JP3373357B2 - 超微粒子およびその製造方法 - Google Patents
超微粒子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属、半導体、化
合物等の各種固体材料からなる超微粒子およびその製造
方法に関する。
合物等の各種固体材料からなる超微粒子およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属粒子や金属酸化物粒子等の化合物粒
子には、その粒径が 100nm以下というように超微粒子化
すると、通常の粒子（例えば 1μm 以上）とは異なる特
性が出現する。これは、全原子数に対して表面に存在す
る原子数が増加する、すなわち比表面積が増大するため
に、粒子の特性に対して表面エネルギーの影響が無視で
きなくなるためである。
子には、その粒径が 100nm以下というように超微粒子化
すると、通常の粒子（例えば 1μm 以上）とは異なる特
性が出現する。これは、全原子数に対して表面に存在す
る原子数が増加する、すなわち比表面積が増大するため
に、粒子の特性に対して表面エネルギーの影響が無視で
きなくなるためである。
【０００３】上述したような超微粒子は、新しい表面現
象の発見やその概略の掌握等に適している。また、超微
粒子ではバルクに比べて融点や焼結温度の低下等が起こ
る等、バルク材とは異なる特性を示したり、さらには超
微粒子間にトンネル効果が生じたり、量子力学的効果
（量子井戸、ミニバンド等）、高い触媒特性等が発現す
る可能性がある。これらを利用することによって、材料
の特性改善、各種デバイスや触媒等の機能材料への応用
等が可能であることから、超微粒子自体の物性等に関す
る研究や超微粒子の応用に関する研究等が進められてい
る。
象の発見やその概略の掌握等に適している。また、超微
粒子ではバルクに比べて融点や焼結温度の低下等が起こ
る等、バルク材とは異なる特性を示したり、さらには超
微粒子間にトンネル効果が生じたり、量子力学的効果
（量子井戸、ミニバンド等）、高い触媒特性等が発現す
る可能性がある。これらを利用することによって、材料
の特性改善、各種デバイスや触媒等の機能材料への応用
等が可能であることから、超微粒子自体の物性等に関す
る研究や超微粒子の応用に関する研究等が進められてい
る。
【０００４】ところで、従来、超微粒子は例えば以下に
示すような物理的方法や化学的方法で作製されている。
すなわち、物理的な超微粒子の製造方法としては、不活
性ガス中で金属等を蒸発させ、ガスとの衝突により冷却
・凝縮させて超微粒子を生成するガス中蒸発法、蒸発源
としてスパッタ現象を利用するスパッタリング法、真空
下で金属を加熱し、蒸発した金属原子を有機溶剤と共に
有機溶剤の凝固点以下に冷却した基板上に共蒸着させて
超微粒子を得る金属蒸気合成法、オイル上に金属を蒸着
させる流動油上真空蒸発法等が例示される。
示すような物理的方法や化学的方法で作製されている。
すなわち、物理的な超微粒子の製造方法としては、不活
性ガス中で金属等を蒸発させ、ガスとの衝突により冷却
・凝縮させて超微粒子を生成するガス中蒸発法、蒸発源
としてスパッタ現象を利用するスパッタリング法、真空
下で金属を加熱し、蒸発した金属原子を有機溶剤と共に
有機溶剤の凝固点以下に冷却した基板上に共蒸着させて
超微粒子を得る金属蒸気合成法、オイル上に金属を蒸着
させる流動油上真空蒸発法等が例示される。
【０００５】また、液相を利用した化学的な超微粒子の
製造方法としては、高分子界面活性剤を共存させたアル
コール中で貴金属塩を還流条件下で還元するコロイド
法、金属アルコキシドの加水分解を利用するアルコキシ
ド法、金属塩の混合液に沈殿剤を加えて沈殿粒子を得る
共沈法等が、さらに気相を利用した化学的な超微粒子の
製造方法としては、金属カルボニル化合物等の熱分解反
応により金属超微粒子を得る有機金属化合物の熱分解
法、金属塩化物を反応ガス気流中で還元・酸化または窒
化して超微粒子を得る金属塩化物の還元・酸化・窒化
法、酸化物・含水化物を水素気流中で加熱して還元する
水素中還元法、金属塩溶液をノズルより噴霧し熱風乾燥
させる溶媒蒸発法等が例示される。
製造方法としては、高分子界面活性剤を共存させたアル
コール中で貴金属塩を還流条件下で還元するコロイド
法、金属アルコキシドの加水分解を利用するアルコキシ
ド法、金属塩の混合液に沈殿剤を加えて沈殿粒子を得る
共沈法等が、さらに気相を利用した化学的な超微粒子の
製造方法としては、金属カルボニル化合物等の熱分解反
応により金属超微粒子を得る有機金属化合物の熱分解
法、金属塩化物を反応ガス気流中で還元・酸化または窒
化して超微粒子を得る金属塩化物の還元・酸化・窒化
法、酸化物・含水化物を水素気流中で加熱して還元する
水素中還元法、金属塩溶液をノズルより噴霧し熱風乾燥
させる溶媒蒸発法等が例示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の超微
粒子に対する研究や開発は、主として超微粒子の集合体
に関するものであり、超微粒子単体としての性質や応用
に関する研究は十分に行われているとは言えない。これ
は、上述した従来の超微粒子の製造方法にも起因してお
り、従来の製造方法では超微粒子を粒子単体として得る
ことが困難であったためである。
粒子に対する研究や開発は、主として超微粒子の集合体
に関するものであり、超微粒子単体としての性質や応用
に関する研究は十分に行われているとは言えない。これ
は、上述した従来の超微粒子の製造方法にも起因してお
り、従来の製造方法では超微粒子を粒子単体として得る
ことが困難であったためである。
【０００７】また、超微粒子をデバイスや各種機能材料
等に応用することが一部で進められているが、従来の製
造方法では超微粒子を粒子単体として得ることができて
も、その形成位置までは十分に制御することができず、
これが超微粒子の応用展開を妨げている。
等に応用することが一部で進められているが、従来の製
造方法では超微粒子を粒子単体として得ることができて
も、その形成位置までは十分に制御することができず、
これが超微粒子の応用展開を妨げている。
【０００８】このようなことから、超微粒子の単体とし
ての物性研究や応用等を容易にするために、超微粒子を
単体として作製することを可能にすると共に、超微粒子
の形成位置の制御等を実現することが求められている。
ての物性研究や応用等を容易にするために、超微粒子を
単体として作製することを可能にすると共に、超微粒子
の形成位置の制御等を実現することが求められている。
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、形成位置等を制御した上で単体とし
て得ることができ、各種操作、制御、応用展開が可能な
超微粒子およびその製造方法を提供することを目的とし
ている。
になされたもので、形成位置等を制御した上で単体とし
て得ることができ、各種操作、制御、応用展開が可能な
超微粒子およびその製造方法を提供することを目的とし
ている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の超微粒子は、基
板上に分離した状態で存在する超微粒子であって、前記
超微粒子は前記基板上に配置された細孔を有するターゲ
ット材への高エネルギービームの斜め照射により離脱し
た前記ターゲット材の構成原子または構成分子からなる
と共に、前記ターゲット材の細孔に対応した位置に形成
されていることを特徴としている。
板上に分離した状態で存在する超微粒子であって、前記
超微粒子は前記基板上に配置された細孔を有するターゲ
ット材への高エネルギービームの斜め照射により離脱し
た前記ターゲット材の構成原子または構成分子からなる
と共に、前記ターゲット材の細孔に対応した位置に形成
されていることを特徴としている。
【００１１】また、本発明の超微粒子の製造方法は、基
板上に細孔を有するターゲット材を配置し、前記ターゲ
ット材の細孔内壁に対して高エネルギービームを斜め方
向から照射して、前記ターゲット材の構成原子または構
成分子を離脱させ、この離脱させた前記ターゲット材の
構成原子または構成分子を前記基板に付着させて、前記
基板上の前記ターゲット材の細孔に対応した位置に超微
粒子を形成することを特徴としている。
板上に細孔を有するターゲット材を配置し、前記ターゲ
ット材の細孔内壁に対して高エネルギービームを斜め方
向から照射して、前記ターゲット材の構成原子または構
成分子を離脱させ、この離脱させた前記ターゲット材の
構成原子または構成分子を前記基板に付着させて、前記
基板上の前記ターゲット材の細孔に対応した位置に超微
粒子を形成することを特徴としている。
【００１２】すなわち本発明は、基板上に細孔を有する
ターゲット材を配置し、このターゲット材の細孔内壁に
対して高エネルギービームを斜め方向から照射して、タ
ーゲット材の構成原子または構成分子を離脱させること
によって、基板上のターゲット材の細孔に対応した位置
に、ターゲット材の構成原子または構成分子からなる単
体として分離された 1つまたは複数の超微粒子を形成し
得ることを見出したことに基いて成されたものである。
ターゲット材を配置し、このターゲット材の細孔内壁に
対して高エネルギービームを斜め方向から照射して、タ
ーゲット材の構成原子または構成分子を離脱させること
によって、基板上のターゲット材の細孔に対応した位置
に、ターゲット材の構成原子または構成分子からなる単
体として分離された 1つまたは複数の超微粒子を形成し
得ることを見出したことに基いて成されたものである。
【００１３】本発明の超微粒子は、基板上のターゲット
材の細孔に対応した位置内に、単体として分離された状
態で得られるため、各種操作や制御が可能であると共
に、例えば超微粒子間のトンネル効果や量子力学的効果
（量子井戸、ミニバンド等）等を利用した電子デバイ
ス、さらには高い触媒特性等を生かした各種機能材料等
への応用展開が容易となる。また、超微粒子の構成材料
は、ターゲット材の種類、さらには高エネルギービーム
照射時の雰囲気等により決定することができるため、金
属超微粒子、半導体微粒子、化合物超微粒子等、種々の
超微粒子を比較的容易に得ることができ、さらにその結
晶状態等を制御することもできる。
材の細孔に対応した位置内に、単体として分離された状
態で得られるため、各種操作や制御が可能であると共
に、例えば超微粒子間のトンネル効果や量子力学的効果
（量子井戸、ミニバンド等）等を利用した電子デバイ
ス、さらには高い触媒特性等を生かした各種機能材料等
への応用展開が容易となる。また、超微粒子の構成材料
は、ターゲット材の種類、さらには高エネルギービーム
照射時の雰囲気等により決定することができるため、金
属超微粒子、半導体微粒子、化合物超微粒子等、種々の
超微粒子を比較的容易に得ることができ、さらにその結
晶状態等を制御することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
態について説明する。
【００１５】図１は、本発明の超微粒子の製造過程の一
実施形態を模式的に示す断面図である。同図において、
１は支持部材２上に配置された超微粒子形成用の基板で
あり、この基板１には各種の固体材料を用いることがで
きる。具体的には、結晶基板や非晶質基板等を問わず、
種々の固体材料からなる基板１、例えば金属基板、非金
属基板、半導体基板、化合物基板等を使用することがで
きる。
実施形態を模式的に示す断面図である。同図において、
１は支持部材２上に配置された超微粒子形成用の基板で
あり、この基板１には各種の固体材料を用いることがで
きる。具体的には、結晶基板や非晶質基板等を問わず、
種々の固体材料からなる基板１、例えば金属基板、非金
属基板、半導体基板、化合物基板等を使用することがで
きる。
【００１６】上記したような基板１上に、図１（ａ）に
示すように、超微粒子の形成原料となるターゲット材３
を配置する。このターゲット材３は、複数の細孔４を有
しており、この細孔４の内壁４ａに対して高エネルギー
ビーム５が上方斜め方向から照射される。複数の細孔４
を有するターゲット材３としては、いわゆるメッシュ材
を用いたり、また目的材料からなるフィルム等にエッチ
ング等の化学的方法や電気化学的方法で細孔４を形成し
たり、あるいはレーザビーム等で細孔４を形成したもの
を使用することができる。なお、ターゲット材３は 1つ
に限らず、異なる材料からなる複数のターゲット材を積
層したものを使用することもできる。
示すように、超微粒子の形成原料となるターゲット材３
を配置する。このターゲット材３は、複数の細孔４を有
しており、この細孔４の内壁４ａに対して高エネルギー
ビーム５が上方斜め方向から照射される。複数の細孔４
を有するターゲット材３としては、いわゆるメッシュ材
を用いたり、また目的材料からなるフィルム等にエッチ
ング等の化学的方法や電気化学的方法で細孔４を形成し
たり、あるいはレーザビーム等で細孔４を形成したもの
を使用することができる。なお、ターゲット材３は 1つ
に限らず、異なる材料からなる複数のターゲット材を積
層したものを使用することもできる。
【００１７】上記したターゲット材３としては、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の各種単体金属や合金、Ｓｉ等の半
導体、金属酸化物、金属塩化物、金属フッ化物、金属ホ
ウ化物等の化合物等、種々の固体材料を用いることがで
きるが、ターゲット材３の高エネルギービーム５に対す
る耐衝撃性、言い換えるとターゲット材３の結晶の結合
エネルギーによりほぼ決定される、ターゲット材３から
の構成原子または構成分子の離脱性等を考慮して、各種
条件を設定するものとする。
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の各種単体金属や合金、Ｓｉ等の半
導体、金属酸化物、金属塩化物、金属フッ化物、金属ホ
ウ化物等の化合物等、種々の固体材料を用いることがで
きるが、ターゲット材３の高エネルギービーム５に対す
る耐衝撃性、言い換えるとターゲット材３の結晶の結合
エネルギーによりほぼ決定される、ターゲット材３から
の構成原子または構成分子の離脱性等を考慮して、各種
条件を設定するものとする。
【００１８】ターゲット材３の細孔４は、超微粒子の形
成位置を提供すると共に、その内壁４ａが超微粒子の形
成材料、すなわちターゲット材３の構成原子や構成分子
の供給面となる。従って、細孔４の形状や配置、さらに
はターゲット材３の厚さ等は、得ようとする超微粒子の
形状や配置、高エネルギービーム５の入射角θ等を考慮
して設定するものとする。
成位置を提供すると共に、その内壁４ａが超微粒子の形
成材料、すなわちターゲット材３の構成原子や構成分子
の供給面となる。従って、細孔４の形状や配置、さらに
はターゲット材３の厚さ等は、得ようとする超微粒子の
形状や配置、高エネルギービーム５の入射角θ等を考慮
して設定するものとする。
【００１９】具体的には、細孔４の直径は 0.1〜 1×10
3 μm 、ターゲット材３の厚さは0.2〜 1×103 μm 程
度とすることが好ましい。細孔４の直径があまり小さか
ったり、またターゲット材３があまり薄いと、高エネル
ギービーム５の入射角θが制限を受けて超微粒子の形成
が困難となるおそれがあり、また細孔４の直径があまり
大きすぎたり、またターゲット材３があまり厚くても、
超微粒子の形成が困難となる。
3 μm 、ターゲット材３の厚さは0.2〜 1×103 μm 程
度とすることが好ましい。細孔４の直径があまり小さか
ったり、またターゲット材３があまり薄いと、高エネル
ギービーム５の入射角θが制限を受けて超微粒子の形成
が困難となるおそれがあり、また細孔４の直径があまり
大きすぎたり、またターゲット材３があまり厚くても、
超微粒子の形成が困難となる。
【００２０】また、細孔４の直径ｄとターゲット材３の
厚さｔは、高エネルギービーム５の入射角θに影響を及
ぼし、この高エネルギービーム５の入射角θは例えば直
径 1〜10nm程度の超微粒子を得る上で、20〜45°の範囲
となるように設定することが好ましいことから、細孔４
の直径ｄおよびターゲット材３の厚さｔは、ｔａｎ
-1（ｔ／ｄ）が20〜45°の範囲となるように設定するこ
とがより好ましい。さらに好ましくはｔａｎ-1（ｔ／
ｄ）が30〜45°の範囲となるように設定する。
厚さｔは、高エネルギービーム５の入射角θに影響を及
ぼし、この高エネルギービーム５の入射角θは例えば直
径 1〜10nm程度の超微粒子を得る上で、20〜45°の範囲
となるように設定することが好ましいことから、細孔４
の直径ｄおよびターゲット材３の厚さｔは、ｔａｎ
-1（ｔ／ｄ）が20〜45°の範囲となるように設定するこ
とがより好ましい。さらに好ましくはｔａｎ-1（ｔ／
ｄ）が30〜45°の範囲となるように設定する。
【００２１】上述したようなターゲット材３の細孔内壁
４ａに対して高エネルギービーム５を上方斜め方向から
照射すると、図１（ｂ）に示すように、ターゲット材３
の構成原子または構成分子が離脱（図中、点線矢印で示
す）して、これらが基板１上に付着（付着物６′）す
る。ここで、照射する高エネルギービーム５は、特に限
定されるものではなく、ターゲット材３から構成原子や
構成分子を離脱させ得るエネルギーを有していればよ
い。例えば、加速電圧 2〜 5kV、ビーム電流 0.1〜1mA
程度のアルゴンイオンビームのようなイオンビーム、こ
のイオンビームと同等の衝撃をターゲット材３に与える
ことができる電子線、レーザビーム、Ｘ線、γ線、中性
子線等が挙げられる。
４ａに対して高エネルギービーム５を上方斜め方向から
照射すると、図１（ｂ）に示すように、ターゲット材３
の構成原子または構成分子が離脱（図中、点線矢印で示
す）して、これらが基板１上に付着（付着物６′）す
る。ここで、照射する高エネルギービーム５は、特に限
定されるものではなく、ターゲット材３から構成原子や
構成分子を離脱させ得るエネルギーを有していればよ
い。例えば、加速電圧 2〜 5kV、ビーム電流 0.1〜1mA
程度のアルゴンイオンビームのようなイオンビーム、こ
のイオンビームと同等の衝撃をターゲット材３に与える
ことができる電子線、レーザビーム、Ｘ線、γ線、中性
子線等が挙げられる。
【００２２】高エネルギービーム５としてイオンビーム
を用いる場合、加速電圧やビーム電流が小さすぎると、
ターゲット材３から構成原子や構成分子を効率よく離脱
させることができず、一方加速電圧やビーム電流が大き
すぎると、ターゲット材３の損傷のみが増大して構成原
子や構成分子の離脱状態を制御することが困難となる。
高エネルギービーム５として電子線、レーザビーム、Ｘ
線、γ線、中性子線等を用いる場合についても同様であ
る。また、高エネルギービーム５の照射雰囲気は、使用
ビームに応じて設定すればよく、例えば真空雰囲気、ア
ルゴン雰囲気のような不活性雰囲気等が挙げられ、また
化合物からなる超微粒子を形成する場合には酸素含有雰
囲気や窒素雰囲気等を用いることもできる。
を用いる場合、加速電圧やビーム電流が小さすぎると、
ターゲット材３から構成原子や構成分子を効率よく離脱
させることができず、一方加速電圧やビーム電流が大き
すぎると、ターゲット材３の損傷のみが増大して構成原
子や構成分子の離脱状態を制御することが困難となる。
高エネルギービーム５として電子線、レーザビーム、Ｘ
線、γ線、中性子線等を用いる場合についても同様であ
る。また、高エネルギービーム５の照射雰囲気は、使用
ビームに応じて設定すればよく、例えば真空雰囲気、ア
ルゴン雰囲気のような不活性雰囲気等が挙げられ、また
化合物からなる超微粒子を形成する場合には酸素含有雰
囲気や窒素雰囲気等を用いることもできる。
【００２３】そして、上記した高エネルギービーム５の
照射を一定時間継続し、ターゲット材３から連続して構
成原子や構成分子を離脱させることによって、図１
（ｃ）に示すように、基板１上に目的とする超微粒子６
が形成される。なお、図１（ｃ）では、ターゲット材３
の細孔４に対応した基板１上にそれぞれ 1つの超微粒子
６が形成されている状態を図示したが、細孔４に対応し
た各位置に形成される超微粒子６の数は、細孔４の直径
や高エネルギービーム５の照射条件等により制御するこ
とができ、単体として分離された複数の超微粒子６を各
位置に形成することもできる。
照射を一定時間継続し、ターゲット材３から連続して構
成原子や構成分子を離脱させることによって、図１
（ｃ）に示すように、基板１上に目的とする超微粒子６
が形成される。なお、図１（ｃ）では、ターゲット材３
の細孔４に対応した基板１上にそれぞれ 1つの超微粒子
６が形成されている状態を図示したが、細孔４に対応し
た各位置に形成される超微粒子６の数は、細孔４の直径
や高エネルギービーム５の照射条件等により制御するこ
とができ、単体として分離された複数の超微粒子６を各
位置に形成することもできる。
【００２４】このようにして得られる超微粒子６は、そ
れぞれ基板１上の形成位置をターゲット材３の細孔４に
対応させた上で、例えば直径を 1〜10nm程度に制御する
ことができる。そして、複数の超微粒子６を分離した状
態で単体として形成することができる。高エネルギービ
ーム５の照射時間は、高エネルギービーム５の強度や目
的する超微粒子２の大きさ等に応じて適宜設定するもの
とする。
れぞれ基板１上の形成位置をターゲット材３の細孔４に
対応させた上で、例えば直径を 1〜10nm程度に制御する
ことができる。そして、複数の超微粒子６を分離した状
態で単体として形成することができる。高エネルギービ
ーム５の照射時間は、高エネルギービーム５の強度や目
的する超微粒子２の大きさ等に応じて適宜設定するもの
とする。
【００２５】上記した高エネルギービーム照射時の基板
１は、室温に保持された状態であってもよいし、また加
熱した状態としてもよい。これら基板１の温度は、得ら
れる超微粒子６の結晶状態に影響を及ぼし、基板１を室
温状態とした場合には、結晶性の低いあるいは非晶質状
態の超微粒子６が得られやすい。また、基板１を加熱し
た場合には、その温度により超微粒子６の結晶状態を制
御することができる。また、この超微粒子６の結晶状態
は、超微粒子形成後の基板加熱や電子線照射等によって
も制御することができる。さらに、上記した高エネルギ
ービーム５を照射する際に基板１を回転させてもよく、
これにより効率よく超微粒子６を形成することができ
る。
１は、室温に保持された状態であってもよいし、また加
熱した状態としてもよい。これら基板１の温度は、得ら
れる超微粒子６の結晶状態に影響を及ぼし、基板１を室
温状態とした場合には、結晶性の低いあるいは非晶質状
態の超微粒子６が得られやすい。また、基板１を加熱し
た場合には、その温度により超微粒子６の結晶状態を制
御することができる。また、この超微粒子６の結晶状態
は、超微粒子形成後の基板加熱や電子線照射等によって
も制御することができる。さらに、上記した高エネルギ
ービーム５を照射する際に基板１を回転させてもよく、
これにより効率よく超微粒子６を形成することができ
る。
【００２６】上述したように、基板１の温度、高エネル
ギービーム５の強度、照射時間、照射雰囲気、また基板
１の回転の有無および回転速度、ターゲット材３の厚
さ、細孔４の直径等によって、得られる超微粒子６の大
きさ、状態、数等を制御することができ、これらによっ
て使用目的に応じた種々の超微粒子６を得ることができ
る。そして、超微粒子６は基板１上のターゲット材３の
細孔４に対応した位置内に、分離した状態で単体として
形成することができるため、例えば超微粒子間のトンネ
ル効果や量子力学的効果（量子井戸、ミニバンド等）を
利用した電子デバイス、また高機能触媒等への応用が実
現可能となる。
ギービーム５の強度、照射時間、照射雰囲気、また基板
１の回転の有無および回転速度、ターゲット材３の厚
さ、細孔４の直径等によって、得られる超微粒子６の大
きさ、状態、数等を制御することができ、これらによっ
て使用目的に応じた種々の超微粒子６を得ることができ
る。そして、超微粒子６は基板１上のターゲット材３の
細孔４に対応した位置内に、分離した状態で単体として
形成することができるため、例えば超微粒子間のトンネ
ル効果や量子力学的効果（量子井戸、ミニバンド等）を
利用した電子デバイス、また高機能触媒等への応用が実
現可能となる。
【００２７】例えば、絶縁基板上に金属超微粒子を分離
した状態で多数形成し、金属超微粒子間に流れるトンネ
ル電流を利用してＭ−Ｉ−Ｍダイオードを作製したり、
このＭ−Ｉ−Ｍダイオードを多数使用してマイクロ波か
らミリ波・赤外領域まで応答する高速検波器や周波数混
合器を構成することが検討されているが、このような電
子デバイスを本発明の超微粒子６によれば制御した状態
で作製することが可能となる。
した状態で多数形成し、金属超微粒子間に流れるトンネ
ル電流を利用してＭ−Ｉ−Ｍダイオードを作製したり、
このＭ−Ｉ−Ｍダイオードを多数使用してマイクロ波か
らミリ波・赤外領域まで応答する高速検波器や周波数混
合器を構成することが検討されているが、このような電
子デバイスを本発明の超微粒子６によれば制御した状態
で作製することが可能となる。
【００２８】また、上記した高速検波器や周波数混合器
等に限らず、本発明の超微粒子６によれば各種ダイオー
ド、ジョセフソン接合素子、量子井戸やミニバンド等を
利用した素子等の種々の電子デバイスを作製することが
でき、さらには非線形光学材料、触媒、生体用材料、原
子フィルタ等の各種機能材料に本発明の超微粒子６を応
用することができる。さらに、上記した各種電子デバイ
スや機能材料等に本発明の超微粒子６を応用する際に、
超微粒子６の構成材料や結晶状態等を制御することがで
きることから、応用可能性の探索や応用範囲の拡大等を
図ることが可能となる。
等に限らず、本発明の超微粒子６によれば各種ダイオー
ド、ジョセフソン接合素子、量子井戸やミニバンド等を
利用した素子等の種々の電子デバイスを作製することが
でき、さらには非線形光学材料、触媒、生体用材料、原
子フィルタ等の各種機能材料に本発明の超微粒子６を応
用することができる。さらに、上記した各種電子デバイ
スや機能材料等に本発明の超微粒子６を応用する際に、
超微粒子６の構成材料や結晶状態等を制御することがで
きることから、応用可能性の探索や応用範囲の拡大等を
図ることが可能となる。
【００２９】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。
る。
【００３０】実施例１
まず、図１に示した超微粒子の製造工程において、基板
１として炭素フィルムを用い、この炭素フィルム上にタ
ーゲット材３として、直径 100μm の細孔４を多数有す
るＰｔメッシュ（厚さ:200μm)を配置した。これらをＣ
ｕメッシュからなる支持部材２上に配置した状態で真空
室内の室温ステージ上にセットした。
１として炭素フィルムを用い、この炭素フィルム上にタ
ーゲット材３として、直径 100μm の細孔４を多数有す
るＰｔメッシュ（厚さ:200μm)を配置した。これらをＣ
ｕメッシュからなる支持部材２上に配置した状態で真空
室内の室温ステージ上にセットした。
【００３１】次いで、炭素フィルムをＰｔメッシュと共
に 2rpm で回転させながら、Ｐｔメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3.0kV、ビーム電流0.25mAのＡｒイオンビ
ームを斜め方向から 180秒間照射した。Ａｒイオンビー
ムの入射角θは40°とした。また、Ａｒイオンビーム照
射時の雰囲気は 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）と
した。
に 2rpm で回転させながら、Ｐｔメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3.0kV、ビーム電流0.25mAのＡｒイオンビ
ームを斜め方向から 180秒間照射した。Ａｒイオンビー
ムの入射角θは40°とした。また、Ａｒイオンビーム照
射時の雰囲気は 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）と
した。
【００３２】上記したＡｒイオンビームの照射後に、炭
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＰｔメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＰｔ超
微粒子が形成されていることが確認された。図２にその
ＴＥＭ観察結果を模式的に示す。図２に示されるよう
に、炭素フィルム１１上にＰｔ超微粒子１２が分離した
状態で多数存在していた。
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＰｔメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＰｔ超
微粒子が形成されていることが確認された。図２にその
ＴＥＭ観察結果を模式的に示す。図２に示されるよう
に、炭素フィルム１１上にＰｔ超微粒子１２が分離した
状態で多数存在していた。
【００３３】これらＰｔ超微粒子１２の直径を調べた結
果を図３（ａ）に示す。図２および図３（ａ）に示すよ
うに、この実施例では平均直径が2.41nmの多数のＰｔ超
微粒子１２を分離した状態で得ることができた。なお、
図３（ｂ）はＡｒイオンビームの加速電圧 3.5kVとする
以外は、同一条件下で作製したＰｔ超微粒子の直径を調
べた結果である。このように、Ａｒイオンビームの照射
条件を変化させることによって、Ｐｔ超微粒子の直径を
制御することができる。
果を図３（ａ）に示す。図２および図３（ａ）に示すよ
うに、この実施例では平均直径が2.41nmの多数のＰｔ超
微粒子１２を分離した状態で得ることができた。なお、
図３（ｂ）はＡｒイオンビームの加速電圧 3.5kVとする
以外は、同一条件下で作製したＰｔ超微粒子の直径を調
べた結果である。このように、Ａｒイオンビームの照射
条件を変化させることによって、Ｐｔ超微粒子の直径を
制御することができる。
【００３４】また、図４（ａ）に形成直後のＰｔ超微粒
子１２の電子線回折パターンを模式的に示す。この図か
らは形成直後のＰｔ超微粒子４は結晶性の低い粒子であ
ることが分かる。そこで、このＰｔ超微粒子４に 1×10
20e/cm2 ・sec の電子線を240秒間照射したところ、図
４（ｂ）に示す電子線回折パターンの模式図から分かる
ように、Ｐｔ超微粒子の結晶性が向上した。このよう
に、形成したＰｔ超微粒子に電子線を照射することによ
って、結晶性を向上させることができる。
子１２の電子線回折パターンを模式的に示す。この図か
らは形成直後のＰｔ超微粒子４は結晶性の低い粒子であ
ることが分かる。そこで、このＰｔ超微粒子４に 1×10
20e/cm2 ・sec の電子線を240秒間照射したところ、図
４（ｂ）に示す電子線回折パターンの模式図から分かる
ように、Ｐｔ超微粒子の結晶性が向上した。このよう
に、形成したＰｔ超微粒子に電子線を照射することによ
って、結晶性を向上させることができる。
【００３５】このように、ＰｔメッシュにＡｒイオンビ
ームを斜め方向から照射することによって、Ｐｔメッシ
ュからＰｔ原子が離脱するため、多数のＰｔ超微粒子を
炭素フィルムからなる基板上のＰｔメッシュの細孔に対
応した位置内に形成することができる。従って、分離し
た状態で存在する多数のＰｔ超微粒子を容易に得ること
ができ、その大きさも制御することができる。さらに、
Ｐｔメッシュの細孔の形成位置やＰｔメッシュに対する
Ａｒイオンビームの照射領域等を変化させることによっ
て、Ｐｔ超微粒子の形成位置等を制御することができ
る。
ームを斜め方向から照射することによって、Ｐｔメッシ
ュからＰｔ原子が離脱するため、多数のＰｔ超微粒子を
炭素フィルムからなる基板上のＰｔメッシュの細孔に対
応した位置内に形成することができる。従って、分離し
た状態で存在する多数のＰｔ超微粒子を容易に得ること
ができ、その大きさも制御することができる。さらに、
Ｐｔメッシュの細孔の形成位置やＰｔメッシュに対する
Ａｒイオンビームの照射領域等を変化させることによっ
て、Ｐｔ超微粒子の形成位置等を制御することができ
る。
【００３６】実施例２
まず、基板として炭素フィルムを用い、この炭素フィル
ム上にターゲット材として、直径 100μm の細孔を多数
有するＡｕメッシュ（厚さ:200μm)を配置した。これら
をＣｕメッシュからなる支持部材上に配置した状態で、
真空室内の室温ステージ上にセットした。
ム上にターゲット材として、直径 100μm の細孔を多数
有するＡｕメッシュ（厚さ:200μm)を配置した。これら
をＣｕメッシュからなる支持部材上に配置した状態で、
真空室内の室温ステージ上にセットした。
【００３７】次いで、炭素フィルムをＡｕメッシュと共
に 2rpm で回転させながら、Ａｕメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3kV、ビーム電流 0.5mAのＡｒイオンビー
ムを斜め方向から 200秒間照射した。Ａｒイオンビーム
の入射角θは35°とした。また、Ａｒイオンビーム照射
時の雰囲気は、 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）と
した。
に 2rpm で回転させながら、Ａｕメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3kV、ビーム電流 0.5mAのＡｒイオンビー
ムを斜め方向から 200秒間照射した。Ａｒイオンビーム
の入射角θは35°とした。また、Ａｒイオンビーム照射
時の雰囲気は、 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）と
した。
【００３８】上記したＡｒイオンビームの照射後に、炭
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＡｕメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＡｕ超
微粒子が形成されていることが確認された。得られたＡ
ｕ超微粒子の平均直径は 2.4nmであった。
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＡｕメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＡｕ超
微粒子が形成されていることが確認された。得られたＡ
ｕ超微粒子の平均直径は 2.4nmであった。
【００３９】実施例３
まず、基板として炭素フィルムを用い、この炭素フィル
ム上にターゲット材として直径 150μm の細孔を多数有
するＳｉメッシュ（厚さ:300μm)を配置した。なお、こ
のＳｉメッシュはフッ酸でエッチングして細孔を形成し
たものである。これらをＣｕメッシュからなる支持部材
上に配置した状態で、真空室内の室温ステージ上にセッ
トした。
ム上にターゲット材として直径 150μm の細孔を多数有
するＳｉメッシュ（厚さ:300μm)を配置した。なお、こ
のＳｉメッシュはフッ酸でエッチングして細孔を形成し
たものである。これらをＣｕメッシュからなる支持部材
上に配置した状態で、真空室内の室温ステージ上にセッ
トした。
【００４０】次いで、炭素フィルムをＳｉメッシュと共
に 2rpm で回転させながら、Ｓｉメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3.5kV、ビーム電流 0.5mAのＡｒイオンビ
ームを斜め方向から 300秒間照射した。Ａｒイオンビー
ムの入射角θは40°とした。また、Ａｒイオンビーム照
射時の雰囲気は、 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）
とした。
に 2rpm で回転させながら、Ｓｉメッシュの細孔内壁
に、加速電圧 3.5kV、ビーム電流 0.5mAのＡｒイオンビ
ームを斜め方向から 300秒間照射した。Ａｒイオンビー
ムの入射角θは40°とした。また、Ａｒイオンビーム照
射時の雰囲気は、 1×10-3Pa程度の真空（Ａｒを含む）
とした。
【００４１】上記したＡｒイオンビームの照射後に、炭
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＳｉメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＳｉ超
微粒子が形成されていることが確認された。得られたＳ
ｉ超微粒子の平均直径は 3nmであった。
素フィルム上をＴＥＭ観察したところ、炭素フィルム上
のＳｉメッシュの細孔に対応した位置に、多数のＳｉ超
微粒子が形成されていることが確認された。得られたＳ
ｉ超微粒子の平均直径は 3nmであった。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば単
体として各種制御や操作が可能で、特に形成位置の制御
性に優れる超微粒子を得ることができる。従って、超微
粒子の物性研究や応用開発等に大きく寄与するものであ
る。
体として各種制御や操作が可能で、特に形成位置の制御
性に優れる超微粒子を得ることができる。従って、超微
粒子の物性研究や応用開発等に大きく寄与するものであ
る。
【図１】 本発明の超微粒子の製造過程の一実施形態を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
【図２】 本発明の一実施例で作製したＰｔ超微粒子の
ＴＥＭ観察結果を模式的に示す図である。
ＴＥＭ観察結果を模式的に示す図である。
【図３】 本発明の一実施例で作製したＰｔ超微粒子の
直径の測定結果を示す図である。
直径の測定結果を示す図である。
【図４】 本発明の一実施例で作製したＰｔ超微粒子の
電子線回折結果を模式的に示す図である。
電子線回折結果を模式的に示す図である。
１………基板
３………ターゲット材
４………細孔
４ａ……細孔内壁
５………高エネルギービーム
６………超微粒子
１１……炭素フィルム
１２……Ｐｔ超微粒子
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−227766（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−54005（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−282265（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−53717（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−150347（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/203
B01J 19/12
C23C 14/46
B22F 9/02
H01L 39/24
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に分離した状態で存在する超微粒
子であって、前記超微粒子は前記基板上に配置された細
孔を有するターゲット材への高エネルギービームの斜め
照射により離脱した前記ターゲット材の構成原子または
構成分子からなると共に、前記ターゲット材の細孔に対
応した位置に形成されていることを特徴とする超微粒
子。 - 【請求項２】 請求項１記載の超微粒子において、 前記超微粒子は、前記基板上に分離した状態で複数存在
することを特徴とする超微粒子。 - 【請求項３】 請求項１記載の超微粒子において、 前記超微粒子は、金属超微粒子、半導体微粒子または化
合物超微粒子からなることを特徴とする超微粒子。 - 【請求項４】 基板上に細孔を有するターゲット材を配
置し、前記ターゲット材の細孔内壁に対して高エネルギ
ービームを斜め方向から照射して、前記ターゲット材の
構成原子または構成分子を離脱させ、この離脱させた前
記ターゲット材の構成原子または構成分子を前記基板に
付着させて、前記基板上の前記ターゲット材の細孔に対
応した位置に超微粒子を形成することを特徴とする超微
粒子の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の超微粒子の製造方法にお
いて、 前記ターゲット材の複数の細孔内壁に、前記高エネルギ
ービームを同時に斜め方向から照射することにより、前
記基板上に分離した複数の前記超微粒子を形成すること
を特徴とする超微粒子の製造方法。 - 【請求項６】 請求項４記載の超微粒子の製造方法にお
いて、 前記基板として、金属基板、非金属基板、半導体基板ま
たは化合物基板を用いることを特徴とする超微粒子の製
造方法。 - 【請求項７】 請求項４記載の超微粒子の製造方法にお
いて、 前記超微粒子として、金属超微粒子、半導体微粒子また
は化合物超微粒子を形成することを特徴とする超微粒
子。 - 【請求項８】 請求項４記載の超微粒子の製造方法にお
いて、 前記高エネルギービームとして、イオンビームを用いる
ことを特徴とする超微粒子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12664296A JP3373357B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 超微粒子およびその製造方法 |
| US08/861,019 US6017630A (en) | 1996-05-22 | 1997-05-21 | Ultrafine particle and production method thereof, production method of ultrafine particle bonded body, and fullerene and production method thereof |
| DE69723503T DE69723503T2 (de) | 1996-05-22 | 1997-05-22 | Ultrafeines Partikel, Verfahren seiner Herstellung, Herstellung von Formkörper aus diesen Partikeln und Fullerenes und deren Herstellungsverfahren |
| EP97303487A EP0808682B1 (en) | 1996-05-22 | 1997-05-22 | Ultrafine particle and production method thereof, production method of ultrafine particle bonded body, and fullerene and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12664296A JP3373357B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 超微粒子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09312261A JPH09312261A (ja) | 1997-12-02 |
| JP3373357B2 true JP3373357B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=14940260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12664296A Expired - Fee Related JP3373357B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 超微粒子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3373357B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006255870A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Nagoya Institute Of Technology | マイクロ・ナノ積層構造体及びその製造方法 |
| JP2006255869A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Nagoya Institute Of Technology | ナノ薄膜複合構造体及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-05-22 JP JP12664296A patent/JP3373357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09312261A (ja) | 1997-12-02 |
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