を示す平面図である。

【図１８】図１７に示す装置の一部を示す断面図であ
る。

【図１９】多数の固体素子がシリコンウエハに作り込ま
れた様子を示す平面図である。

【図２０】図１９に示すシリコンウエハを切断して得ら
れる固体素子と電極ユニットを組合せて得られる結晶成
長用装置を示す平面図である。

【図２１】図２０に示す結晶成長用装置にさらに発熱素
子が付与された装置を示す拡大平面図である。

【図２２】図２１に示す発熱素子の構造を拡大して示す
模式図である。

【符号の説明】

４０、５０、６０結晶成長用装置４２、５２、６２固体素子４４ａ、４４ｂ、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、６
４′ａ、６４′ｂ電極４６ａ、４６ｂ、５６ａ、５６ｂ、６６ａ、６６ｂ電
気絶縁材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 29/58 B01D 9/02 601

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶液中に含まれる高分子化合物の結晶を
成長させる方法であって、前記高分子化合物を含む溶液の環境に応じて表面部分の
正孔または電子の濃度を制御できるよう価電子が制御さ
れた領域を有する固体素子を与える工程と、前記固体素子の前記価電子が制御された領域上に、前記
高分子化合物を含む溶液を保持する工程と、前記保持された溶液に、１対の対向する電極によって電
界を印加する工程とを備え、前記制御された価電子により前記固体素子の表面にもた
らされる電気的状態の下、前記電界を印加された溶液か
ら、前記高分子化合物の結晶を生成させることを特徴と
する、結晶成長方法。
【請求項２】前記価電子が制御された領域は、不純物
が添加された半導体からなることを特徴とする、請求項
１に記載の結晶成長方法。
【請求項３】溶液中に含まれる高分子化合物の結晶を
成長させるための装置であって、高分子化合物を含む溶液の環境に応じて表面部分の正孔
または電子の濃度を制御できるよう価電子が制御された
領域を有する固体素子と、前記価電子が制御された領域の上方の空間を挟むように
設けられた１対の対向する電極と、前記固体素子と前記１対の対向する電極との間に設けら
れた電気絶縁材料とを備えることを特徴とする、結晶成
長用装置。
【請求項４】前記価電子が制御された領域、前記１対
の対向する電極および前記電気絶縁材料によって、前記
高分子化合物を含む溶液を保持するための空間が形成さ
れることを特徴とする、請求項３に記載の結晶成長用装
置。
【請求項５】前記１対の対向する電極が薄膜状の導電
材料からなることを特徴とする、請求項３または４に記
載の結晶成長用装置。
【請求項６】前記価電子が制御された領域は、不純物
が添加された半導体からなることを特徴とする、請求項
３〜５のいずれか１項に記載の結晶成長用装置。