JP4411033B2 - Structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、構造体、及びその製造方法に係り、アルミニウムとシリコンの混合体、特にボロン、窒素、水素、カーボンが含まれた混合体、さらに混合体から得られる多孔質体及びそれらの製造方法に関し、特に平均孔径が10nm以下で、平均間隔が15nm以下の微細な細孔がシリコン領域により互いに分離されており、該細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に形成されているナノメータサイズの構造体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a structure and a method for producing the same, and a mixture of aluminum and silicon, particularly a mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon, a porous body obtained from the mixture, and a method for producing the same. In particular, fine pores having an average pore diameter of 10 nm or less and an average interval of 15 nm or less are separated from each other by a silicon region, and the pores are formed perpendicular or almost perpendicular to the membrane surface. The present invention relates to a structure and a manufacturing method thereof.

金属及び半導体の薄膜、細線、ドットなどでは、ある特徴的な長さより小さなサイズにおいて、電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気的、光学的、化学的特性を示すことがある。このような観点から、機能性材料として、数十nmより微細なサイズ(幅や厚さなど)をもつ構造を有する材料(以降、「ナノ混合体」)への関心が高まっている。こうしたナノ混合体の作製方法としては、例えば、フォトリソグラフィーをはじめ、電子線露光、X線露光などの微細パターン形成技術をはじめとする半導体加工技術によって直接的にナノ混合体を作製する方法が挙げられる。   Metal and semiconductor thin films, thin wires, dots, and the like may exhibit unique electrical, optical, and chemical properties by confining the movement of electrons in a size smaller than a certain characteristic length. From such a viewpoint, as a functional material, there is an increasing interest in a material (hereinafter, “nano mixture”) having a structure having a size (width, thickness, etc.) finer than several tens of nm. As a method for producing such a nanomixture, for example, a method of directly producing a nanomixture by a semiconductor processing technique including a fine pattern forming technique such as photolithography, electron beam exposure, and X-ray exposure is cited. It is done.

しかし、この半導体加工技術による直接的なナノ混合体の製造は、歩留まりの悪さや装置のコストが高いなどの問題があり、簡易な手法で再現性よく作製できる手法が望まれている。   However, direct nanomixture production by this semiconductor processing technique has problems such as poor yield and high device cost, and a technique that can be produced with a simple technique and good reproducibility is desired.

そこで、このような半導体加工技術によるナノ混合体の作製方法のほかに、自然に形成される規則的な構造、すなわち自己規則的に形成される構造をベースに、新規なナノ混合体を実現しようとする試みがある。これらの手法は、ベースとして用いる微細構造によっては、従来の方法を上まわる微細で特殊な構造を作製できる可能性があるため、多くの研究が行われはじめている。   Therefore, in addition to the method for producing nanomixtures by semiconductor processing technology, let us realize a novel nanomixture based on a naturally formed regular structure, that is, a self-regularly formed structure. There is an attempt to do. Many of these techniques are being studied because there is a possibility that a fine and special structure can be produced over the conventional method depending on the fine structure used as a base.

このような自己規則的手法として、ナノサイズの細孔を有するナノ混合体を制御よく大面積に形成できる陽極酸化が挙げられる。たとえば、アルミニウムを酸性浴中で陽極酸化することで作製する陽極酸化アルミナが知られている。   As such a self-regular method, anodization capable of forming a nano mixture having nano-sized pores in a large area with good control can be mentioned. For example, anodized alumina prepared by anodizing aluminum in an acidic bath is known.

まず、アルミニウムの陽極酸化は、アルミニウム板あるいは基板上に形成されたアルミニウム膜を酸性電解質中で陽極酸化すると、多孔質酸化被膜(陽極酸化アルミナ)が形成される。この多孔質酸化被膜の特徴は、直径が数nm〜数百nmの極めて微細な円柱状細孔(ナノホール)が、数十nm〜数百nmの間隔(セルサイズ)で平行に配列するという特異的な幾何学的構造を有することにある。この円柱状の細孔は、細孔間隔が数十nm以上の場合では、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも比較的優れている。この細孔の径及び間隔は、陽極酸化における酸の種類、電圧を調整することによりある程度の制御が可能である。具体的には電圧を低下させると細孔の間隔を低減できる。また、陽極酸化被膜の厚さ及び細孔の深さは、陽極酸化の時間を制御することにより、ある程度の制御が可能である。   First, in anodization of aluminum, when an aluminum film formed on an aluminum plate or substrate is anodized in an acidic electrolyte, a porous oxide film (anodized alumina) is formed. The feature of this porous oxide film is the uniqueness that extremely fine cylindrical pores (nanoholes) with a diameter of several nanometers to several hundred nanometers are arranged in parallel at intervals (cell size) of several tens of nanometers to several hundred nanometers It has a typical geometric structure. These cylindrical pores have a high aspect ratio and relatively excellent cross-sectional diameter uniformity when the pore spacing is several tens of nanometers or more. The diameter and interval of the pores can be controlled to some extent by adjusting the type of acid and voltage in anodization. Specifically, when the voltage is lowered, the interval between the pores can be reduced. Further, the thickness of the anodized film and the depth of the pores can be controlled to some extent by controlling the anodizing time.

また、この陽極酸化アルミナの特異的な幾何学構造、あるいは色彩・耐久性に着目した、さまざまな応用が試みられている。非特許文献2による解説が詳しいが、以下、応用例を列記する。たとえば、皮膜を剥離してフィルターへの応用がある。さらには、ナノホール内に金属や半導体等を充填する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用いることより、着色、磁気記録媒体、EL発光素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサをはじめとするさまざまな応用が試みられている。さらには、量子細線、MIM素子などの量子効果デバイス、ナノホールを化学反応場として用いる分子センサー、など多方面への応用が期待されている(非特許文献1参照)。   In addition, various applications have been attempted focusing on the specific geometric structure, color, and durability of the anodized alumina. Detailed explanation by Non-Patent Literature 2 is detailed, but application examples are listed below. For example, there is an application to a filter by peeling a film. Furthermore, by using technology to fill metals, semiconductors, etc. in nanoholes and replica technology of nanoholes, including coloring, magnetic recording media, EL light emitting devices, electrochromic devices, optical devices, solar cells, gas sensors, etc. Various applications have been attempted. Furthermore, it is expected to be applied to various fields such as quantum effect devices such as quantum wires and MIM elements, and molecular sensors using nanoholes as chemical reaction fields (see Non-Patent Document 1).

また、このような陽極酸化アルミナの他に、ナノサイズの細孔を有するナノ混合体を作製する方法として、シリコンの陽極化成がある。このシリコンの陽極化成は結晶シリコンあるいは多結晶シリコンをHF(フッ化水素酸)をベースとした水溶液中で陽極化成を行うと多孔質シリコンが形成される(非特許文献2等参照)。この多孔質シリコンは表面あるいは内部に1〜数10nm程度の微小細孔が無数に存在している。この微小細孔はマクロに見た場合、ほぼ膜面に対して垂直な構造となっているが、その形状や密度は陽極化成の条件によって大きく変化する。   In addition to such anodized alumina, as a method for producing a nanomixture having nanosized pores, there is anodization of silicon. In the anodization of silicon, porous silicon is formed when anodization of crystalline silicon or polycrystalline silicon in an aqueous solution based on HF (hydrofluoric acid) is performed (see Non-Patent Document 2, etc.). This porous silicon has innumerable micropores of about 1 to several tens of nm on the surface or inside. The macropores have a structure substantially perpendicular to the film surface when viewed macroscopically, but their shape and density vary greatly depending on the conditions of anodization.

このような観点から自己規則的手法、特にアルミニウムの陽極酸化やシリコンの陽極化成の手法は、ナノ混合体を容易かつ大面積に作製することができる特性は注目に値する。特に、陽極酸化アルミナあるいは陽極化成シリコン(多孔質シリコン)中の微小細孔を、基板に垂直に、かつ、非常に高密度に作製した構造は、量子効果を利用したデバイスへの応用、あるいは超高密度記録媒体を作製する為には重要である。
益田、「固体物理」31、1996年、p.493 D. R. Turner: "J. Electrochem. Soc. " 105, 1985, p.402 M. I. J. Beale, N. G. Chew, M. J. Uren, A. G. Cullis, J. D. Benjamin: Appl. Phys. Lett. 46, 1985, p.86
From this point of view, the self-regular method, particularly the method of anodizing aluminum or anodizing silicon, is notable for its ability to easily produce a nanomixture in a large area. In particular, the structure in which micropores in anodized alumina or anodized silicon (porous silicon) are made perpendicular to the substrate and at a very high density can be applied to devices using quantum effects, or This is important for producing a high-density recording medium.
Masuda, "Solid Physics" 31, 1996, p.493 DR Turner: "J. Electrochem. Soc." 105, 1985, p.402 MIJ Beale, NG Chew, MJ Uren, AG Cullis, JD Benjamin: Appl.Phys. Lett. 46, 1985, p.86

ところで一方、本発明者らは、このようなナノ混合体のデバイスへの応用形態の検討の過程において、ナノ混合体として、平均孔径10nm以下のサイズのナノホールを高密度に形成することが可能であれば、ナノ混合体のデバイスへの応用範囲をより拡大させることができるとの認識を持つに至った。即ち、例えば、孔径が10nm以下のナノホールを間隔15nm以下で形成し、その中に金属や半導体などの電気伝導材料を形成することで単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応できる。   On the other hand, the present inventors can form nanoholes with an average pore diameter of 10 nm or less as a nanomixture in a high density in the process of studying the application form of such nanomixtures to devices. If it exists, it came to the recognition that the application range to the device of a nano mixture could be expanded further. That is, for example, by forming nanoholes having a pore diameter of 10 nm or less at intervals of 15 nm or less and forming an electrically conductive material such as metal or semiconductor in the nanoholes, it can be applied to quantum effect devices such as single-electron memories and single-electron transistors.

また、ナノ混合体を構成する材料がシリコンを主成分とする材料であれば、酸やアルカリに対する耐性が陽極酸化により作製されたアルミニウムの酸化物に比べて高くなり、ナノ混合体のデバイスへの応用範囲をより拡大させることができるとの認識を持つに至った。   In addition, if the material constituting the nanomixture is a material mainly composed of silicon, the resistance to acids and alkalis is higher than that of aluminum oxide produced by anodization, and the nanomixture can be applied to devices. We came to realize that the range of applications could be expanded.

しかしながら、アルミニウムの陽極酸化では、細孔の間隔を10nm以下にするために、陽極酸化電圧を低下させると、図8に示すように、お互いの細孔81,82が陽極酸化アルミナ83で形成される壁で隔たれなくなり、細孔を独立化させることが困難になる。また、母体材料が陽極酸化で作製されたアルミナであるため、酸やアルカリに対して比較的容易に溶け、化学薬品に対する耐久性に劣る。また、図8のように、細孔下部には基板84と細孔81、82の間にバリア層85と呼ばれる陽極酸化アルミナ膜が形成されるため、この細孔内に金属などの材料を電気メッキで充填するときに、このバリア層を削除する工程や交流電界を使う方法などが必要となる。   However, in the anodization of aluminum, when the anodic oxidation voltage is lowered in order to make the pore interval 10 nm or less, the mutual pores 81 and 82 are formed of anodized alumina 83 as shown in FIG. It becomes difficult to make the pores independent by separating the walls. Further, since the base material is alumina made by anodic oxidation, it dissolves relatively easily in acids and alkalis and is inferior in durability to chemicals. Further, as shown in FIG. 8, an anodized alumina film called a barrier layer 85 is formed between the substrate 84 and the pores 81 and 82 at the lower part of the pores. When filling with plating, a process of removing the barrier layer, a method using an alternating electric field, and the like are required.

また、シリコンの陽極化成では、マクロ的に見た場合、細孔は膜面に対して垂直に形成されているが、より詳細に観察すると、図9のようにランダムもしくは樹状に細孔91を伸ばした構造となっているため、細孔の形状が一定でなくなり、単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応するのが難しいことがある。(非特許文献3参照)。   Further, in the anodization of silicon, when viewed macroscopically, the pores are formed perpendicular to the film surface. However, when observed in more detail, the pores 91 are randomly or dendriticly as shown in FIG. Therefore, the shape of the pores is not constant, and it may be difficult to adapt to quantum effect devices such as single-electron memory and single-electron transistor. (Refer nonpatent literature 3).

このような技術的背景により、本発明者らは種々検討を重ねた結果、細孔の平均孔径が10nm以下であり、かつ、細孔の平均間隔が15nm以下であり、該細孔が柱状形状でお互いに独立し、かつ膜面に対して垂直またはほぼ垂直であり、該細孔を隔てる壁材料が化学薬品に耐久性が高いシリコンからなり、かつ基板と細孔が直接つながることが可能なシリコンナノ混合体を形成できる方法を見出し、本発明に至った。   Due to such technical background, the present inventors have conducted various studies. As a result, the average pore diameter of the pores is 10 nm or less, and the average interval between the pores is 15 nm or less, and the pores are columnar. Independently from each other and perpendicular or nearly perpendicular to the membrane surface, the wall material separating the pores is made of silicon highly resistant to chemicals, and the substrate and the pores can be directly connected The present inventors have found a method capable of forming a silicon nanomixture and have reached the present invention.

即ち、本発明は、各種デバイスへの応用範囲をより拡大し得る新規な構成を有するシリコンナノ混合体を提供するものである。   That is, the present invention provides a silicon nanomixture having a novel configuration that can further expand the range of application to various devices.

また、本発明は、新規な構造を有するデバイスへの応用範囲をより拡大し得る新規な構成を有するシリコンナノ混合体の製造方法を提供するものである。   Moreover, this invention provides the manufacturing method of the silicon nano mixture which has a novel structure which can expand the application range to the device which has a novel structure more.

本発明にかかる構造体は、柱状の第一の部材と、前記第一の部材を取り囲む第二の部材からなる構造体において、該構造体にボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも1種類以上の成分を含有していることを特徴とする。   The structure according to the present invention is a structure composed of a columnar first member and a second member surrounding the first member. The structure includes at least one of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon. It is characterized by containing the following components.

前記第一の部材は、アルミニウムを含有していることが好適である。   The first member preferably contains aluminum.

前記第二の部材は、シリコン、又はシリコンとゲルマニウムを含有していることが好適である。   The second member preferably contains silicon or silicon and germanium.

前記ボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも1種類以上の成分の割合は、第一の部材と第二の部材の合計に対して30atomic%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.5atomic%以上20atomic%以下である。   The proportion of at least one component of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon is preferably 30 atomic% or less with respect to the total of the first member and the second member. More preferably, it is 0.5 atomic% or more and 20 atomic% or less.

前記第一の部材は、その径が50nm以下であることが好ましい。より好ましくは、10nm以下である。   The first member preferably has a diameter of 50 nm or less. More preferably, it is 10 nm or less.

前記第一の部材は、その間隔が30nm以下、より好ましくは15nm以下である。   The first member has an interval of 30 nm or less, more preferably 15 nm or less.

上記構造体から第一の部材を除去して形成される孔を有する構造体を構成することも好ましい。   It is also preferable to constitute a structure having holes formed by removing the first member from the structure.

本発明にかかる構造体の製造方法は、基体上にアルミニウムとシリコンゲルマニウム(ただし、シリコンのみである場合を含み、ゲルマニウムのみである場合を除く)を主成分とし、ボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも一つ以上の元素が含まれる膜を非平衡状態の成膜法で成膜することにより、アルミニウムを主成分として構成される柱状の第一の部材と、該第一の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域を有する第二の部材とを有し、且つ、ボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも一つ以上の元素を30atomic%以下の割合で含有する構造体を形成することを特徴とする。   The manufacturing method of the structure according to the present invention is mainly composed of aluminum and silicon germanium (including the case of only silicon but excluding the case of only germanium) on the substrate, and contains boron, nitrogen, hydrogen, and carbon. A film including at least one element is formed by a non-equilibrium film forming method to form a columnar first member composed mainly of aluminum and silicon surrounding the first member. And a second member having a germanium region, and a structure containing at least one element of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon at a ratio of 30 atomic% or less.

本発明にかかる構造体の製造方法は、基体上にアルミニウムとシリコンゲルマニウム(ただし、シリコンのみである場合を含み、ゲルマニウムのみである場合を除く)を主成分とする膜を非平衡状態の成膜法で成膜し、アルミニウムを含み構成される柱状の第一の部材と、該第一の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域を有する第二の部材とを有する構造体を形成する工程と、該構造体にボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも一つ以上の元素をアルミニウムとシリコンゲルマニウムの合計に対して30atomic%以下の割合で含有させる工程を有する。   The structure manufacturing method according to the present invention is a film in which a film mainly composed of aluminum and silicon germanium (including the case of only silicon and excluding only germanium) is formed on a substrate in a non-equilibrium state. Forming a structure having a columnar first member comprising aluminum and a second member having a silicon germanium region surrounding the first member, and the structure And adding at least one element of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon at a ratio of 30 atomic% or less with respect to the total of aluminum and silicon germanium.

上記構造体の製造方法において、前記アルミニウムを含み構成される柱状の第一の部材のみを選択的に除去し、柱状形状の細孔を形成する工程をさらに有してもよい。   The structure manufacturing method may further include a step of selectively removing only the columnar first member including aluminum and forming columnar pores.

本発明は、第一の材料と第二の材料とで形成される混合体、又はその第一の材料を除去した多孔質体で構成される構造体であって、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有により、上記種の構造体の形成を阻害せず、かつ耐酸、アルカリ性の向上と耐磨耗性の向上を達成することができる。これにより、各種デバイスへの応用範囲をより拡大し得る新規な構成を有するシリコンナノ混合体及びその製造方法を提供することができる。 The present invention is a structure composed of a mixture formed of a first material and a second material, or a porous body from which the first material is removed, and boron, nitrogen, or hydrogen In addition, by containing carbon, the formation of the two kinds of structures can be prevented, and acid resistance, alkalinity improvement, and wear resistance improvement can be achieved. Thereby, the silicon nanomixture which has a novel structure which can expand the application range to various devices more, and its manufacturing method can be provided.

以下、本発明に係る構造体、及びその製造方法の実施の形態を図1〜図7を参照して説明する。   Embodiments of a structure and a method for manufacturing the structure according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施形態では、第一の材料と第二の材料に対して、第三の材料として少なくともボロン、窒素、水素、カーボンのうち一種類以上を含有することを特徴とするため、これらの組成を示す方法として、第一の材料をA、第二の材料をB、第三の材料をCとした場合に、次式に含まれるx、yを用いて、材料の組成を表現することとする。   In the present embodiment, the first material and the second material are characterized by containing at least one of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon as the third material. As a method shown, when the first material is A, the second material is B, and the third material is C, the composition of the material is expressed using x and y included in the following formula. .

(Ax1-xy1-y
ここで、x、yは、0から1の間の値をとることが可能であり、100倍することでatomic%に換算することができるものとする。以下、材料の組成はこの表記を適用する。
(A x B 1-x ) y C 1-y
Here, x and y can take values between 0 and 1, and can be converted to atomic% by multiplying by 100. Hereinafter, this notation is applied to the composition of the material.

(実施形態1:混合体)
本実施形態は、混合体に適用したものである。本実施形態に係る混合体に関して、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1: Mixture)
This embodiment is applied to a mixture. The mixture according to this embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、柱状構造体を有し第一の材料を主成分とする領域(第一の部材)11と、それを取り囲む第二の材料を主成分とする領域(第二の部材)12からなる混合体14を示しており、図1(a)及び(b)はそれぞれ、上面図と断面図である。13は基板である。   FIG. 1 shows a region (first member) 11 having a columnar structure and having a first material as a main component, and a region (second member) 12 having a second material as a main component that surrounds it. FIG. 1A and FIG. 1B are a top view and a cross-sectional view, respectively. Reference numeral 13 denotes a substrate.

図1中の混合体14は、第一の材料を主成分とする領域11が、第二の材料を主成分とする領域12に取り囲まれており、且つ混合体14には第二の材料が、0.3≦x≦0.8(20atomic%以上70atomic%以下)となる割合で含まれている。この割合の範囲であれば、実質的に柱状の部材がそれを取り囲むマトリックス領域に分散した混合体14の提供が可能である。   In the mixture 14 in FIG. 1, a region 11 containing a first material as a main component is surrounded by a region 12 containing a second material as a main component, and the mixture 14 contains a second material. , 0.3 ≦ x ≦ 0.8 (20 atomic% or more and 70 atomic% or less). When the ratio is within this range, it is possible to provide the mixture 14 in which substantially columnar members are dispersed in a matrix region surrounding the member.

なお、混合体14が形成される下地の基板形状にもよるが、その基板形状が水平であれば柱状の部材は、基板13にほぼ垂直な配置をとる。この場合、混合体14に含まれるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンのうち一つ以上の元素は、第一の材料と第二の材料の双方に分散して存在してもよい。ただし、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンは、第一の材料と第二の材料の合計に対して、0.7≦y<1(30atomic%以下)となる割合で含有されていることが好ましい。また、好ましくは0.8≦y≦0.995(0.5atomic%以上20atomic%以下)である。ただし、この割合の範囲において、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンは、比較的厳密に定量することが困難であることから、割合に多少の揺らぎが生じることを排除するものではない。   Although depending on the shape of the underlying substrate on which the mixture 14 is formed, if the substrate shape is horizontal, the columnar members are arranged substantially perpendicular to the substrate 13. In this case, one or more elements of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon contained in the mixture 14 may be dispersed in both the first material and the second material. However, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon must be contained in a ratio of 0.7 ≦ y <1 (30 atomic% or less) with respect to the total of the first material and the second material. Is preferred. Further, preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995 (0.5 atomic% or more and 20 atomic% or less). However, since it is difficult to quantitatively determine boron, nitrogen, hydrogen, or carbon within this ratio range, it does not exclude that some fluctuation occurs in the ratio.

第二の材料の割合は、好ましくは0.35≦x≦0.75となる割合であり、より好ましくは0.40≦x≦0.70となる割合である。この割合は、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法で定量分析することにより得られる。   The ratio of the second material is preferably a ratio that satisfies 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably a ratio that satisfies 0.40 ≦ x ≦ 0.70. This ratio can be obtained, for example, by quantitative analysis by inductively coupled plasma emission spectrometry.

特に、第二の材料がシリコンまたはシリコンゲルマニウムであり、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、ボロン、または窒素、または水素は、第一の材料と第二の材料の合計に対して、y≧0.995(0.5atomic%以下)となる量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためには、y≦0.995(0.5atomic%以上)であることが好ましい。   In particular, when the second material is silicon or silicon germanium and boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, boron, nitrogen, or hydrogen is added to the first material and the second material. For the purpose of giving sufficient controllability to an amount satisfying y ≧ 0.995 (0.5 atomic% or less) with respect to the total of the materials, and y ≦ 0.995 (0. 5 atomic% or more) is preferable.

なお、混合体14は、実質的に柱状形状が実現していればよく、例えば柱状の部材の成分として第二の材料が含まれていてもよいし、前記第二の材料を主成分とする領域12に第一の材料が含まれていてもよい。また、柱状の部材を成す領域11やその周囲の領域12に酸素、アルゴンなどの不純物が含まれていてもよい。   The mixture 14 only needs to have a substantially columnar shape. For example, the mixture 14 may contain a second material as a component of the columnar member, or the second material as a main component. The region 12 may contain a first material. Further, the region 11 forming the columnar member and the surrounding region 12 may contain impurities such as oxygen and argon.

第一の材料としては、AlやAuなどが挙げられる。第二の材料としては、Si、Ge、SiとGeの混合物(以降、SizGe1-z(0<z<1)と記載することがある。)、あるいはCなどが挙げられる。特に、第二の材料としては、非晶質となり得る材料であることが望ましい。また、第一及び第二の材料としては、両者の成分系相平衡図において、共晶点を有する材料(いわゆる共晶系の材料)であることが好ましい。特に共晶温度が300℃以上好ましくは400℃以上であるのがよい。なお、共析系の材料を用いることもできる。 Examples of the first material include Al and Au. Examples of the second material include Si, Ge, a mixture of Si and Ge (hereinafter, sometimes referred to as SizGe1 -z (0 <z <1)), or C. In particular, the second material is preferably a material that can be amorphous. The first and second materials are preferably materials having eutectic points (so-called eutectic materials) in the component phase equilibrium diagram of both. In particular, the eutectic temperature is 300 ° C or higher, preferably 400 ° C or higher. A eutectoid material can also be used.

第一の材料と第二の材料の好ましい組み合わせは、第一の材料としてAlを用い、第二の材料としてSiを用いる形態、あるいは第一の材料としてAlを用い、第二の材料としてSizGe1-z(0<z<1)を用いる形態が挙げられる。 A preferred combination of the first material and the second material is a form using Al as the first material and Si as the second material, or using Al as the first material and Si z as the second material. A form using Ge 1-z (0 <z <1) can be mentioned.

柱状の部材を成す領域11は、少なくとも一部が多結晶であり、該柱状の部材を取り囲む領域12は、非晶質であることが望ましい。領域11から成る柱状の部材の平面形状としては、円形あるいは楕円形状である。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有により、柱状の部材を取り囲む領域12において、微視的には非晶質部分の中に一部結晶質が存在していることも好ましい。つまり、微結晶の存在は、電子デバイスにおける電気特性、磁気記録媒体における媒体強度等に反映されることからも重要である。   The region 11 forming the columnar member is preferably at least partially polycrystalline, and the region 12 surrounding the columnar member is preferably amorphous. The planar shape of the columnar member formed of the region 11 is circular or elliptical. Further, it is also preferable that a part of the amorphous portion is microcrystalline in the region 12 surrounding the columnar member by containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon. In other words, the presence of the microcrystal is important because it is reflected in the electrical characteristics of the electronic device, the medium strength of the magnetic recording medium, and the like.

混合体14には、第二の材料を主成分とする領域12中に複数の柱状の部材、つまり第一の材料を主成分とする領域11が分散していることになる。領域11から成る柱状の部材の径(平面形状が円の場合は直径)は、主として混合体14の組成(即ち、第二の材料の割合)などに応じて制御可能であるが、その平均径は、0.5nm以上50nm以下、好ましくは1nm以上20nm以下、さらに好ましくは2nm以上10nm以下である。特に20nm未満の径であることが好適である。   In the mixture 14, a plurality of columnar members, that is, the region 11 mainly composed of the first material is dispersed in the region 12 mainly composed of the second material. The diameter of the columnar member formed of the region 11 (the diameter when the planar shape is a circle) can be controlled mainly depending on the composition of the mixture 14 (that is, the ratio of the second material), etc. Is 0.5 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 20 nm, and more preferably 2 nm to 10 nm. Particularly, the diameter is preferably less than 20 nm.

ここでいう「径」とは、図1(b)における2rである。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。ここで「平均径」とは、例えば、実際のSEM写真(約100nm×100nmの範囲)で観察される柱状の部分を、その写真から直接、あるいはコンピュータで画像処理して、導出される値である。もっとも、用いる材料や組成あるいは、混合体14の用途によって最適な径や下記間隔は変動し得る。   The “diameter” here is 2r in FIG. In the case of an ellipse or the like, the longest outer diameter portion may be within the above range. Here, the “average diameter” is, for example, a value derived from a columnar portion observed in an actual SEM photograph (in the range of about 100 nm × 100 nm) directly from the photograph or by image processing with a computer. is there. However, the optimum diameter and the following interval may vary depending on the material and composition used or the application of the mixture 14.

また、複数の柱状部材(領域11)間の中心間距離2R(図1(b))は、2nm以上30nm以下、好ましくは5nm以上20nm以下、更に好ましくは5nm以上15nm以下である。勿論、中心間距離の下限として上記2Rは柱状構造体どうしが接触しない間隔は最低限備えている必要がある。なお、第二の材料(即ち、第一の材料を主成分とする領域11を取り囲む材料)として、複数の元素の混合物(例えば、SizGe1-z(0<z<1))を用いれば、その混合比の割合によっても柱状の部材間の中心間距離の制御が可能となる。また、ここで柱状の部材(領域11)間の中心間距離とは、互いに隣り合う柱状の部材(領域11)同士の中心間距離である。 In addition, the center-to-center distance 2R (FIG. 1B) between the plurality of columnar members (regions 11) is 2 nm to 30 nm, preferably 5 nm to 20 nm, and more preferably 5 nm to 15 nm. Of course, as the lower limit of the center-to-center distance, the above-mentioned 2R needs to have a minimum interval at which the columnar structures do not contact each other. Note that a mixture of a plurality of elements (for example, Si z Ge 1-z (0 <z <1)) is used as the second material (that is, the material surrounding the region 11 containing the first material as a main component). For example, the center-to-center distance between the columnar members can be controlled by the ratio of the mixing ratio. Here, the center-to-center distance between the columnar members (regions 11) is the center-to-center distance between the columnar members (regions 11) adjacent to each other.

また、混合体14は、膜状の混合体であることが好ましく、かかる場合、柱状である第一の材料を主成分とする領域11は、膜の面内方向に対して略垂直になるように第二の材料を主成分とする領域12に分散していることになる。膜状混合体の膜厚としては、特に限定されるものではないが、1nm〜100μmの範囲で適用できる。プロセス時間等を考慮してより現実的な膜厚としては、1nm〜1μm、あるいは1nm〜3μm、程度である。特に300nm以上の膜厚でも柱状構造が維持されていることが好ましい。また、柱状の部材は、厚さ方向L(長さ方向)に対しては、実質的に分岐をもたない構造が好ましい。   In addition, the mixture 14 is preferably a film-like mixture. In such a case, the region 11 mainly composed of the columnar first material is substantially perpendicular to the in-plane direction of the film. Are dispersed in the region 12 containing the second material as a main component. Although it does not specifically limit as a film thickness of a film-form mixture, It is applicable in the range of 1 nm-100 micrometers. A more realistic film thickness in consideration of process time and the like is about 1 nm to 1 μm, or 1 nm to 3 μm. In particular, the columnar structure is preferably maintained even with a film thickness of 300 nm or more. The columnar member preferably has a structure that does not substantially branch in the thickness direction L (length direction).

混合体14は、膜状の混合体であることが好ましく、基板上に当該混合体が設けられていてもよい。基板13としては、特に限定されるものではないが、絶縁物や表面に絶縁層を有する基板の場合、また石英ガラス、強化ガラス、結晶化ガラス、ガラスなどの絶縁性基板、シリコン基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、アルミニウムなどの金属基板あるいは支持部材としての基板上に上記混合体が形成できるのであれば、フレキシブル基板(例えばポリイミド樹脂など)も用いることができる。なお、シリコン基板の場合は、p型、n型、高抵抗基板、あるいは低抵抗基板など適宜用いることができる。   The mixture 14 is preferably a film-like mixture, and the mixture may be provided on a substrate. The substrate 13 is not particularly limited, but in the case of an insulator or a substrate having an insulating layer on its surface, an insulating substrate such as quartz glass, tempered glass, crystallized glass, glass, silicon substrate, gallium arsenide Alternatively, if the above mixture can be formed on a semiconductor substrate such as indium phosphide, a metal substrate such as aluminum, or a substrate as a support member, a flexible substrate (for example, a polyimide resin) can also be used. In the case of a silicon substrate, a p-type, n-type, high-resistance substrate, low-resistance substrate, or the like can be used as appropriate.

なお、混合体14上に更に絶縁膜などを形成することにより、電子デバイスを提供することができる。ここでいう、電子デバイスとは、量子ドット、量子細線、量子細線トランジスタ、単電子トランジスタ、あるいは単電子メモリなどであり、更には、それらを備えた情報処理装置をも含むものである。   Note that an electronic device can be provided by further forming an insulating film or the like over the mixture 14. Here, the electronic device is a quantum dot, a quantum wire, a quantum wire transistor, a single electron transistor, a single electron memory, or the like, and further includes an information processing device including them.

本実施形態における混合体(以下、混合体という場合もある。)は、種々の母材として応用が考えられ、例えば単電子トランジスタや単電子メモリなど様々な量子デバイスや微小電極等に適用できる。   The mixture in the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as a mixture) can be applied as various base materials, and can be applied to various quantum devices such as single-electron transistors and single-electron memories, microelectrodes, and the like.

また、本実施形態における混合体(例えば、アルミニウムシリコン混合体)を、別の基板あるいは基板上の膜を加工する目的で、ドライエッチング用あるいはウエットエッチング用マスクとして使用することもできる。   Moreover, the mixture (for example, aluminum silicon mixture) in this embodiment can be used as a mask for dry etching or wet etching for the purpose of processing another substrate or a film on the substrate.

また、本実施形態は、量子ドットや量子細線などの柱状構造体をさまざまな形態で応用することを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げるものである。本発明における混合体は、それ自体機能材料として使用可能である。   In addition, the present embodiment makes it possible to apply columnar structures such as quantum dots and quantum wires in various forms, and greatly expands the application range. The mixture in the present invention can itself be used as a functional material.

(実施形態2:混合体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態1の混合体14の製造方法に適用したものである。前記実施形態1の混合体14は、非平衡状態で成膜する方法を利用して作製することができる。当該成膜方法としては、図2に示すスパッタリング法(物理蒸着法)が好ましいが、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着(EB蒸着)、イオンプレーティング法をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。
(Embodiment 2: Method for producing a mixture)
This embodiment is applied to the manufacturing method of the mixture 14 of Embodiment 1 mentioned above. The mixture 14 of the first embodiment can be manufactured using a method of forming a film in a non-equilibrium state. As the film formation method, the sputtering method (physical vapor deposition method) shown in FIG. 2 is preferable. However, the material is applied in any non-equilibrium state including resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition (EB vapor deposition), and ion plating method. A film forming method to be formed is applicable.

図2を参照して、スパッタリング法による混合体の製造方法を説明する。   With reference to FIG. 2, the manufacturing method of the mixture by sputtering method is demonstrated.

スパッタリング法で行う場合には、マグネトロンスパッタリング、RFスパッタリング、ECRスパッタリング、DCスパッタリング法を用いることができる。スパッタリング法で行う場合は、アルゴンガス雰囲気中で反応装置内の圧力を0.2から1Pa程度、あるいは0.1から1Pa程度にして成膜を行う。さらに0.1Pa以下のガス圧力の低い領域でのスパッタリングでもよく、ガス種をその他の希ガスを用いることも可能であり、一部窒素、水素、酸素等を混入させることも好ましい。   When the sputtering method is used, magnetron sputtering, RF sputtering, ECR sputtering, or DC sputtering can be used. When the sputtering method is used, the film is formed in an argon gas atmosphere at a pressure in the reactor of about 0.2 to 1 Pa, or about 0.1 to 1 Pa. Further, sputtering in a low gas pressure region of 0.1 Pa or less may be used, and other rare gases may be used as gas species, and it is also preferable to partially mix nitrogen, hydrogen, oxygen, or the like.

スパッタリングの際には、ターゲット22原料として前記第一の材料と第二の材料をそれぞれ別途用意しても良いが(例えば、アルミニウムとシリコンが分離されたターゲット22材料を用いる。)、予め所望の割合で第一の材料と第二の材料が焼成されたターゲット22材料を用いてもよい。   In sputtering, the first material and the second material may be separately prepared as target 22 materials (for example, a target 22 material in which aluminum and silicon are separated is used), but a desired material is used in advance. You may use target 22 material by which the 1st material and the 2nd material were baked in the ratio.

また、ボロン、窒素、カーボンに関しては、第一または第二の材料との化合物をターゲット22材料の一部にチップ23として配置してもよく、あらかじめ所望の量を含んだ原料を焼結したターゲット22を作製しておくことも好ましい。本実施形態に係る混合体は、柱状の部材とその側面を取り囲む領域とが同時に形成されることになる。なお、膜が成長する基板21に、Arプラズマが接しない状態でスパッタリングを行うことも好ましい。   As for boron, nitrogen, and carbon, a compound with the first or second material may be arranged as a chip 23 in a part of the target 22 material, and a target obtained by sintering a raw material containing a desired amount in advance. It is also preferable to prepare 22. In the mixture according to this embodiment, the columnar member and the region surrounding the side surface are formed at the same time. It is also preferable to perform sputtering in a state where Ar plasma is not in contact with the substrate 21 on which the film is grown.

また、イオンインプランテーション法によりボロン等を打ち込んで混入させることも好ましい。   Moreover, it is also preferable to implant boron and the like by an ion implantation method.

また、本実施形態にかかる混合体は、所定膜厚以上成膜しても、柱状構造を成す部材の側面がそれを取り囲む領域に分散した状態が維持できるものである。即ち、膜厚が厚くなっても、膜厚方向に対して、柱状構造体の径が大きく変化しないのである。所定膜厚とは、110nm以上、より好適には300nm以上である。   In addition, the mixture according to the present embodiment can maintain a state in which the side surfaces of the members forming the columnar structure are dispersed in the region surrounding the mixture even when the film thickness is greater than a predetermined thickness. That is, even when the film thickness is increased, the diameter of the columnar structure does not change greatly with respect to the film thickness direction. The predetermined film thickness is 110 nm or more, more preferably 300 nm or more.

基板上に形成される混合体は、基板温度が300℃以下で作製可能であり、好適には、20℃以上200℃以下、より好適には100℃以上150℃以下であることが特に好ましい。   The mixture formed on the substrate can be manufactured at a substrate temperature of 300 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

(実施形態3:アルミニウムシリコン混合体)
本実施形態は、前述の実施形態1の混合体をアルミニウムシリコン混合体に適用したものである。上記実施形態1で説明した図1を再度利用して、第一及び第二の材料を、それぞれアルミニウム、シリコンとした場合の混合体について説明する。
(Embodiment 3: Aluminum silicon mixture)
In the present embodiment, the mixture of Embodiment 1 described above is applied to an aluminum silicon mixture. The mixture in the case where the first and second materials are aluminum and silicon will be described with reference to FIG. 1 described in the first embodiment again.

本実施形態においては、図1の第一の材料をアルミニウム、第二の材料をシリコンとした場合該当する。つまり、図1(a)は本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体の模式的平面図である。また、図1(b)は、図1(a)の破線AA'に沿って試料を切断した場合の模式的断面図である。   This embodiment corresponds to the case where the first material in FIG. 1 is aluminum and the second material is silicon. That is, FIG. 1 (a) is a schematic plan view of an aluminum silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view when the sample is cut along the broken line AA ′ in FIG.

基板上に形成された、膜状のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体は、アルミニウムとシリコンの割合が0.3≦x≦0.8であることが好ましい。また、好ましくは0.35≦x≦0.75、さらに好ましくは0.4≦x≦0.7である。なお、アルミニウムとシリコンの割合が上記範囲内でれば、シリコン領域内に柱状構造体が分散したアルミニウムシリコン混合体が得られる。   The aluminum-silicon mixture containing film-form boron, nitrogen, hydrogen, or carbon formed on the substrate preferably has a ratio of aluminum to silicon of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. Further, preferably 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably 0.4 ≦ x ≦ 0.7. If the ratio of aluminum to silicon is within the above range, an aluminum silicon mixture in which columnar structures are dispersed in the silicon region can be obtained.

上記アルミニウムとシリコンの割合とは、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法でアルミニウムシリコン混合体膜中のシリコンとアルミニウムの量を定量分析したときの値である。また、アルミニウムとシリコンに対してのボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、それぞれ好ましくは、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。また、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995を満たす量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995を満たすことが好ましい。   The ratio of aluminum to silicon is a value when the amount of silicon and aluminum in the aluminum silicon mixture film is quantitatively analyzed by, for example, inductively coupled plasma emission spectrometry. Further, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon with respect to aluminum and silicon is preferably y ≧ 0.7, more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. It is preferable that Further, when boron, nitrogen, or hydrogen is used for controlling the conductivity type of the material, the amount satisfying y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ It is preferable to satisfy 0.995.

本実施形態におけるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体は、アルミニウムを主成分とする組成からなるアルミニウム柱状構造体と、その周囲のシリコンを主成分とするシリコン領域部を備える。   The aluminum silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon in the present embodiment includes an aluminum columnar structure having a composition containing aluminum as a main component, and a silicon region having silicon as a main component around the aluminum columnar structure. Is provided.

また、アルミニウムを含有する柱状構造体部の組成は、アルミニウムを主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含んでいることが好ましい。さらに、シリコン、酸素、アルゴンなどの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、例えば柱状構造体部の成分構成比においてアルミニウムの割合が50atomic%以上、より好適には80atomic%以上ということである。   Moreover, the composition of the columnar structure portion containing aluminum is mainly composed of aluminum, but if a fine mixture of columnar structures is obtained, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is included. Is preferred. Furthermore, other elements such as silicon, oxygen, and argon may be contained. Note that the main component means that, for example, the ratio of aluminum in the component composition ratio of the columnar structure portion is 50 atomic% or more, and more preferably 80 atomic% or more.

また、柱状構造体の周囲を取り囲んでいるシリコン領域部の組成は、シリコンを主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含んでいることが好ましい。さらに、アルミニウム、酸素、アルゴンなどの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、例えばシリコン領域部の成分構成比においてシリコンの割合が50atomic%以上、より好適には80atomic%以上ということである。   The composition of the silicon region surrounding the columnar structure is mainly composed of silicon, but boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be used if a fine mixture having a columnar structure is obtained. It is preferable to include. Furthermore, you may contain various elements, such as aluminum, oxygen, and argon. Note that the main component is, for example, that the proportion of silicon in the component composition ratio of the silicon region is 50 atomic% or more, and more preferably 80 atomic% or more.

なお、シリコン領域部は非晶質であることが望ましい。また、前記シリコン領域部が非晶質シリコンであることは絶縁性と言う観点からも好ましい。その理由は、非晶質シリコンは結晶質シリコンに比べて、欠陥密度が多く、さらにはバンドギャップが大きいため、柱状構造体を隔てる母体材料の電気的な絶縁性が向上するからである。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有によりシリコン領域部において、微視的には非晶質部分の中に一部結晶質が存在していることも好ましい。つまり、微結晶の存在は後の電子デバイスにおける電気特性、磁気記録媒体における媒体強度等に反映されることからも重要である。   The silicon region is preferably amorphous. In addition, it is preferable that the silicon region portion is amorphous silicon from the viewpoint of insulation. This is because amorphous silicon has a higher defect density and a larger band gap than crystalline silicon, so that the electrical insulation of the base material separating the columnar structures is improved. In addition, it is also preferable that a part of the crystalline portion is present in the amorphous portion microscopically in the silicon region portion by containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon. In other words, the presence of the microcrystal is important because it is reflected in the electrical characteristics in the later electronic device, the medium strength in the magnetic recording medium, and the like.

なお、ここで用いている混合体とは、シリコン母体中にアルミニウムが遊離している状態を示している。   The mixture used here indicates a state in which aluminum is liberated in the silicon matrix.

アルミニウムを含む柱状構造体は、その膜面から見た平面形状は円形、あるいは楕円形である。勿論、シリコン領域に前記柱状構造体が適度に分散していれば、任意の形状であってもよい。   The columnar structure including aluminum has a circular shape or an elliptical shape as viewed from the film surface. Of course, any shape may be used as long as the columnar structures are appropriately dispersed in the silicon region.

本実施形態に係るアルミニウムシリコン混合体における柱状構造体の径としては、特に限定されるものではないが、平均径が0.5nm以上50nm以下、好ましくは0.5nm以上20nm以下、さらに好ましくは0.5nm以上10nm以下であるのがよい。ここでいう径とは図1(b)における2rである。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。ここで平均径とは、例えば、実際のSEM写真(約100nm×100nmの範囲)で観察されるアルミニウム部分をコンピュータで画像処理して、導出される値である。   The diameter of the columnar structure in the aluminum silicon mixture according to the present embodiment is not particularly limited, but the average diameter is 0.5 nm to 50 nm, preferably 0.5 nm to 20 nm, and more preferably 0. It should be 5 nm or more and 10 nm or less. The diameter here is 2r in FIG. In the case of an ellipse or the like, the longest outer diameter portion may be within the above range. Here, the average diameter is a value derived, for example, by image processing of an aluminum portion observed in an actual SEM photograph (a range of about 100 nm × 100 nm) with a computer.

ところで、ナノメートルサイズのナノ混合体(概ね0.1nm〜100nmの範囲)においては、ある特徴的な長さより小さいサイズとなることで、電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料としてナノ混合体は有用であり、本実施形態に係るアルミニウムシリコン混合体においても、当該混合体を構成する柱状構造体の径が0.5nm以上50nm以下、特に0.5nm以上10nm以下である場合には、ナノ混合体として種々の利用が可能である。   By the way, nanometer-sized nanomixtures (generally in the range of 0.1 nm to 100 nm) have a size smaller than a certain characteristic length. May show chemical and chemical properties. From such a viewpoint, the nanomixture is useful as a functional material, and also in the aluminum silicon mixture according to the present embodiment, the diameter of the columnar structure constituting the mixture is 0.5 nm to 50 nm, particularly When it is 0.5 nm or more and 10 nm or less, various uses are possible as a nano mixture.

また、複数の柱状構造体の中心間距離2R(図1(b)参照)は、30nm以下、好ましくは15nm以下であるのがよい。もちろん、上記2Rは柱状構造体どうしが接触しない間隔は有する。特に径2r及び中心間距離2Rが共に上記範囲内にあるのが良い。   The center-to-center distance 2R (see FIG. 1B) of the plurality of columnar structures is 30 nm or less, preferably 15 nm or less. Of course, the 2R has an interval at which the columnar structures do not contact each other. In particular, both the diameter 2r and the center-to-center distance 2R are preferably within the above ranges.

たとえば、前記アルミニウムナノ構造の径が1〜9nmであり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体の間隔が5〜10nmであり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体の高さと径の比が0.1〜100000であり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体が基板に対して垂直である微細混合体などが挙げられる。   For example, the diameter of the aluminum nanostructure is 1 to 9 nm, the distance between the aluminum nanomixtures is 5 to 10 nm, and the height to diameter ratio of the aluminum nanomixture is 0.1 to 100,000. And a fine mixture in which the aluminum nanomixture is perpendicular to the substrate.

また、柱状構造体の基板断面からみた形状は、図1(b)のように長方形形状が好ましいが、正方形や台形などの形状をとりうる。なお、柱状構造とは、任意のアスペクト比(径/長さ)を有する形状を含むものである。例えば、アスペクト比(径2r/長さL)として、0.1〜100000をとることができる。   Further, the shape of the columnar structure viewed from the cross section of the substrate is preferably a rectangular shape as shown in FIG. 1B, but may take a shape such as a square or a trapezoid. The columnar structure includes a shape having an arbitrary aspect ratio (diameter / length). For example, the aspect ratio (diameter 2r / length L) can be 0.1 to 100,000.

例えば、柱状構造の長さLとしては、1nm〜100μmの範囲で適用できる。   For example, the length L of the columnar structure can be applied in the range of 1 nm to 100 μm.

特に、柱状構造体の径2rが例えば1〜10nmであり、その中心間距離2Rが5〜15nmである場合に、長さLを1nm〜数μmの範囲で制御する場合を考える。長さLが数nm〜数十nmのとき(長さと径の比が低いとき)、柱状構造体1はアルミニウム量子ドットとなり、それよりも大きい場合はアルミニウム量子細線となる。   In particular, consider a case where the length L is controlled in the range of 1 nm to several μm when the diameter 2r of the columnar structure is, for example, 1 to 10 nm and the center-to-center distance 2R is 5 to 15 nm. When the length L is several nanometers to several tens of nanometers (when the ratio of length to diameter is low), the columnar structure 1 becomes aluminum quantum dots, and when the length L is larger than that, it becomes aluminum quantum wires.

また、アルミニウム含有の柱状構造体は、図1(b)に示されているようにシリコンを主成分とするシリコン領域部により互いに分離されている。即ち、複数の柱状構造がシリコン領域中に分散している。   Further, the aluminum-containing columnar structures are separated from each other by a silicon region having silicon as a main component, as shown in FIG. That is, a plurality of columnar structures are dispersed in the silicon region.

アルミニウム含有の柱状構造体は、特定方向に整列しているのがよい。図1(b)に示すように、特に基板に対して垂直方向に整列しているのがよい。   The columnar structures containing aluminum are preferably aligned in a specific direction. As shown in FIG.1 (b), it is good to align with the orthogonal | vertical direction especially with respect to a board | substrate.

基板としては、特に限定されるものではないが、石英ガラスなどの絶縁性基板、シリコン基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、あるいは支持部材としての基板上にアルミニウムシリコン混合体が形成できるのであれば、フレキシブル基板(例えばポリイミド樹脂など)も用いることができる。さらには、支持基板上に一層以上の膜が形成されているものを使用してもかまわない。   The substrate is not particularly limited, but an aluminum silicon mixture can be formed on an insulating substrate such as quartz glass, a silicon substrate, a semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphorus, or a substrate as a support member. If it is, a flexible substrate (for example, polyimide resin etc.) can also be used. Further, a substrate in which one or more films are formed on the support substrate may be used.

(実施形態4:アルミニウムシリコン混合体の製造方法)
本実施形態は、前述の実施形態3のアルミニウムシリコン混合体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 4: Manufacturing method of aluminum silicon mixture)
This embodiment is applied to the manufacturing method of the aluminum silicon mixture of the third embodiment described above.

図2を用いて、本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体の作製方法について説明する。ここでは、非平衡状態で成膜する方法として、スパッタリング法を用いた例を示す。なお、図2において、21が基板、22がスパッタリングターゲットである。スパッタリング法を用いる場合は、アルミニウムとシリコンの割合を簡単に変化させることができる。もちろん、アルミニウムやシリコンの化合物としてボロン、または窒素をターゲットに含有させておくことも可能である。さらには、窒素、または水素などはスパッタリングガス中に混入させることで混合体へ含有させることも好ましい。   A method for manufacturing an aluminum silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an example using a sputtering method is shown as a method for forming a film in a non-equilibrium state. In FIG. 2, 21 is a substrate and 22 is a sputtering target. When the sputtering method is used, the ratio of aluminum and silicon can be easily changed. Of course, boron or nitrogen can be included in the target as a compound of aluminum or silicon. Furthermore, it is also preferable that nitrogen, hydrogen, or the like is mixed in the sputtering gas to be contained in the mixture.

図2に示したように、基板上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、ボロン、または窒素、または水素、カーボンを含有したアルミニウムシリコン混合膜を形成する。   As shown in FIG. 2, an aluminum silicon mixed film containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is formed on a substrate by a magnetron sputtering method which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state.

原料としてのシリコン及びアルミニウムは、図2のようにアルミニウムのターゲット基板上にシリコンのチップ23を配することで達成される。シリコンのチップ23は、図2では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、1つであっても良い。但し、均一なアルミニウム含有の柱状構造体をシリコン領域内に均一に分散させるには、基板21に対象に配置しておいた方が良い。また、シリコンのチップ23の中に一部、シリコン硼化物、シリコン窒化物、シリコン水素化物、シリコンカーバイトのチップを混ぜて配置することも可能である。   Silicon and aluminum as raw materials are achieved by disposing a silicon chip 23 on an aluminum target substrate as shown in FIG. In FIG. 2, the silicon chip 23 is divided into a plurality of parts. However, the present invention is not limited to this, and one silicon chip 23 may be provided as long as a desired film can be formed. However, in order to uniformly disperse a uniform aluminum-containing columnar structure in the silicon region, it is better to place it on the substrate 21. It is also possible to partially arrange silicon boride, silicon nitride, silicon hydride, and silicon carbide chips in the silicon chip 23.

また、所定量のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムやシリコンの粉末を焼成して作製したアルミニウムシリコン焼成物を成膜のターゲット22材として用いることもできる。   Alternatively, a fired aluminum silicon product obtained by firing a predetermined amount of boron, or aluminum or silicon powder containing nitrogen, hydrogen, or carbon can be used as the film forming target 22 material.

また、アルミニウムターゲットとシリコンターゲットを別々に用意し、同時に両方のターゲットをスパッタリングする方法を用いても良い。さらに、ターゲット22の種類を増やしてボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有した材料を準備して同時にスパッタリングしてもよい。   Alternatively, a method of separately preparing an aluminum target and a silicon target and simultaneously sputtering both targets may be used. Further, the number of targets 22 may be increased to prepare a material containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and sputtering may be performed simultaneously.

形成されるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有した膜中のシリコンの量は、アルミニウムとシリコンの全量に対して0.30≦x≦0.80であり、好ましくは0.35≦x≦0.75、さらに好ましくは0.40≦x≦0.70である。さらに、ボロン、窒素、水素、カーボンの含有量は、それぞれ好ましくは、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。また、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995を満たす量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995を満たすことが好ましい。   The amount of silicon in the film containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon to be formed is 0.30 ≦ x ≦ 0.80 with respect to the total amount of aluminum and silicon, preferably 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably 0.40 ≦ x ≦ 0.70. Further, the contents of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon are each preferably preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. Further, when boron, nitrogen, or hydrogen is used for controlling the conductivity type of the material, the amount satisfying y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ It is preferable to satisfy 0.995.

また、基板温度としては300℃以下、好適には20℃以上200℃以下であり、さらに好ましくは100℃以上150℃以下であるのがよい。シリコン量が斯かる範囲内であれば、シリコン領域内に柱状構造体が分散したアルミニウムシリコン混合体が得られる。   The substrate temperature is 300 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. If the amount of silicon is within such a range, an aluminum silicon mixture in which columnar structures are dispersed in the silicon region can be obtained.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合膜を形成しているときの試料温度は300℃以下、好適には200℃以下が好ましい。このように、300℃以下の試料温度でアルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法で形成することにより、作製されたアルミニウムシリコン混合膜は、アルミニウムとシリコンが準安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムが数nmレベルのナノ柱状構造体を形成し、自己形成的に分離する。   When the aluminum silicon mixed film containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is formed, the sample temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower. As described above, the aluminum-silicon mixed film formed by forming the material in a non-equilibrium state between aluminum and silicon at a sample temperature of 300 ° C. or lower is a co-stable state of aluminum and silicon. A crystal structure is formed, and aluminum forms a nano-columnar structure having a level of several nanometers and is separated in a self-forming manner.

ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体のシリコンの量は、例えばアルミニウムターゲット上に置くシリコンチップの量を変えることで制御できる。さらに、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量も同様に変えることが可能である。   The amount of silicon in the aluminum silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be controlled, for example, by changing the amount of silicon chips placed on the aluminum target. Furthermore, the boron, nitrogen, hydrogen, or carbon content can be varied as well.

非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、0.2〜1Pa程度、あるいは0.1〜1Paがよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。つまり、0.1Pa以下のガス圧の低い領域のスパッタリングも可能であり、ガス種もその他の希ガスを用いることも可能である。また、一部窒素、水素、酸素ガスを混入させることも好ましい。   When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa, or 0.1 to 1 Pa. However, it is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as argon plasma is stably formed. That is, it is possible to perform sputtering in a low gas pressure region of 0.1 Pa or less, and it is also possible to use other rare gases as gas species. It is also preferable to partially mix nitrogen, hydrogen, and oxygen gas.

基板11としては、例えば石英ガラスをはじめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素をはじめとする半導体基板などの基板や、これらの基板の上に1層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、アルミニウムシリコンナノ混合体の形成に不都合がなければ、基体の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンナノ混合体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。   Examples of the substrate 11 include a substrate such as an insulating substrate such as quartz glass, a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide, and a substrate in which one or more layers are formed on these substrates. If there is no problem in forming the aluminum silicon nanomixture, the material, thickness, mechanical strength, etc. of the substrate are not particularly limited. In addition, the shape of the substrate is not limited to a flat plate shape, but includes a curved surface, a surface having a certain degree of irregularities and steps, and contains boron, nitrogen, hydrogen, or carbon. If there is no inconvenience in the aluminum silicon nanomixture, there is no particular limitation.

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着(EB蒸着)、イオンプレーティング法をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。   A sputtering method is preferable as a film formation method for forming a substance in a non-equilibrium state, but a film formation for forming a substance in an arbitrary non-equilibrium state including resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition (EB vapor deposition), and ion plating method. The law is applicable.

また、成膜のやり方としては、シリコンとアルミニウムを同時に形成する同時成膜プロセスを用いても良いし、シリコンとアルミニウムを数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもかまわない。   As a film forming method, a simultaneous film forming process in which silicon and aluminum are simultaneously formed may be used, or a stacked film forming process in which silicon and aluminum are stacked in several atomic layers may be used.

(実施形態5:アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体)
本実施形態は、前述の実施形態1の混合体をアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体に適用したものである。
(Embodiment 5: Aluminum silicon germanium mixture)
In this embodiment, the mixture of Embodiment 1 described above is applied to an aluminum silicon germanium mixture.

図1を再度利用して、柱状の部材を構成する第一の材料としてアルミニウムを、第二の材料としてSizGe1-z(0<z<1)を用いる場合について説明する。 The case where aluminum is used as the first material constituting the columnar member and Si z Ge 1-z (0 <z <1) is used as the second material will be described with reference to FIG. 1 again.

図1(a)は、本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウムからなる混合体14の模式的平面図である。また、図1(b)は、図1(a)の破線AA'に沿って試料を切断した場合の模式的断面図である。図1において、第一の材料を主成分とする領域11がアルミニウムであり、第二の材料を主成分とする領域12がシリコンゲルマニウムである。また、図1(b)において、13は基板である。   FIG. 1A is a schematic plan view of a mixture 14 made of aluminum, silicon germanium containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view when the sample is cut along the broken line AA ′ in FIG. In FIG. 1, a region 11 mainly composed of the first material is aluminum, and a region 12 mainly composed of the second material is silicon germanium. In FIG. 1B, reference numeral 13 denotes a substrate.

基板13上に形成された、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有した膜状のアルミニウムシリコンゲルマニウムの混合体14は、その全量に対するシリコンとゲルマニウムの合計の割合が0.3≦x≦0.8であることが好ましい。また、好ましくは0.35≦x≦0.75であり、さらに好ましくは0.40≦x≦0.70である。なお、シリコンゲルマニウムの割合が上記範囲内でれば、シリコンゲルマニウムからなる領域内に柱状構造体が分散したアルミニウムシリコンゲルマニウムの混合体14が得られる。   The film-like aluminum silicon germanium mixture 14 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon formed on the substrate 13 has a total ratio of silicon and germanium to the total amount of 0.3 ≦ x ≦. It is preferably 0.8. Further, preferably 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably 0.40 ≦ x ≦ 0.70. If the ratio of silicon germanium is within the above range, an aluminum silicon germanium mixture 14 in which columnar structures are dispersed in a region made of silicon germanium is obtained.

上記割合とは、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法でアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体膜中のシリコンゲルマニウムとアルミニウムの全量に対しての量を定量分析したときの値である。ただし、上記の割合の範囲において、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンは、比較的厳密に定量することが困難であることから、割合に多少の揺らぎが生じることを排除するものではない。また、アルミニウムとシリコンゲルマニウムに対してのボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、第二の材料がシリコンまたはシリコンゲルマニウムである場合に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The said ratio is a value when the quantity with respect to the total amount of silicon germanium and aluminum in the aluminum silicon germanium mixture film is quantitatively analyzed by, for example, inductively coupled plasma emission spectrometry. However, in the above ratio range, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is difficult to quantify relatively accurately, and thus does not exclude the occurrence of some fluctuation in the ratio. Further, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon with respect to aluminum and silicon germanium is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. Is preferred. In particular, when boron or nitrogen or hydrogen is used to control the conductivity type of the material when the second material is silicon or silicon germanium, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, For the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0.995 is preferred.

また、本発明のシリコンゲルマニウム混合部分を構成しているシリコンゲルマニウム領域のシリコンとゲルマニウムの組成比は、特に限定されるものではなく、少なくともシリコン元素とゲルマニウム元素の両方が含まれてればよい。つまり、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の組成割合をSizGe1-zとしたとき、0<z<1の範囲で有ればよい。組成がこの範囲であれば、アルミニウムシリコンナノ混合体やアルミニウムゲルマニウムナノ混合体で可能なアルミニウムナノ柱状構造体の間隔あるいは径の制御よりも、広範囲にアルミニウムナノ柱状構造体の間隔等を制御することが可能となる。かかる意味では、本発明は、柱状の部材間の間隔や径の制御方法をも含むものである。 Further, the composition ratio of silicon and germanium in the silicon germanium region constituting the silicon germanium mixed portion of the present invention is not particularly limited as long as at least both the silicon element and the germanium element are included. That is, when the composition ratio of silicon (Si) and germanium (Ge) is Si z Ge 1 -z, it is sufficient that the range is 0 <z <1. If the composition is within this range, the distance between the aluminum nanocolumnar structures can be controlled more widely than the control of the distance or diameter of the aluminum nanocolumnar structures that can be achieved with the aluminum silicon nanomixture or the aluminum germanium nanomixture. Is possible. In this sense, the present invention includes a method for controlling the interval and diameter between the columnar members.

本発明におけるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウムの混合体14は、アルミニウムを主成分とする組成からなるアルミニウム柱状構造体11と、その周囲のシリコンゲルマニウムを主成分とするシリコンゲルマニウム領域部12を備える。   A mixture 14 of aluminum, silicon germanium containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon in the present invention has an aluminum columnar structure 11 having a composition containing aluminum as a main component, and silicon germanium around it as a main component. The silicon germanium region portion 12 is provided.

また、アルミニウムを含有する柱状構造体11部分の組成は、アルミニウムを主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、シリコン、ゲルマニウム、ボロン、窒素、水素、カーボン、酸素、アルゴン、などの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、例えば柱状構造体部の成分構成比においてアルミニウムの割合が50atomic%以上、より好適には80atomic%以上ということである。   The composition of the columnar structure 11 containing aluminum is mainly composed of aluminum, but if a fine mixture of columnar structures is obtained, silicon, germanium, boron, nitrogen, hydrogen, carbon, oxygen, Other elements such as argon may be contained. Note that the main component means that, for example, the ratio of aluminum in the component composition ratio of the columnar structure portion is 50 atomic% or more, and more preferably 80 atomic% or more.

また、柱状構造体11の周囲を取り囲んでいるシリコンゲルマニウム領域部12の組成は、シリコンとゲルマニウムを主成分とするが、アルミニウムを含有する柱状構造の微細混合体の周囲を囲んでさえいれば、アルミニウム、ボロン、窒素、水素、カーボン、酸素、アルゴン、などの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、例えばシリコンゲルマニウム領域部の成分構成比においてシリコンとゲルマニウムの合計の割合が50atomic%以上、より好適には80atomic%以上ということである。   Further, the composition of the silicon germanium region portion 12 surrounding the columnar structure 11 is mainly composed of silicon and germanium, as long as it surrounds the fine mixture of the columnar structure containing aluminum. Various elements such as aluminum, boron, nitrogen, hydrogen, carbon, oxygen, and argon may be contained. Note that the main component is, for example, that the total ratio of silicon and germanium in the component composition ratio of the silicon germanium region is 50 atomic% or more, and more preferably 80 atomic% or more.

シリコンゲルマニウム領域部12は、非晶質であることが望ましい。また、シリコンゲルマニウム領域部12が非晶質シリコンゲルマニウムであることは絶縁性と言う観点からは好ましいものである。その理由は、非晶質シリコンゲルマニウムは、バンドギャップが大きく、柱状構造体11を隔てる母体材料の電気的な絶縁性が高いからである。もしくは、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有により前記柱状の部材を取り囲む領域において、微視的には非晶質部分の中に一部結晶質が存在していることも好ましい。つまり、微結晶の存在は電子デバイスにおける電気特性、磁気記録媒体における媒体強度等に反映されることからも重要である。   The silicon germanium region 12 is preferably amorphous. In addition, it is preferable that the silicon germanium region 12 is amorphous silicon germanium from the viewpoint of insulation. The reason is that amorphous silicon germanium has a large band gap and high electrical insulation of the base material separating the columnar structures 11. Alternatively, in the region surrounding the columnar member by containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, it is also preferable that a part of the crystalline material is present in the amorphous portion microscopically. In other words, the presence of the microcrystal is important because it is reflected in the electrical characteristics of the electronic device and the medium strength of the magnetic recording medium.

なお、ここで用いている混合体14とは、シリコンとゲルマニウム母体中にアルミニウムが遊離している状態を示している。   The mixture 14 used here indicates a state in which aluminum is liberated in the silicon and germanium matrix.

アルミニウムを含む柱状構造体11は、膜面から見たその平面形状は円形、あるいは楕円形である。勿論、シリコンゲルマニウム領域12に柱状構造体11が適度に分散していれば、任意の形状であってもよい。   The columnar structure 11 containing aluminum has a circular shape or an elliptical shape as viewed from the film surface. Of course, as long as the columnar structures 11 are appropriately dispersed in the silicon germanium region 12, any shape may be employed.

本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体14における柱状構造体11の径としては、特に限定されるものではないが、平均径が0.5nm以上30nm以下、好ましくは0.5nm以上20nm以下、さらに好ましくは0.5nm以上15nm以下であるのがよい。下限値は1nmあるいは2nmでもよい。ここでいう径とは図1(b)における2rである。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。ここで平均径とは、例えば、実際の膜表面のSEM写真(約100nm×100nmの範囲)で観察されるアルミニウム部分をコンピュータで画像処理して、そのアルミニウム部分を楕円と仮定したとき、長軸として導出される長さの平均値である。   The diameter of the columnar structure 11 in the aluminum silicon germanium mixture 14 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention is not particularly limited, but the average diameter is 0.5 nm or more and 30 nm. In the following, it is preferably 0.5 nm or more and 20 nm or less, more preferably 0.5 nm or more and 15 nm or less. The lower limit may be 1 nm or 2 nm. The diameter here is 2r in FIG. In the case of an ellipse or the like, the longest outer diameter portion may be within the above range. Here, the average diameter is, for example, a long axis when an aluminum portion observed in an SEM photograph (range of about 100 nm × 100 nm) of an actual film surface is imaged by a computer and the aluminum portion is assumed to be an ellipse. Is the average length derived as

ところで、ナノメートルサイズのナノ混合体(概ね0.1nm〜100nmの範囲)においては、ある特徴的な長さ(平均自由工程等)より小さいサイズとなることで、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料としてナノ混合体は有用であり、本発明に係るアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体においても、当該混合体を構成する柱状構造体の径が0.5nm以上30nm以下、特に0.5nm以上15nm以下である場合には、ナノ混合体として種々の利用が可能である。   By the way, in a nanometer-sized nanomixture (approximately in the range of 0.1 nm to 100 nm), it becomes a size smaller than a certain characteristic length (mean free process, etc.), so that it has a unique electrical, optical, May show chemical properties. From such a viewpoint, the nanomixture is useful as a functional material, and also in the aluminum silicon germanium mixture according to the present invention, the diameter of the columnar structure constituting the mixture is 0.5 nm to 30 nm, particularly When it is 0.5 nm or more and 15 nm or less, various uses are possible as a nano mixture.

また、複数の柱状構造体の中心間距離2R(図1(b))は、30nm以下、好ましくは20nm以下であるのがよい。もちろん、上記2Rは柱状構造体どうしが接触しない間隔は有する。特に径2r及び中心間距離2Rが共に上記範囲内にあるのが良い。ここで、2Rは、隣り合う柱状部材の中心間距離ともいえる。   The center-to-center distance 2R (FIG. 1 (b)) of the plurality of columnar structures is 30 nm or less, preferably 20 nm or less. Of course, the 2R has an interval at which the columnar structures do not contact each other. In particular, both the diameter 2r and the center-to-center distance 2R are preferably within the above ranges. Here, 2R can also be said to be the distance between the centers of adjacent columnar members.

たとえば、柱状構造をした前記アルミニウムナノ構造体の径が1〜15nmであり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体の間隔が10〜20nmであり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体の高さと径の比が0.1〜100000であり、かつ、前記アルミニウムナノ混合体が基板に対して垂直である微細混合体などが挙げられる。   For example, the diameter of the aluminum nanostructure having a columnar structure is 1 to 15 nm, the interval of the aluminum nanomixture is 10 to 20 nm, and the ratio of the height and the diameter of the aluminum nanomixture is The fine mixture etc. which are 0.1-100,000 and the said aluminum nano mixture is perpendicular | vertical with respect to a board | substrate are mentioned.

また、柱状構造体11の基板断面からみた形状は、図1(b)のように長方形形状でも良いし、正方形や台形など任意の形状が可能である。なお、柱状構造とは、任意のアスペクト比(径/長さ)を有する形状を含むものである。例えば、アスペクト比(径2r/長さL)として、0.1〜100000をとることができる。   Further, the shape of the columnar structure 11 viewed from the cross section of the substrate may be a rectangular shape as shown in FIG. 1B, or an arbitrary shape such as a square or a trapezoid. The columnar structure includes a shape having an arbitrary aspect ratio (diameter / length). For example, the aspect ratio (diameter 2r / length L) can be 0.1 to 100,000.

例えば、柱状構造の長さLとしては、1nm〜100μmの範囲で適用できる。   For example, the length L of the columnar structure can be applied in the range of 1 nm to 100 μm.

特に、柱状構造体の径2rが例えば1〜15nmであり、その中心間距離2Rが10〜20nmである場合に、長さLを1nm〜数μmの範囲で制御する場合を考える。長さLが数nm〜数十nmのとき(長さと径の比が低いとき)、柱状構造体1はアルミニウム量子ドット(0次元)として作用し、それよりも大きい場合はアルミニウム量子細線(1次元)として作用する。   In particular, consider a case where the length L is controlled in the range of 1 nm to several μm when the diameter 2r of the columnar structure is, for example, 1 to 15 nm and the center-to-center distance 2R is 10 to 20 nm. When the length L is several nanometers to several tens of nanometers (when the ratio of length to diameter is low), the columnar structure 1 acts as an aluminum quantum dot (0 dimension), and when the length L is larger than that, an aluminum quantum wire (1 Dimension).

また、アルミニウム含有の柱状構造体11は、図1(b)に示されているようにシリコンとゲルマニウムを主成分とするシリコンゲルマニウム領域部12により互いに分離されている。即ち、複数の柱状構造がシリコンゲルマニウム領域中に分散している。   Further, the aluminum-containing columnar structures 11 are separated from each other by a silicon germanium region portion 12 containing silicon and germanium as main components, as shown in FIG. That is, a plurality of columnar structures are dispersed in the silicon germanium region.

アルミニウム含有の柱状構造体11は、特定方向に整列しているのがよい。図1(b)に示すように、特に基板に対して垂直方向に整列しているのがよい。   The aluminum-containing columnar structures 11 are preferably aligned in a specific direction. As shown in FIG.1 (b), it is good to align with the orthogonal | vertical direction especially with respect to a board | substrate.

基板13としては、特に限定されるものではないが、石英ガラスやプラスチックなどの絶縁性基板、シリコン基板、ゲルマニウム基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、あるいは支持部材としての基板上にアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体が形成できるのであれば、フレキシブルな基板(例えばポリイミド樹脂など)も用いることができる。さらには、支持基板上に一層以上の膜が形成されているものを使用してもかまわない。   The substrate 13 is not particularly limited, but an insulating substrate such as quartz glass or plastic, a silicon substrate, a germanium substrate, a semiconductor substrate such as gallium arsenide, or indium phosphide, or aluminum on a substrate as a support member. If a silicon germanium mixture can be formed, a flexible substrate (such as a polyimide resin) can also be used. Further, a substrate in which one or more films are formed on the support substrate may be used.

(実施形態6:アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体の製造方法)
本実施形態は、前述の実施形態5のアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 6: Manufacturing method of aluminum silicon germanium mixture)
This embodiment is applied to the manufacturing method of the aluminum silicon germanium mixture of the fifth embodiment described above.

図2を再度利用して、本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体の作製方法について説明する。ここでは、非平衡状態で成膜する方法として、スパッタリング法を用いた例を示す。なお、図2において、21が基板、22がスパッタリングターゲットである。スパッタリング法を用いる場合は、ターゲット22材料を変化させることで、アルミニウムとシリコンとゲルマニウムの割合を簡単に変化させることができる。23はシリコンチップと記載されているが本実施形態では、シリコンチップあるいはゲルマニウムチップということになる。もちろん、アルミニウムやシリコンゲルマニウムの化合物としてボロン、または窒素、または水素、またはカーボンをターゲットに含有させておくことも可能である。さらには、窒素、または水素などはスパッタリングガス中に混入させることで混合体へ含有させることも好ましい。   With reference to FIG. 2 again, a method for producing an aluminum silicon germanium mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention will be described. Here, an example using a sputtering method is shown as a method for forming a film in a non-equilibrium state. In FIG. 2, 21 is a substrate and 22 is a sputtering target. When the sputtering method is used, the ratio of aluminum, silicon, and germanium can be easily changed by changing the target 22 material. Although 23 is described as a silicon chip, in this embodiment, it is a silicon chip or a germanium chip. Needless to say, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be contained in the target as a compound of aluminum or silicon germanium. Furthermore, it is also preferable that nitrogen, hydrogen, or the like is mixed in the sputtering gas to be contained in the mixture.

図2に示したように、基板上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜を形成する。   As shown in FIG. 2, an aluminum silicon germanium mixed film containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is formed on a substrate by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a material in a non-equilibrium state. To do.

原料としてのシリコン、ゲルマニウム及びアルミニウムは、図2のようにアルミニウムのターゲット22上にシリコンのチップ23とゲルマニウムのチップ23、さらにシリコン、ゲルマニウムの硼化物、窒化物、水素化物、炭化物のチップ23を配することで達成される。これらチップ23は、図2では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、1つであっても良い。但し、均一なアルミニウム含有の柱状構造体をシリコンゲルマニウム領域内に均一に分散させるには、図2に示したように基板21に対象に配置しておいた方が良い。   As shown in FIG. 2, silicon, germanium, and aluminum as raw materials are formed by placing a silicon chip 23 and a germanium chip 23 on a target 22 made of aluminum, and a silicon, germanium boride, nitride, hydride, and carbide chip 23. It is achieved by arranging. In FIG. 2, these chips 23 are divided into a plurality of parts, but of course, the present invention is not limited to this. One chip 23 may be provided as long as a desired film formation is possible. However, in order to uniformly disperse the uniform aluminum-containing columnar structure in the silicon germanium region, it is better to place it on the substrate 21 as shown in FIG.

また、所定量のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウム、シリコン、ゲルマニウムの粉末を焼成して作製したアルミニウムシリコンゲルマニウム焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。このようなターゲット22を用いることにより、膜組成のばらつきの少ない、均質な膜を形成することが可能となる。   Alternatively, a fired aluminum silicon germanium product obtained by firing a predetermined amount of boron, or powder of aluminum, silicon, or germanium containing nitrogen, hydrogen, or carbon can be used as a target material for film formation. By using such a target 22, it is possible to form a homogeneous film with little variation in film composition.

また、アルミニウムターゲット、シリコンターゲット、ゲルマニウムターゲットを別々に用意し、同時に各々のターゲット22をスパッタリングする方法を用いても良い。このとき、硼化物、窒化物、水素化物、炭化物としてターゲット22に混入させておくことで、ボロン、窒素、水素、カーボンを混合体に含有させることが可能である。また、スパッタリングガス中に窒素、水素を一部混ぜる方法でもよい。   Alternatively, a method of separately preparing an aluminum target, a silicon target, and a germanium target and simultaneously sputtering each target 22 may be used. At this time, boron, nitrogen, hydrogen, and carbon can be contained in the mixture by mixing in the target 22 as a boride, nitride, hydride, or carbide. Alternatively, a method in which nitrogen and hydrogen are partially mixed in the sputtering gas may be used.

形成される膜中のシリコンとゲルマニウムの合計総量は、アルミニウムとシリコンとゲルマニウムの全量に対して0.30≦x≦0.80であり、好ましくは0.35≦x≦0.75、さらに好ましくは0.40≦x≦0.70である。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The total total amount of silicon and germanium in the formed film is 0.30 ≦ x ≦ 0.80, preferably 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably, with respect to the total amount of aluminum, silicon, and germanium. Is 0.40 ≦ x ≦ 0.70. The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In particular, when boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0. .995 is preferred.

また、基板温度としては、300℃以下、好適には200℃以下であり、好ましくは100℃以上150℃以下であるのがよい。下限としては、0℃あるいは室温である。シリコンとゲルマニウムの合計量が斯かる温度範囲内で作製されれば、シリコンゲルマニウム領域内に柱状構造体が分散したボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体が得られる。   The substrate temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, and preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The lower limit is 0 ° C. or room temperature. If the total amount of silicon and germanium is produced within such a temperature range, boron in which columnar structures are dispersed in the silicon germanium region, or an aluminum silicon germanium mixture containing nitrogen, hydrogen, or carbon can be obtained. .

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜を形成しているときの試料温度は、300℃以下、好ましくは200℃以下が好ましい。このように、成膜条件にもよるが、300℃以下の試料温度でアルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法で形成することにより、作製されたボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜は、アルミニウムとシリコンとゲルマニウムが準安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムが数nmレベルのナノ柱状構造体を形成し、シリコンゲルマニウム領域と自己形成的に分離する。   The sample temperature when the aluminum, silicon germanium mixed film containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is formed is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower. As described above, depending on the film formation conditions, boron, nitrogen, or nitrogen produced by forming a material in a non-equilibrium state of aluminum, silicon, and germanium at a sample temperature of 300 ° C. or less. Alternatively, an aluminum silicon germanium mixed film containing hydrogen or carbon has a metastable eutectic structure in which aluminum, silicon, and germanium are in a metastable state, and aluminum forms a nano-columnar structure with a level of several nanometers. Separate formally.

ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のシリコンとゲルマニウムの総量は、例えばアルミニウムターゲット上に置くシリコンチップあるいはゲルマニウムチップの量を変えることや、アルミニウムとシリコンとゲルマニウムの粉末の混合量を変えて作製したターゲットを用いることにより制御できる。   The total amount of silicon and germanium in an aluminum silicon germanium mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be changed, for example, by changing the amount of silicon chips or germanium chips placed on an aluminum target, or by combining aluminum, silicon and germanium. It can be controlled by using a target prepared by changing the amount of powder mixed.

非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、0.2〜1Pa程度、あるいは0.1〜1Paがよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。つまり、0.1Pa以下のガス圧の低い領域のスパッタリングも可能であり、ガス種もその他の希ガスを用いることも可能である。また、一部窒素、水素、酸素ガスを混入させることも好ましい。   When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa, or 0.1 to 1 Pa. However, it is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as argon plasma is stably formed. That is, it is possible to perform sputtering in a low gas pressure region of 0.1 Pa or less, and it is also possible to use other rare gases as gas species. It is also preferable to partially mix nitrogen, hydrogen, and oxygen gas.

基板21としては、例えば石英ガラスをはじめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素をはじめとする半導体基板などの基板や、これらの基板の上に1層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、アルミニウムのナノ柱状構造体の形成に不都合がなければ、基体の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、アルミニウムのナノ柱状構造体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。   Examples of the substrate 21 include a substrate such as an insulating substrate such as quartz glass, a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide, and a substrate in which one or more layers are formed on these substrates. If there is no problem in forming the aluminum nanocolumnar structure, the material, thickness, mechanical strength, etc. of the base are not particularly limited. In addition, the shape of the substrate is not limited to a flat plate-like shape, but includes a curved surface, a surface having a certain degree of irregularities and steps, etc., but if there is no problem with the aluminum nanocolumnar structure, It is not particularly limited.

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが蒸着法(抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着等)、イオンプレーティング法をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。   The film forming method for forming the material in a non-equilibrium state is preferably a sputtering method, but the material is formed in any non-equilibrium state including a vapor deposition method (resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, etc.) and an ion plating method. A membrane method is applicable.

また、成膜のやり方としては、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウムを同時に形成する同時成膜プロセスを用いても良いし、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウムを数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもかまわない。   As a method of film formation, a simultaneous film formation process in which silicon, germanium, and aluminum are simultaneously formed may be used, or a multilayer film formation process in which silicon, germanium, and aluminum are stacked in several atomic layers may be used. Absent.

(実施形態7:多孔質体)
本実施形態は、多孔質体に適用したものである。本実施形態の多孔質体に適用できる混合体とは、前述した実施形態1、3、5に記載の混合体である。そして、図1における混合体14の第一の材料を主成分とする領域11を除去することで多孔質化させることが好ましい。
(Embodiment 7: porous body)
This embodiment is applied to a porous body. The mixture applicable to the porous body of the present embodiment is the mixture described in the first, third, and fifth embodiments. And it is preferable to make it porous by removing the area | region 11 which has the 1st material of the mixture 14 in FIG. 1 as a main component.

図3を用いて説明すると、本発明のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有した多孔質体34は、平均孔径2rが20nm以下であり、平均間隔2Rが30nm以下である膜面に対して垂直またはほぼ垂直な細孔31を有し、また、前記細孔31は柱状径状をなしており、さらに、前記細孔31の長さLと孔径2rの比であるアスペクト比(長さ/孔径)が0.1〜10000であり、かつ前記細孔31がボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したシリコンゲルマニウムを主成分とするシリコンゲルマニウム領域32で隔てられていることを特徴とする。   Referring to FIG. 3, the porous body 34 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon of the present invention has a film surface with an average pore diameter 2r of 20 nm or less and an average interval 2R of 30 nm or less. The pores 31 are perpendicular or substantially perpendicular to each other, the pores 31 have a columnar diameter, and an aspect ratio (long) is a ratio of the length L of the pores 31 to the pore diameter 2r. (Thickness / pore diameter) is 0.1 to 10,000, and the pores 31 are separated by a silicon germanium region 32 mainly composed of silicon germanium containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon. Features.

さらに、図3(a)は細孔の平均孔径が20nm以下であり、かつ互いに隣接する該細孔31の平均間隔が30nm以下であり、該細孔31がお互いに独立し、かつ膜面に対して垂直またはほぼ垂直である模式的平面図である。また、図3(b)は、図3(a)の破線BB'に沿って多孔質体34を切断したときの模式的断面図である。図3において、31は細孔(ナノホール)、32は領域、33は基板、34は多孔質体である。   Further, FIG. 3A shows that the average pore diameter of the pores is 20 nm or less, and the average interval between the adjacent pores 31 is 30 nm or less, and the pores 31 are independent from each other and on the membrane surface. FIG. 3 is a schematic plan view that is perpendicular or nearly perpendicular to the surface. Moreover, FIG.3 (b) is typical sectional drawing when the porous body 34 is cut | disconnected along broken line BB 'of Fig.3 (a). In FIG. 3, 31 is a pore (nanohole), 32 is a region, 33 is a substrate, and 34 is a porous body.

本実施形態に係る多孔質体34は、細孔31と領域32により構成されていることを特徴とする。また、細孔31は、図3(b)に示されているように、お互いに分離されており、互に連結しないで独立しており、また、基板33に対して垂直またはほぼ垂直に形成されている。   The porous body 34 according to this embodiment is characterized by being composed of pores 31 and regions 32. Further, as shown in FIG. 3B, the pores 31 are separated from each other, are independent without being connected to each other, and are formed perpendicular or substantially perpendicular to the substrate 33. Has been.

また、本実施形態に係る多孔質体34を構成している細孔31の形状は、図3(b)に示されているように柱状形状である。また、細孔31の孔径(膜面から見た細孔31の平均孔径を示す)2rは、20nm以下であり、細孔31の間隔(膜面から見た細孔31の平均中心間間隔を示す)2Rは、30nm以下である。好ましくは、細孔31の径2rは、0.5〜15nmであり、その中心間距離の間隔2Rは、5〜20nmである。また、長さLは、0.5nm〜数μm、好ましくは2nm〜5μmの範囲である。   Further, the shape of the pores 31 constituting the porous body 34 according to the present embodiment is a columnar shape as shown in FIG. Moreover, the pore diameter 2r (indicating the average pore diameter of the pore 31 as viewed from the membrane surface) 2r of the pore 31 is 20 nm or less, and the interval between the pores 31 (the average center interval of the pores 31 as viewed from the membrane surface) 2R is 30 nm or less. Preferably, the diameter 2r of the pore 31 is 0.5 to 15 nm, and the center distance 2R is 5 to 20 nm. The length L is in the range of 0.5 nm to several μm, preferably 2 nm to 5 μm.

ここで「平均孔径」とは、例えば、実際のSEM写真(約100nm×70nmの範囲)で観察される細孔部分をコンピュータで画像処理(抽出)して、その穴を楕円と仮定し画像解析して得られた長軸の平均のことを指している。   Here, “average pore diameter” means, for example, image processing (extraction) of a pore portion observed in an actual SEM photograph (a range of about 100 nm × 70 nm) by a computer, and image analysis assuming that the hole is an ellipse. It means the average of the long axis obtained.

また、多孔質体34内の細孔31は、図3(b)に示されるように、細孔31と基板33を直接つなげることができるが、これに限定されるものではなく、基板33と細孔31をつなげなくても良い。   Further, as shown in FIG. 3B, the pores 31 in the porous body 34 can directly connect the pores 31 and the substrate 33, but the present invention is not limited to this. It is not necessary to connect the pores 31.

また、本実施形態の多孔質体34を構成している領域32の組成は、例えばボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したシリコンゲルマニウムを主成分とするが、数から数十atomic%程度の他の元素、例えばアルミニウム(Al)、酸素(O)、アルゴン(Ar)などの各種の元素を含有してもよい。ここで、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The composition of the region 32 constituting the porous body 34 of the present embodiment is mainly composed of, for example, boron, nitrogen, hydrogen, or silicon germanium containing carbon, but from several to several tens atomic%. Various other elements such as aluminum (Al), oxygen (O), and argon (Ar) may be contained. Here, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In particular, when boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0. .995 is preferred.

また、本実施形態の多孔質体34の構造は、非晶質であること。また、本発明のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有した多孔質体34を構成している細孔31部分の基板上面からみた形状は、図3(a)のように、ほぼ円形のものでも良いし、また楕円形など任意の形状のものでもよい。さらに、非晶質部分の一部が結晶質であることも好ましい。   Further, the structure of the porous body 34 of the present embodiment is amorphous. Further, the shape of the pore 31 portion constituting the porous body 34 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon of the present invention as viewed from the top surface of the substrate is substantially circular as shown in FIG. It may be of any shape, or may have any shape such as an ellipse. Furthermore, it is also preferable that a part of the amorphous part is crystalline.

また、本実施形態の多孔質体34を構成している細孔31部分の基板断面からみた形状は、図3(b)のように長方形形状でも良いし、正方形や台形など任意の形状のものでもよい。   Further, the shape of the portion of the pore 31 constituting the porous body 34 of the present embodiment viewed from the cross section of the substrate may be a rectangular shape as shown in FIG. 3B, or an arbitrary shape such as a square or a trapezoid. But you can.

また、細孔31の長さLと孔径2rの比であるアスペクト比(長さ/孔径)が0.1〜10000、好ましくは0.5〜1000の範囲である形状のものが望ましい。   Further, it is desirable that the aspect ratio (length / pore diameter), which is the ratio of the length L of the pores 31 to the pore diameter 2r, is 0.1 to 10,000, preferably 0.5 to 1,000.

(実施形態8:シリコン多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態7の多孔質体をシリコン多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 8: Silicon porous body)
In this embodiment, the porous body of Embodiment 7 described above is applied to a silicon porous body.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン多孔質体は、柱状形状の細孔とそれを取り囲むシリコン領域を有するシリコン多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下であることを特徴とする多孔質体である。   The silicon porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a silicon porous body having columnar pores and a silicon region surrounding the pores, and an average of the pores A porous body having a pore diameter of 20 nm or less and an average interval between the pores of 30 nm or less.

前記多孔質体は、柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンからなるシリコン領域を有する膜状のシリコン多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下で、細孔の長さと孔径の比であるアスペクト比(長さ/孔径)が0.1〜10000であり、かつ前記細孔が前記シリコンを主成分とするシリコン領域で隔てられているのが好ましい。上記シリコン領域の表面には酸化膜が形成されている場合がある。
前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。
The porous body is a film-shaped silicon porous body having a columnar-shaped pore and a silicon region made of silicon containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and the pore is on the film surface. The aspect ratio (length / pore diameter), which is a ratio between the pore length and the pore diameter, is 0.1 to 0.1 nm, the average pore diameter is 20 nm or less and the average interval is 30 nm or less. It is preferably 10,000 and the pores are separated by a silicon region containing silicon as a main component. An oxide film may be formed on the surface of the silicon region.
The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記シリコン領域がシリコンを80atomic%以上含有するのが好ましい。当該割合には含有酸素量は除いている。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The silicon region preferably contains 80 atomic% or more of silicon. This ratio excludes the oxygen content. The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In particular, when boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0. .995 is preferred.

前記シリコンが非晶質シリコンであるのが好ましい。また、前記非晶質部分の一部は、結晶質が含まれていることも好ましい。   The silicon is preferably amorphous silicon. Moreover, it is also preferable that a part of the amorphous part contains a crystalline substance.

(実施形態9:ゲルマニウム多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態7の多孔質体をゲルマニウム多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 9: Germanium porous body)
In this embodiment, the porous body of Embodiment 7 described above is applied to a germanium porous body.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素を含有するゲルマニウム多孔質体は、柱状形状の細孔と、それを取り囲むゲルマニウム領域を有するゲルマニウム多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下であることを特徴とする多孔質体である。   The germanium porous body containing boron, nitrogen, or hydrogen according to the present embodiment is a germanium porous body having columnar pores and a germanium region surrounding the pores, and the pores have an average pore diameter. It is a porous body characterized by being 20 nm or less and having an average interval between the pores of 30 nm or less.

前記多孔質体は、柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウムを主成分とするゲルマニウム領域を有する膜状の多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下で、細孔の長さと孔径の比であるアスペクト比(長さ/孔径)が0.1〜10000であり、かつ前記細孔が前記ゲルマニウムを含有するゲルマニウム領域で隔てられているのが好ましい。   The porous body is a film-like porous body having a germanium region whose main component is germanium containing columnar pores and boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and the pores are membranes. Provided perpendicular or nearly perpendicular to the surface, the average pore diameter of the pores is 20 nm or less, the average interval is 30 nm or less, and the aspect ratio (length / pore diameter), which is the ratio of the pore length to the pore diameter, is 0. It is preferably 1 to 10,000, and the pores are separated by a germanium region containing the germanium.

前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。   The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記ゲルマニウム領域がゲルマニウムを80atomic%以上含有するのが好ましい。当該割合には含有酸素量は除いている。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The germanium region preferably contains 80 atomic% or more of germanium. This ratio excludes the oxygen content. The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In particular, when boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0. .995 is preferred.

前記ゲルマニウム領域が少なくともゲルマニウムとアルミニウムを含有するのが好ましい。   The germanium region preferably contains at least germanium and aluminum.

前記ゲルマニウムが非晶質ゲルマニウムであるのが好ましい。さらに、非晶質の一部が結晶質であることも好ましい。   The germanium is preferably amorphous germanium. Furthermore, it is preferable that a part of the amorphous is crystalline.

(実施形態10:シリコンゲルマニウム多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態7の多孔質体をシリコンゲルマニウム多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 10: Silicon germanium porous body)
In this embodiment, the porous body of Embodiment 7 described above is applied to a silicon germanium porous body.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素を含有するシリコンゲルマニウム多孔質体は、柱状形状の細孔とそれを取り囲むシリコンゲルマニウム領域を有するシリコンゲルマニウム多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下である多孔質体である。   The silicon germanium porous body containing boron, nitrogen, or hydrogen according to this embodiment is a silicon germanium porous body having columnar pores and a silicon germanium region surrounding the pores, and an average of the pores The porous body has a pore diameter of 20 nm or less and an average interval between the pores of 30 nm or less.

前記多孔質体は、柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウムを含有する領域を有する膜状の多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下で、細孔の長さと孔径の比であるアスペクト比(長さ/孔径)が0.1〜10000であり、かつ前記細孔が前記シリコンゲルマニウムを主成分とするシリコンゲルマニウム領域で隔てられているのが好ましい。   The porous body is a film-like porous body having a region containing silicon germanium containing columnar pores and boron, or nitrogen, hydrogen, or carbon, and the pores are on the membrane surface. The aspect ratio (length / pore diameter), which is a ratio between the pore length and the pore diameter, is 0.1 to 0.1 nm, the average pore diameter is 20 nm or less and the average interval is 30 nm or less. It is preferably 10,000 and the pores are separated by a silicon germanium region containing silicon germanium as a main component.

前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。   The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記シリコンゲルマニウム領域内のシリコンとゲルマニウムの総量が80atomic%以上含有するのが好ましい。当該割合には含有酸素量は除いている。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7であることが好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。特に、ボロン、または窒素、または水素を該材料の伝導型の制御に用いる場合は、y≧0.995の量で十分制御可能であり、膜の硬度をもたせるという目的のためにはy≦0.995であることが好ましい。   The total amount of silicon and germanium in the silicon germanium region is preferably 80 atomic% or more. This ratio excludes the oxygen content. The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In particular, when boron, nitrogen, or hydrogen is used to control the conductivity type of the material, an amount of y ≧ 0.995 is sufficiently controllable, and for the purpose of imparting film hardness, y ≦ 0. .995 is preferred.

前記シリコンゲルマニウム領域のシリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の組成の割合をSixGe1-xとしたとき、0<x<1の範囲であるのが好ましい。 When the composition ratio of silicon (Si) and germanium (Ge) in the silicon germanium region is Si x Ge 1 -x , it is preferable that 0 <x <1.

前記シリコンゲルマニウムが非晶質シリコンゲルマニウムであるのが好ましい。さらに、非晶質の一部が結晶質であることも好ましい。   The silicon germanium is preferably amorphous silicon germanium. Furthermore, it is preferable that a part of the amorphous is crystalline.

(実施形態11:多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態7の多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 11: Manufacturing method of porous body)
This embodiment is applied to the porous body manufacturing method of Embodiment 7 described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体の製造方法は、第一の材料と第二の材料を主成分として構成され、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する混合体であって、該第一の材料を含み構成される柱状の部材が、該第二の材料を含み構成される領域に取り囲まれている混合体を用意する工程(図4(a)参照)、該混合体から該柱状の部材を除去する工程を有することを特徴とする(図4(b)参照)。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment includes a first material and a second material as main components, and boron, nitrogen, or hydrogen, Alternatively, a step of preparing a carbon-containing mixture in which a columnar member including the first material is surrounded by a region including the second material (FIG. 4 (a)), and a step of removing the columnar member from the mixture (see FIG. 4 (b)).

図4において、41は第一の材料を主成分とする領域、42は第一の材料を主成分とする領域を取り囲むように配置される第二の材料を主成分とする領域、43は混合体、44は基板、45は多孔質体、46は細孔である。   In FIG. 4, 41 is a region mainly composed of the first material, 42 is a region mainly composed of the second material arranged so as to surround the region mainly composed of the first material, and 43 is mixed. The body, 44 is a substrate, 45 is a porous body, and 46 is a pore.

ここで、混合体43には該第二の材料が、0.3≦x≦0.8の割合で含まれているのがよい。但し、基板44に垂直方向に並んだ柱状構造体が、前記領域中に分散している混合体43が得られているのであれば上記割合に限定されるものではない。本発明においては、混合体43が、当該混合体から選択的に前記柱状構造体を除去できる材料の組み合わせにより得られている点が重要である。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有は、第一の材料、第二の材料の化合物、混合物から混入させてもよく、スパッタリング法においてはアルゴンなどのガスの一部に導入して達成させることも好ましい。   Here, the mixture 43 preferably contains the second material in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. However, the ratio is not limited to the above as long as the mixture 43 in which the columnar structures aligned in the vertical direction on the substrate 44 are dispersed in the region is obtained. In the present invention, it is important that the mixture 43 is obtained by a combination of materials that can selectively remove the columnar structure from the mixture. Further, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon may be mixed from the first material, the compound of the second material, or a mixture. In the sputtering method, it is introduced into a part of a gas such as argon. It is also preferable to achieve this.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.7≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.7 ≦ y ≦ 0.995.

また、細孔46形成後、必要に応じて当該細孔46を拡大させることもできる(図4(c)参照)。   In addition, after the formation of the pores 46, the pores 46 can be enlarged as necessary (see FIG. 4C).

前記第一の材料としては、例えばアルミニウムや金を、前記第二の材料としては、例えばSi、SiGe,Ge,C、あるいはこれらの組み合わせ材料を用いることができる。勿論、複数種類の材料を組み合わせてもよい。以下の説明においても同様である。   As the first material, for example, aluminum or gold can be used, and as the second material, for example, Si, SiGe, Ge, C, or a combination thereof can be used. Of course, a plurality of types of materials may be combined. The same applies to the following description.

本発明に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体の製造方法は、下記の(a)工程〜(c)工程を有することを特徴とする。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present invention has the following steps (a) to (c).

(a)工程:第一の材料(例えばアルミニウム)と第二の材料(例えばシリコン)を用意する。   (A) Step: A first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon) are prepared.

(b)工程:次に、前記2つの材料を非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板上に成膜する。当該成膜により得られるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する混合体は、前記第一の材料を含む柱状の部材と、前記第二の材料により構成され、該柱状の部材を取り囲む領域とを有する。第一の材料と第二の材料の全量に対して、第二の材料を0.3≦x≦0.8の割合で含有するように成膜することで、柱状の部材が分散した混合体が得られる。もちろん、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるためには、第一の材料または第二の材料に化合物、混合物として混入させておく方法が好ましく。さらに、スパッタリング法を用いる場合には、アルゴンガスの一部に窒素、水素ガスとして導入することで達成する方法も好ましい。   (B) Step: Next, the two materials are formed on the substrate by using a film forming method in which substances are formed in a non-equilibrium state. A mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon obtained by the film formation includes a columnar member including the first material and the second material, and surrounds the columnar member. And having a region. A mixture in which columnar members are dispersed by forming a film so as to contain the second material in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8 with respect to the total amount of the first material and the second material. Is obtained. Of course, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, a method of mixing the first material or the second material as a compound or mixture is preferable. Furthermore, when using the sputtering method, a method achieved by introducing nitrogen or hydrogen gas into part of the argon gas is also preferable.

(c)工程:次に、得られた混合体から柱状の部材を除去して細孔を形成する。第二の材料に比べて、第一の材料を溶かしやすい酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを施すと、主として第一の材料により形成される柱状の部材が除去されて細孔が形成される。   Step (c): Next, columnar members are removed from the obtained mixture to form pores. When wet etching is performed using an acid or an alkali that easily dissolves the first material as compared to the second material, columnar members mainly formed of the first material are removed to form pores.

なお、上記柱状の部材のエッチングなどによる除去は、実質的に柱状の部材が選択的に除去されればよく、柱状部材の深さ方向の長さ分すべてを除去する必要はない。
また、上記(c)工程に引き続き、前記第二の材料を溶かす酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを行って、形成された細孔の孔径を広げる事も可能である。
The columnar member may be removed by etching or the like as long as the columnar member is substantially selectively removed, and it is not necessary to remove the entire length of the columnar member in the depth direction.
In addition, following the step (c), wet etching using an acid or alkali that dissolves the second material can be performed to widen the pore diameter of the formed pores.

この工程においても、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させることが可能であり、イオンインプランテーション法により、イオン化させたボロンなどを打ち込むことが可能である。もちろん、混入させる量はわずかではあるがドーピングという観点からは十分適用可能である。   Also in this step, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be contained, and ionized boron or the like can be implanted by an ion implantation method. Of course, although the amount to be mixed is small, it is sufficiently applicable from the viewpoint of doping.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

さらに、本発明に係る多孔質体の製造方法を(a)〜(d)の順に追って説明する。   Furthermore, the manufacturing method of the porous body which concerns on this invention is demonstrated later on in order of (a)-(d).

(a)工程:成膜装置内に第一の材料(例えばアルミニウム)と、第二の材料(例えばシリコン)を用意する。このとき、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させる場合は、第一の材料または第二の材料の中に化合物、混合物としてあらかじめ含有させておくことが好ましい。   (A) Process: A first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon) are prepared in a film forming apparatus. At this time, when boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is contained, it is preferably contained in advance as a compound or mixture in the first material or the second material.

例えば、に示すように、第一の材料(例えば、アルミニウム)により構成されるターゲット(基板)上に、第二の材料(例えばシリコン)により構成されるチップを配置する。   For example, as shown in FIG. 2, a chip made of a second material (for example, silicon) is disposed on a target (substrate) made of a first material (for example, aluminum).

または、第一の材料または第二の材料からなるターゲット上に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する第二または第一の材料のチップを配置する。   Alternatively, a second or first material chip containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is placed on a target made of the first material or the second material.

(b)工程:混合体の形成
次に、基板上に混合体を成膜して形成する。ここでは、非平衡状態で物質を形成する成膜法として、スパッタリング法を用いた例を示す。
基板上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、混合体を形成する。混合体は、第一の材料を主成分とする組成からなる柱状の部材と、その周囲に配置され第二の材料を主成分とする領域から構成される。
(B) Step: Formation of Mixture Next, the mixture is formed on the substrate. Here, an example in which a sputtering method is used as a film formation method for forming a substance in a non-equilibrium state is shown.
A mixture is formed on the substrate by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state. The mixture is composed of a columnar member made of a composition containing the first material as a main component and a region arranged around it and containing the second material as a main component.

図2に示したように、基板21上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、混合体を形成する。   As shown in FIG. 2, a mixture is formed on the substrate 21 by a magnetron sputtering method which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state.

原料としての第二の材料及び第一の材料は、図2のように第一の材料を含むターゲット22上に、第二の材料からなるチップ23を配することで達成される。チップ23は、図2では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、1つであっても良い。但し、柱状の部材を領域内に均一に分散させるには、基板21に対象に配置しておくのがよい。   The second material and the first material as the raw material are achieved by arranging the chip 23 made of the second material on the target 22 including the first material as shown in FIG. In FIG. 2, the chip 23 is divided into a plurality of chips. However, the present invention is not limited to this, and one chip 23 may be used as long as a desired film can be formed. However, in order to uniformly disperse the columnar members in the region, it is preferable to arrange them on the substrate 21.

また、所定量の第一の材料(例えばアルミニウム)と第二の材料(例えばシリコン)との粉末を焼成して作製した焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。
また、例えばアルミニウムターゲットとシリコンターゲットを別々に用意し、同時に両方のターゲット22をスパッタリングする方法を用いても良い。
In addition, a fired product obtained by firing a predetermined amount of powder of a first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon) can be used as a target material for film formation.
Further, for example, a method of separately preparing an aluminum target and a silicon target and simultaneously sputtering both targets 22 may be used.

また、ターゲット22にボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させる方法の他に、スパッタリングガスとしてアルゴンの一部を窒素、水素にする方法も好ましい。   Further, in addition to a method in which the target 22 contains boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, a method in which part of argon as a sputtering gas is changed to nitrogen or hydrogen is also preferable.

形成される膜中の第二の材料の量は、第一の材料と第二の材料の全量に対して0.3≦x≦0.8の割合であり、好ましくは0.35≦x≦0.75、さらに好ましくは0.40≦x≦0.70である。第二の材料の量が斯かる範囲内であれば、領域内に柱状の部材が分散した混合体が得られる。   The amount of the second material in the formed film is a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8 with respect to the total amount of the first material and the second material, and preferably 0.35 ≦ x ≦ It is 0.75, More preferably, it is 0.40 <= x <= 0.70. When the amount of the second material is within such a range, a mixture in which columnar members are dispersed in the region is obtained.

また、基板温度としては、300℃以下であり、好ましくは200℃以下であるのがよい。   Further, the substrate temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower.

なお、このような方法で前記混合体を形成すると、第一の材料と第二の材料が準安定状態の共晶型組織となり、第一の材料が第二の材料により形成されるマトリックス内に数nmレベルのナノ混合体(柱状の部材)を形成し、自己組織的に分離する。そのときの柱状の部材はほぼ円柱状形状であり、その孔径は1〜20nmであり、間隔は5〜30nmである。   When the mixture is formed by such a method, the first material and the second material become a metastable eutectic structure, and the first material is in the matrix formed by the second material. A nano-mixture (columnar member) of several nm level is formed and separated in a self-organized manner. The columnar member at that time has a substantially columnar shape, the hole diameter is 1 to 20 nm, and the interval is 5 to 30 nm.

混合体に含まれる第二の材料の量は、例えば第一の材料からなるターゲット上に置くチップの量を変えることで制御できる。   The amount of the second material contained in the mixture can be controlled, for example, by changing the amount of chips placed on the target made of the first material.

また、非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、0.2〜1Pa程度、あるいは0.1から1Pa程度が好ましい。   When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa, or about 0.1 to 1 Pa.

さらに0.1Pa以下のガス圧力の低い領域でのスパッタリングでもよく、ガス種をその他の希ガスを用いることも可能であり、一部窒素、水素、酸素等を混入させることも好ましい。   Further, sputtering in a low gas pressure region of 0.1 Pa or less may be used, and other rare gases may be used as gas species, and it is also preferable to partially mix nitrogen, hydrogen, oxygen, or the like.

また、プラズマを形成するための出力は4インチターゲットでは、150〜1000W程度が好ましい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力及び出力であればよい。   The output for forming plasma is preferably about 150 to 1000 W for a 4-inch target. However, the present invention is not particularly limited to this, and any pressure and output may be used as long as argon plasma is stably formed.

基板としては、例えば石英ガラスやプラスチックをはじめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素をはじめとする半導体基板などの基板、金属基板、カーボン基板や、これらの基板の上に1層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、本発明に係る混合体の形成に不都合がなければ、基板の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、前記混合体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。ポリイミド樹脂などを用いたフレキシブル基板も用いることができる。なお、シリコン基板の場合は、p型、n型、高抵抗あるいは低抵抗基板を用いることができる。   As the substrate, for example, an insulating substrate such as quartz glass or plastic, a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide, a metal substrate, a carbon substrate, or one or more layers on these substrates. What was formed is mentioned. In addition, as long as there is no problem in forming the mixture according to the present invention, the material, thickness, mechanical strength, etc. of the substrate are not particularly limited. In addition, the shape of the substrate is not limited to a flat plate shape, but includes a curved surface, a surface having a certain degree of unevenness or a step, and the like. It is not something. A flexible substrate using a polyimide resin or the like can also be used. In the case of a silicon substrate, a p-type, n-type, high resistance or low resistance substrate can be used.

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着(EB蒸着)をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。なお、スパッタリング法の中でも、前記混合体が成長する基板に、プラズマが実質的に接しない状態でスパッタリングを行うことも好ましい。   A sputtering method is preferable as a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state, but a film forming method for forming a substance in any non-equilibrium state such as resistance heating vapor deposition and electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) can be applied. is there. Note that, among the sputtering methods, it is also preferable to perform sputtering in a state where plasma is not substantially in contact with the substrate on which the mixture is grown.

また、成膜する方法としては、第一の材料と第二の材料を同時に形成する同時成膜プロセスを用いても良いし、両材料を数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもよい。
上記の様にして成膜された混合体は、第一の材料を主成分とする組成からなる柱状の部材と、その周囲の第二の材料を主成分とするシリコン領域を備える。
In addition, as a method of film formation, a simultaneous film formation process in which the first material and the second material are simultaneously formed may be used, or a multilayer film formation process in which both materials are stacked in several atomic layers may be used. Good.
The mixture formed as described above includes a columnar member made of a composition mainly composed of the first material and a silicon region mainly composed of the second material around it.

柱状の部材部の組成は、第一の材料を主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、シリコン、酸素、アルゴン、などの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、例えば柱状の部材部の成分構成比においてアルミニウムの割合が80atomic%以上、好ましくは90atomic%以上が望ましい。当該割合において含有酸素量は除いている。   The composition of the columnar member portion is mainly composed of the first material, but may contain other elements such as silicon, oxygen, and argon as long as a fine mixture having a columnar structure is obtained. . The main component is, for example, a ratio of aluminum in the component composition ratio of the columnar member portion of 80 atomic% or more, preferably 90 atomic% or more. The oxygen content is excluded from this ratio.

また、柱状の部材の周囲を取り囲んでいる領域の組成は、第二の材料を主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、ボロン、窒素、水素、カーボンを多く含んでもよく、y≧0.7の割合で含むことが好ましい。また、アルミニウム、酸素、アルゴン、などの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、領域24の成分構成比において、例えば第二の材料の割合が80atomic%以上、あるいは90atomic%以上である。   The composition of the region surrounding the columnar member is mainly composed of the second material. However, if a fine mixture having a columnar structure is obtained, it contains a large amount of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon. However, it is preferable to include it in the ratio of y ≧ 0.7. Moreover, you may contain various elements, such as aluminum, oxygen, and argon. The main component is, for example, the ratio of the second material in the component composition ratio of the region 24 is 80 atomic% or more, or 90 atomic% or more.

(c)工程:細孔形成工程
上記混合体中の柱状の部材を選択的に除去する。その結果、混合体には、細孔を有する領域が残り、多孔質体が形成される。
(C) Process: pore formation process The columnar member in the said mixture is selectively removed. As a result, a region having pores remains in the mixture, and a porous body is formed.

なお、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したシリコン多孔質体中の細孔は、間隔2Rが30nm以下、孔径2rが20nm以下であるが、好ましくは、細孔の孔径2rは1〜15nmであり、その間隔2Rは5〜20nmである。また、長さLは0.5nm〜数μm、好ましくは2nm〜1000nmの範囲である。   The pores in the silicon porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon have an interval 2R of 30 nm or less and a pore diameter 2r of 20 nm or less. Preferably, the pore diameter 2r of the pore is 1 -15 nm, and the interval 2R is 5-20 nm. The length L is in the range of 0.5 nm to several μm, preferably 2 nm to 1000 nm.

エッチングに用いる溶液は、例えばアルミニウムを溶かしシリコンをほとんど溶解しない、りん酸、硫酸、塩酸、クロム酸溶液などの酸が挙げられるが、エッチングによる細孔形成に不都合がなければ水酸化ナトリウムなどのアルカリを用いることができ、特に酸の種類やアルカリの種類に限定されるものではない。また、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもかまわない。またエッチング条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製するボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したシリコン多孔質体に応じて、適宜設定することができる。もちろん、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有により、エッチング耐性が向上していることから、アルカリを用いたエッチングも好ましい。   Examples of the solution used for etching include acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and chromic acid solution that dissolve aluminum and hardly dissolve silicon, but if there is no problem in forming pores by etching, an alkali such as sodium hydroxide is used. Is not particularly limited to the type of acid or the type of alkali. Also, a mixture of several types of acid solutions or several types of alkali solutions may be used. Etching conditions can be set as appropriate according to the silicon porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon to be produced, for example, the solution temperature, concentration, and time. Of course, etching using alkali is also preferable because etching resistance is improved by containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

なお、上記工程により得られる多孔質体の孔壁には、酸化膜を形成することができる。   An oxide film can be formed on the pore wall of the porous body obtained by the above process.

また、必要に応じて、以下の工程(d)を行なってもよい。   Moreover, you may perform the following processes (d) as needed.

(d)工程:細孔径の拡大工程:
さらに上記多孔質体に対して、第二の材料を溶解する酸溶液、例えばフッ化水素を薄めた溶液など、あるいはアルカリ溶液、例えば水酸化ナトリウムなど、の中に浸すポアワイド処理により、適宜、細孔径を広げることができる。この溶液も特に細孔の拡大に問題がなければどのような酸及びアルカリを用いてもよい。また、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもよい。
(D) Process: pore diameter expansion process:
Further, the porous material is appropriately finely treated by pore wide treatment in which it is immersed in an acid solution that dissolves the second material, such as a solution diluted with hydrogen fluoride, or an alkaline solution such as sodium hydroxide. The hole diameter can be increased. Any acid and alkali may be used for this solution as long as there is no problem in pore enlargement. Also, a mixture of several types of acid solutions or several types of alkali solutions may be used.

また細孔の孔径拡大(ポアワイド処理)条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する細孔の大きさに応じて、適宜設定することができる。   In addition, the pore diameter enlargement (pore wide treatment) conditions can be appropriately set according to the size of the pores to be produced, for example, the solution temperature, concentration, and time.

(実施形態12:シリコン多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態8のシリコン多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 12: Silicon porous body production method)
This embodiment is applied to the silicon porous body manufacturing method of the eighth embodiment described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン多孔質体の製造方法は、アルミニウムとシリコンを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、アルミニウムとシリコンの全量に対してシリコンを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコン混合体を用意する工程、及び該アルミニウムシリコン混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する工程を有することを特徴とする。   The method for producing a porous silicon body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a mixture including aluminum and silicon, and includes a columnar member including aluminum and the columnar shape. And a step of preparing an aluminum silicon mixture containing silicon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8 with respect to the total amount of aluminum and silicon, and the silicon silicon mixture And a step of removing the columnar member containing aluminum.

前記多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンが0.3≦x≦0.8の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムシリコン混合体を形成する工程、及び(c)該アルミニウムシリコン混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程を有するのが好ましい。   The porous body manufacturing method includes: (a) a step of preparing aluminum and silicon; (b) a columnar member containing aluminum by using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and silicon; Forming a silicon region surrounding the columnar member, and forming an aluminum silicon mixture containing silicon, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, And (c) preferably, a step of etching the aluminum of the aluminum silicon mixture to form pores.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

前記エッチングが酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The etching is preferably wet etching using acid or alkali.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンが0.3≦x≦0.8の割合で、ボロン、または窒素、または水素を含有するアルミニウムシリコン混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコン混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程、及び(d)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon includes (a) a step of preparing aluminum and silicon, and (b) a step of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and silicon. Using a film method, it has a columnar member containing aluminum and a silicon region surrounding the columnar member, and silicon contains boron, nitrogen, or hydrogen in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. Preferably, the method includes a step of forming an aluminum silicon mixture, (c) a step of etching aluminum of the aluminum silicon mixture to form pores, and (d) a step of widening the pore diameter.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.80≦y≦0.995であることが好ましい。
前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。
The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.80 ≦ y ≦ 0.995.
The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。   The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.

(実施形態13:ゲルマニウム多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態9のゲルマニウム多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 13: Method for producing porous germanium)
The present embodiment is applied to the method for manufacturing a germanium porous body of the ninth embodiment described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム多孔質体の製造方法は、アルミニウムとゲルマニウムを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を用意する工程、及び該アルミニウムゲルマニウム混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する工程を有することを特徴とする。   A method for producing a porous germanium containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a mixture including aluminum and germanium, and includes a columnar member including aluminum and the columnar A germanium region surrounding the member, and preparing a germanium mixture containing germanium in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and It has the process of removing the columnar member containing this aluminum from an aluminum germanium mixture.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を形成する工程、及び(c)該アルミニウムゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon includes (a) a step of preparing aluminum and germanium, and (b) a method of forming a substance in a non-equilibrium state of the aluminum and germanium. Using a film method, a columnar member containing aluminum and a germanium region surrounding the columnar member, and germanium in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80, boron, nitrogen, hydrogen, or It is preferable to have a step of forming an aluminum germanium mixture containing carbon, and (c) a step of etching the aluminum of the aluminum germanium mixture to form pores.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

前記エッチングが酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The etching is preferably wet etching using acid or alkali.

前記ボロン、または窒素、または水素を含有する多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程、及び(d)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。
前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.80≦y≦0.995であることが好ましい。
The manufacturing method of the porous body containing boron, nitrogen, or hydrogen includes (a) a step of preparing aluminum and germanium, and (b) a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and germanium. And having a columnar member containing aluminum and a germanium region surrounding the columnar member, and containing germanium in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon It is preferable to include a step of forming an aluminum germanium mixture, (c) a step of etching aluminum of the aluminum germanium mixture to form pores, and (d) a step of expanding the pore diameter of the pores.
The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.80 ≦ y ≦ 0.995.

前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。   The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.

(実施形態14:シリコンゲルマニウム多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態9のシリコンゲルマニウム多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 14: Method for producing silicon germanium porous body)
This embodiment is applied to the silicon germanium porous body manufacturing method of the ninth embodiment described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム多孔質体の製造方法は、アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を用意する工程、及び該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する工程を有することを特徴とする。   The method for producing a silicon germanium porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a mixture including aluminum, silicon, and germanium, and a columnar member including aluminum And a silicon germanium region surrounding the columnar member, and a total amount of silicon and germanium in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon It has the process of preparing a mixture, and the process of removing the columnar member containing this aluminum from this aluminum silicon germanium mixture.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を形成する工程、及び(c)該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon includes (a) a step of preparing aluminum, silicon, and germanium, and (b) a substance in a non-equilibrium state of the aluminum, silicon, and germanium. A columnar member containing aluminum and a silicon germanium region surrounding the columnar member, and the total amount of silicon and germanium is 0.30 ≦ x ≦ 0.80, Preferably, the method includes a step of forming an aluminum silicon germanium mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and (c) a step of etching the aluminum of the aluminum silicon germanium mixture to form pores. .

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.7≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.7 ≦ y ≦ 0.995.

前記エッチングが酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The etching is preferably wet etching using acid or alkali.

前記ボロン、または窒素、または水素を含有する多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.30≦x≦0.80の割合で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を形成する工程、及び(c)該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を形成する工程、及び(d)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous body containing boron, nitrogen, or hydrogen includes (a) a step of preparing aluminum, silicon, and germanium, and (b) forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum, silicon, and germanium. Using a film forming method, a columnar member containing aluminum and a silicon germanium region surrounding the columnar member, the total amount of silicon and germanium being boron at a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80, or Forming an aluminum silicon germanium mixture containing nitrogen, hydrogen, or carbon; and (c) etching the aluminum of the aluminum silicon germanium mixture to form pores; and (d) the pores. It is preferable to have a step of expanding the pore diameter.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.7≦y≦0.995であることが好ましい。   The content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.7 ≦ y ≦ 0.995.

前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。   The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.

以下の実施形態15から実施形態20は参考例である。
(実施形態15:酸化物多孔質体)
本実施形態は、酸化物多孔質体に適用したものである。本発明の酸化物多孔質体に適用できる混合体とは、前述した実施形態1に記載の混合体である。そして、適用できる混合体の第一の材料を除去することで多孔質化させることが好ましい。
The following Embodiments 15 to 20 are reference examples.
(Embodiment 15: oxide porous body)
This embodiment is applied to an oxide porous body. The mixture applicable to the porous oxide body of the present invention is the mixture described in the first embodiment. And it is preferable to make it porous by removing the 1st material of the mixture which can be applied.

つまり、本実施形態に係る酸化物多孔質体は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する混合体から第一の材料からなる柱状の部材を除去する除去処理、及び酸化処理工程を含むことにより得られる。これら二つの処理は、除去処理と同時に酸化処理を行ってもよいし、除去処理後に酸化処理を行っても良いし、酸化処理後に除去処理を行なってもよい。ここでいう同時とは、時間的に厳密に同時である必要は無く、例えばエッチングによる除去工程を行った基体が結果として酸化されている場合等を含むものである。また、ボロン、窒素、水素の混入は、混合体作製時にも可能であるが、エッチングによる除去工程後に窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス雰囲気中で加熱したり、プラズマ処理する方法も好ましい。   That is, the porous oxide body according to the present embodiment includes a removal treatment for removing the columnar member made of the first material from the mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and an oxidation treatment step. It is obtained by including. These two processes may be performed simultaneously with the removal process, may be performed after the removal process, or may be performed after the oxidation process. The term “simultaneous” here does not need to be strictly coincident in terms of time, and includes, for example, a case where the substrate subjected to the removal step by etching is oxidized as a result. In addition, boron, nitrogen, and hydrogen can be mixed at the time of preparing the mixture, but a method of heating or plasma treatment in an atmosphere of nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas after the removing step by etching is also preferable.

本実施形態では、第一の材料としては、AlやAuやMgやAgなどが挙げられる。第二の材料としては、Si、Ge、SixGe1−xなどが挙げられる。特に第二の材料としては、非晶質となり得る材料であることが望ましい。   In the present embodiment, examples of the first material include Al, Au, Mg, and Ag. Examples of the second material include Si, Ge, SixGe1-x and the like. In particular, the second material is desirably a material that can be amorphous.

第一及び第二の材料としては、両者の成分系相平衡図において、共晶点を有する材料(いわゆる共晶系の材料)であることが好ましい。特に共晶点が300℃以上好ましくは400℃以上であるのがよい。また、第一及び第二の材料として共析系を用いることもできる。なお、第一の材料と第二の材料として好ましい組み合わせとしては、第一の材料としてAlを用い、第二の材料としてSiを用いる形態、第一の材料としてAlを用い、第二の材料としてGeを用いる形態、あるいは第一の材料としてAlを用い、第二の材料としてSixGe1−x(0<x<1)を用いるのが好ましい。   The first and second materials are preferably materials having eutectic points (so-called eutectic materials) in both component phase equilibrium diagrams. In particular, the eutectic point is 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher. A eutectoid system can also be used as the first and second materials. As a preferable combination as the first material and the second material, Al is used as the first material, Si is used as the second material, Al is used as the first material, and the second material is used as the second material. It is preferable to use Ge as the first material or Al as the first material and SixGe1-x (0 <x <1) as the second material.

なお、多孔質体を構成する前記領域に含まれる第一の材料(例えばアルミニウム)の割合としては、1atomic%以上20atomic%以下であることが好ましい。ここで、上記割合には、多孔質体中に含まれる含有酸素量は考慮していない。   In addition, it is preferable that it is 1 atomic% or more and 20 atomic% or less as a ratio of the 1st material (for example, aluminum) contained in the said area | region which comprises a porous body. Here, the oxygen content contained in the porous body is not considered in the above ratio.

前記柱状の部材を取り囲む領域は、非晶質であることが望ましい。さらに、非晶質部分には一部結晶質が含まれていることも好ましい。   The region surrounding the columnar member is preferably amorphous. Furthermore, it is also preferable that the amorphous part partially contains crystalline.

前記柱状の部材の平面形状としては円形あるいは楕円形状である。   The planar shape of the columnar member is circular or elliptical.

前記混合体から前記柱状の部材を除去(ウェットエッチングあるいはドライエッチングなど)することにより複数の柱状の孔を有する多孔質体が形成される。エッチングには、柱状の部材を選択的に除去できればよく、エッチング液としては例えば、燐酸、硫酸、塩酸、硝酸などの酸が好適である。当該除去により形成される多孔質体の孔は、互いに連結せず独立していることが好適である。多孔質体を酸化等する場合には、細孔を有する混合体を完全に酸化してもよいし、主としてその孔壁を酸化し、孔壁内部に非酸化処理部を残存させていてもよい。   By removing the columnar member from the mixture (wet etching or dry etching), a porous body having a plurality of columnar holes is formed. For the etching, it is only necessary to selectively remove the columnar member, and as the etchant, for example, acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid are suitable. It is preferable that the pores of the porous body formed by the removal are independent without being connected to each other. When the porous body is oxidized or the like, the mixture having pores may be completely oxidized, or the pore wall may be mainly oxidized to leave the non-oxidized portion inside the pore wall. .

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体は、複数の柱状の孔とそれを取り囲む領域を備え、該領域はSi、Geあるいはこれらの組み合わせ材料を含み構成される酸化物非晶質領域であることを特徴とする。   The porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment includes a plurality of columnar holes and a region surrounding the hole, and the region includes Si, Ge, or a combination thereof. The oxide is an amorphous region.

図5(a)において、51は細孔を、52はそれを取り囲む酸化物領域(例えば、Si、Geあるいはこれらの組み合わせ材料により形成される。)である。53は基板、54は酸化物多孔質体である。   In FIG. 5A, 51 is a pore and 52 is an oxide region (for example, formed of Si, Ge, or a combination thereof) surrounding the pore. 53 is a substrate, and 54 is an oxide porous body.

図5(b)は、図5(a)の破線CC'に沿って多孔質体を切断したときの模式的断面図である。   FIG.5 (b) is typical sectional drawing when a porous body is cut | disconnected along broken line CC 'of Fig.5 (a).

図5(b)に示すように、本実施形態によれば、実質的に分岐していない細孔51を有する酸化物多孔質体54が得られる。同図からも明らかなように、細孔51がお互いに独立し、かつ膜面(あるいは基板)に対して垂直又はほぼ垂直な細孔51が得られる。   As shown in FIG. 5B, according to this embodiment, an oxide porous body 54 having pores 51 that are not substantially branched is obtained. As is clear from the figure, the pores 51 are independent of each other, and the pores 51 perpendicular to or substantially perpendicular to the film surface (or substrate) can be obtained.

本実施形態によれば、複数の細孔51同士の平均中心間距離(図1中の2R)を30nm以下にし、柱状の細孔51の平均径が20nm以下(図1中の2r)にすることができる。好ましくは、細孔51の径2rは0.5〜15nmであり、その中心間距離の間隔2Rは5〜20nmである。また、長さLは0.5nm〜数μm、好ましくは2nm〜5μmの範囲である。ここで平均孔径とは、例えば、実際のSEM写真(約100nm×100nmの範囲)で観察される細孔部分をコンピュータで画像処理(抽出)して、その穴を楕円と仮定し画像解析して得られた長軸の平均のことを指している。   According to this embodiment, the average center-to-center distance (2R in FIG. 1) between the plurality of pores 51 is 30 nm or less, and the average diameter of the columnar pores 51 is 20 nm or less (2r in FIG. 1). be able to. Preferably, the diameter 2r of the pore 51 is 0.5 to 15 nm, and the distance 2R between the centers is 5 to 20 nm. The length L is in the range of 0.5 nm to several μm, preferably 2 nm to 5 μm. Here, the average pore diameter is, for example, image processing (extraction) of a pore portion observed in an actual SEM photograph (a range of about 100 nm × 100 nm) by a computer, and image analysis assuming that the hole is an ellipse. It means the average of the major axis obtained.

また、本実施形態に係る酸化物多孔質体54内の細孔51は、図5(b)に示されるように、細孔51と基板53を直接つなげることができるが、これに限定されるものではなく、基板53と細孔51をつなげなくても良い。   Further, as shown in FIG. 5B, the pore 51 in the porous oxide body 54 according to the present embodiment can directly connect the pore 51 and the substrate 53, but is not limited thereto. The substrate 53 and the pore 51 may not be connected.

また、本実施形態に係る酸化物多孔質体を構成している酸化物領域52の組成は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する第二の材料の酸化物を主成分とするが、数から数十atomic%程度の他の元素、例えばアルミニウム(Al)、アルゴン(Ar)などの各種の元素を含有してもよい。また、ボロン、または窒素、または水素の含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The composition of the oxide region 52 constituting the oxide porous body according to the present embodiment is mainly composed of an oxide of a second material containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon. However, it may contain other elements such as aluminum (Al), argon (Ar), etc., from several to several tens atomic%. Further, the content of boron, nitrogen, or hydrogen is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

特に、柱状の細孔51が存在する位置にアルミニウムなどの上述した第一の材料を含み構成される柱状の部材が存在していた場合は、酸化物多孔質体54内にアルミニウム等が存在する。柱状の部材を構成していた第一の材料は、多孔質の孔壁面付近でその濃度は高く、孔壁内部では低くなる。即ち、酸化物多孔質体54内の第一の材料は、面内方向に濃度分布を持つことになる。勿論、熱処理等によりアルミニウムなどの上記第一の材料の拡散を促せば、その濃度分布は減少する。   In particular, when a columnar member including the above-described first material such as aluminum is present at a position where the columnar pores 51 are present, aluminum or the like is present in the oxide porous body 54. . The concentration of the first material constituting the columnar member is high in the vicinity of the porous hole wall surface, and is low in the hole wall. That is, the first material in the oxide porous body 54 has a concentration distribution in the in-plane direction. Of course, if the diffusion of the first material such as aluminum is promoted by heat treatment or the like, the concentration distribution decreases.

なお、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体54は、孔壁面付近、その内部ともに非晶質構造をとる。また、非晶質部分に一部結晶質が形成されていることも好ましい。   Note that the porous oxide body 54 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon has an amorphous structure both near and inside the pore wall surface. It is also preferable that a part of the crystalline material is formed in the amorphous part.

第二の材料とは、Si、SiGe、Geあるいはこれらの組み合わせ材料などである。
また、本実施形態に係る酸化物多孔質体54を構成している領域2の構造は、非晶質構造であり、細孔51部分の基板上面からみた形状は、図1(a)のように、ほぼ円形のものでも良いし、また楕円形など任意の形状のものでもよい。
The second material is Si, SiGe, Ge, or a combination material thereof.
Further, the structure of the region 2 constituting the porous oxide body 54 according to the present embodiment is an amorphous structure, and the shape of the pore 51 portion viewed from the top surface of the substrate is as shown in FIG. In addition, it may be substantially circular, or may have an arbitrary shape such as an ellipse.

また、本実施形態の酸化物多孔質体54を構成している細孔51部分の基板断面からみた形状は、図5(b)のように長方形形状でも良いし、正方形や台形など任意の形状のものでもよい。また、複数の細孔51の深さ方向が実質的に同一であることが好ましい。   Further, the shape of the pore 51 portion constituting the oxide porous body 54 of the present embodiment viewed from the cross section of the substrate may be a rectangular shape as shown in FIG. 5B, or an arbitrary shape such as a square or a trapezoid. It may be. Further, it is preferable that the depth directions of the plurality of pores 51 are substantially the same.

また、酸化物領域52には、アルミニウムが含まれていてもよい。   The oxide region 52 may contain aluminum.

なお、本実施形態によれば、前記細孔51の長さと孔径の比であるアスペクト比(長さ/孔径)を0.1〜10000にすることができる。   According to the present embodiment, the aspect ratio (length / pore diameter), which is the ratio of the length of the pore 51 to the pore diameter, can be set to 0.1 to 10,000.

また、本発明に係る酸化物多孔質体54は、柱状形状の細孔51と酸化物領域52を有する膜状の混合体であって、細孔51が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔51の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下であり、かつ細孔51が酸化物領域52で隔てられていることを特徴とする。   The porous oxide body 54 according to the present invention is a film-like mixture having columnar pores 51 and oxide regions 52, and the pores 51 are perpendicular or almost perpendicular to the membrane surface. Provided, the average pore diameter of the pores 51 is 20 nm or less, the average interval is 30 nm or less, and the pores 51 are separated by an oxide region 52.

細孔51は、図5(b)に示されているように酸化物領域52により、お互いに分離されており、互に連結しないで独立しており、また、基板53に対して垂直またはほぼ垂直に形成されている。   The pores 51 are separated from each other by oxide regions 52 as shown in FIG. 5B, are independent of each other, and are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate 53. It is formed vertically.

また、本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体54を構成している細孔51の形状は、図5(b)に示されているように柱状形状である。また、細孔51の孔径(平均孔径を示す)2rは20nm以下であり、細孔51の間隔(平均間隔を示す)2Rは30nm以下である。好ましくは、細孔51の径2rは1〜15nmであり、その間隔2Rは5〜20nmである。また、長さLは5nm〜数μm、好ましくは2nm〜1000nmの範囲である。ここで「平均孔径」とは、例えば、実際のSEM写真(約100nm×100nmの範囲)で観察される細孔部分をコンピュータで画像処理(抽出)して、その穴を楕円と仮定し画像解析して得られた長軸の平均のことを指している。   Further, the shape of the pores 51 constituting the porous oxide body 54 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is as shown in FIG. It is a columnar shape. The pore diameter (indicating the average pore diameter) 2r of the pores 51 is 20 nm or less, and the interval (indicating the average interval) 2R between the pores 51 is 30 nm or less. Preferably, the diameter 2r of the pores 51 is 1 to 15 nm, and the interval 2R is 5 to 20 nm. The length L is in the range of 5 nm to several μm, preferably 2 nm to 1000 nm. Here, “average pore diameter” means, for example, image processing (extraction) of a pore portion observed in an actual SEM photograph (a range of about 100 nm × 100 nm) by a computer, and image analysis assuming that the hole is an ellipse. It means the average of the long axis obtained.

また、本実施形態のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体内の細孔51は、図5(b)に示されるように、細孔51と基板53を直接つなげることができるが、これに限定されるものではなく、基板53と細孔51をつなげなくてもよい。   Further, the pore 51 in the porous oxide body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment directly connects the pore 51 and the substrate 53 as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the substrate 53 and the pore 51 may not be connected.

また、本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体54がシリコン酸化物(SiOx)を主成分とする場合、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。さらに、アルミニウム酸化物(AlOx)などの酸化物の他、アルゴン(Ar)、などの各種の元素を含有してもよい。シリコン酸化物領域におけるシリコン(Si)の含有量は酸素を除くすべての元素に対して80atomic%以上、好ましくは85〜99atomic%の範囲である。 Further, when the oxide porous body 54 containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment contains silicon oxide (SiO x ) as a main component, boron, nitrogen, hydrogen, or The carbon content is preferably y ≧ 0.7, more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. In addition to oxides such as aluminum oxide (AlO x ), various elements such as argon (Ar) may be contained. The silicon (Si) content in the silicon oxide region is 80 atomic% or more, preferably 85 to 99 atomic%, with respect to all elements except oxygen.

なお、第一の材料としてアルミニウムを用いた場合、得られる酸化物多孔質体54に含まれるアルミニウムの含有量は、酸素を除くすべての元素に対して、0.01〜20atomic%の範囲であり、好ましくは0.1〜10atomic%の範囲である。   In addition, when aluminum is used as the first material, the content of aluminum contained in the obtained oxide porous body 54 is in the range of 0.01 to 20 atomic% with respect to all elements except oxygen. The range is preferably from 0.1 to 10 atomic%.

なお、細孔51の柱状形状とは、上記サイズを満足するものであれば、任意のアスペクト比(長さL/孔径2r)を有する形状を含むものである。なお、好ましくはアスペクト比(長さL/孔径2r)は0.5〜1000の範囲である。   The columnar shape of the pore 51 includes a shape having an arbitrary aspect ratio (length L / pore diameter 2r) as long as the size is satisfied. The aspect ratio (length L / hole diameter 2r) is preferably in the range of 0.5 to 1000.

(実施形態16:シリコン酸化物多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態15の酸化物多孔質体をシリコン酸化物多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 16: Silicon oxide porous body)
In the present embodiment, the porous oxide body according to the fifteenth embodiment is applied to a porous silicon oxide body.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン酸化物多孔質体は、柱状形状の細孔とそれを取り囲むシリコン酸化物領域を有するシリコン酸化物多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下であることを特徴とする酸化物多孔質体である。   The silicon oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to this embodiment is a silicon oxide porous body having columnar pores and a silicon oxide region surrounding the pores. The porous oxide body is characterized in that the average pore diameter of the pores is 20 nm or less and the average interval between the pores is 30 nm or less.

柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン酸化物を主成分とするシリコン酸化物領域を有する膜状のシリコン酸化物多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下であり、かつ前記細孔が前記シリコン酸化物を主成分とするシリコン酸化物領域で隔てられているのが好ましい。   A film-like silicon oxide porous body having a columnar-shaped pore and a silicon oxide region mainly composed of silicon oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, wherein the pore A silicon oxide region provided perpendicularly or substantially perpendicularly to the membrane surface, having an average pore diameter of 20 nm or less and an average interval of 30 nm or less, and wherein the pores are composed of the silicon oxide as a main component. Preferably they are separated.

前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。   The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記シリコン酸化物領域が酸素を除くすべての元素の総量に対してシリコンを80atomic%以上含有するのが好ましい。   The silicon oxide region preferably contains 80 atomic% or more of silicon with respect to the total amount of all elements except oxygen.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン酸化物には、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。さらに、アルミニウム酸化物を含むことが好ましい。さらに、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコン酸化物は、非晶質であるのが好ましい。また、非晶質部分の一部は、結晶質であることが好ましい。   In the silicon oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, more preferably 0.8 ≦ y. It is preferable that ≦ 0.995. Furthermore, it is preferable that an aluminum oxide is included. Further, the silicon oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably amorphous. Moreover, it is preferable that a part of amorphous part is crystalline.

(実施形態17:ゲルマニウム酸化物多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態15の酸化物多孔質体をゲルマニウム酸化物多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 17: germanium oxide porous body)
In the present embodiment, the porous oxide body according to the fifteenth embodiment is applied to a porous germanium oxide body.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム酸化物多孔質体は、柱状形状の細孔とそれを取り囲むゲルマニウム酸化物領域を有するゲルマニウム酸化物多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下であることを特徴とする酸化物多孔質体である。   The germanium oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a germanium oxide porous body having columnar pores and a germanium oxide region surrounding the pores. The porous oxide body is characterized in that the average pore diameter of the pores is 20 nm or less and the average interval between the pores is 30 nm or less.

柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム酸化物を主成分とするゲルマニウム酸化物領域を有する膜状のゲルマニウム酸化物多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下であり、かつ前記細孔が前記ゲルマニウム酸化物を主成分とするゲルマニウム酸化物領域で隔てられているのが好ましい。   A porous germanium film having a columnar shape and a germanium oxide region mainly composed of a germanium oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, wherein the pores are A germanium oxide region provided perpendicularly to or substantially perpendicular to the membrane surface, having an average pore diameter of 20 nm or less and an average interval of 30 nm or less, and wherein the pores are composed of the germanium oxide as a main component; Preferably they are separated.

前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。   The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記ゲルマニウム酸化物領域が酸素を除くすべての元素の総量に対してゲルマニウムを80atomic%以上含有するのが好ましい。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The germanium oxide region preferably contains 80 atomic% or more of germanium with respect to the total amount of all elements except oxygen. Further, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム酸化物領域は、アルミニウム酸化物を含有するのが好ましい。さらに、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム酸化物は、非晶質であることが好ましい。また、非晶質部分の一部は、結晶質であることが好ましい。   The germanium oxide region containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon preferably contains aluminum oxide. Further, the germanium oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably amorphous. Moreover, it is preferable that a part of amorphous part is crystalline.

(実施形態18:シリコンゲルマニウム酸化物多孔質体)
本実施形態は、前述した実施形態15の酸化物多孔質体をシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体に適用したものである。
(Embodiment 18: Silicon germanium oxide porous body)
In this embodiment, the porous oxide body according to the fifteenth embodiment described above is applied to a porous silicon germanium oxide body.

本実施形態のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体は、柱状形状の細孔とそれを取り囲むシリコンゲルマニウム酸化物領域を有するシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体であって、該細孔の平均孔径が20nm以下であり、且つ該細孔同士の平均間隔が30nm以下であることを特徴とする酸化物多孔質体である。   The silicon germanium oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to this embodiment is a silicon germanium oxide porous body having columnar pores and a silicon germanium oxide region surrounding the pores. The porous porous body is characterized in that the average pore diameter of the pores is 20 nm or less and the average interval between the pores is 30 nm or less.

柱状形状の細孔とボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物を主成分とするシリコンゲルマニウム酸化物領域を有する膜状のシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体であって、前記細孔が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が20nm以下で、平均間隔が30nm以下であり、かつ前記細孔が前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物を主成分とするシリコンゲルマニウム酸化物領域で隔てられているのが好ましい。   A film-like silicon germanium oxide porous body having a silicon germanium oxide region mainly composed of silicon germanium oxide containing columnar pores and boron, or nitrogen, hydrogen, or carbon, The pores are provided perpendicularly or substantially perpendicular to the membrane surface, the pores have an average pore diameter of 20 nm or less and an average interval of 30 nm or less, and the pores are boron, nitrogen, hydrogen, or carbon It is preferable to be separated by a silicon germanium oxide region mainly containing silicon germanium oxide containing.

前記細孔の平均孔径が1〜15nmであり、かつ細孔の平均間隔が5〜20nmであるのが好ましい。   The average pore diameter of the pores is preferably 1 to 15 nm, and the average interval between the pores is preferably 5 to 20 nm.

前記シリコンゲルマニウム酸化物領域が酸素を除くすべての元素の総量に対してシリコンとゲルマニウムの合計を80atomic%以上含有するのが好ましい。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   The silicon germanium oxide region preferably contains 80 atomic% or more of the total of silicon and germanium with respect to the total amount of all elements except oxygen. Further, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物領域のシリコン元素(Si)とゲルマニウム元素(Ge)の組成の割合をSizGe1-zとしたとき、0<z<1の範囲であるのが好ましい。前記ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物には、アルミニウム酸化物が含まれることが好ましい。 When the ratio of the composition of silicon element (Si) and germanium element (Ge) in the silicon germanium oxide region containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is Si z Ge 1-z , 0 <z < A range of 1 is preferred. The silicon germanium oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon preferably contains aluminum oxide.

また、シリコンゲルマニウム酸化物は、非晶質であるのが好ましい。さらに、非晶質部分の一部には、結晶質を含むことが好ましい。   The silicon germanium oxide is preferably amorphous. Furthermore, it is preferable that a part of the amorphous portion contains crystalline.

(実施形態19:酸化物多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態15の酸化物多孔質体の製造方法に適用したものである。以下、本実施形態にかかるボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体の製造方法について詳細に説明する。
(Embodiment 19: Method for producing oxide porous body)
This embodiment is applied to the oxide porous body manufacturing method of Embodiment 15 described above. Hereinafter, the manufacturing method of the porous oxide body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment will be described in detail.

本実施形態に係る酸化物多孔質体の製造方法は、第一の材料と第二の材料を含み構成される混合体であって、該第一の材料を含み構成される柱状の部材が、該第二の材料を含み構成される領域に取り囲まれている混合体を用意する工程(図6(a)参照)、該混合体から該柱状の部材を除去する除去工程(図6(b)参照)、及び前記領域を酸化する工程を有することを特徴とする。   The method for producing an oxide porous body according to the present embodiment is a mixture including a first material and a second material, and a columnar member including the first material includes: A step of preparing a mixture surrounded by a region including the second material (see FIG. 6A), and a removing step of removing the columnar member from the mixture (FIG. 6B) And a step of oxidizing the region.

図6において、61は第一の材料を主成分とする領域、62は基板、63は混合体、64は第二の材料を主成分とする領域、65は多孔質体、66は細孔、67は拡大した細孔、68酸化物多孔質体である。   In FIG. 6, 61 is a region mainly composed of the first material, 62 is a substrate, 63 is a mixture, 64 is a region mainly composed of the second material, 65 is a porous body, 66 is a pore, Reference numeral 67 denotes expanded pores and 68 oxide porous body.

ここで、混合体63には該第二の材料が、0.30≦x≦0.80の割合で含まれているのがよい。但し、基板62に垂直方向に並んだ柱状構造体が、前記領域中に分散している混合体が得られているのであれば上記割合に限定されるものではない。本実施形態においては、混合体63が、当該混合体から選択的に前記柱状構造体を除去できる材料の組み合わせにより得られている点が重要である。   Here, the mixture 63 may contain the second material in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80. However, the ratio is not limited to the above as long as a mixture in which the columnar structures arranged in the vertical direction on the substrate 62 are dispersed in the region is obtained. In the present embodiment, it is important that the mixture 63 is obtained by a combination of materials that can selectively remove the columnar structure from the mixture.

なお、前記除去工程後、必要に応じて、酸化物多孔質体68の孔径を拡大する孔径拡大工程を行うこともできる(図6(d)参照)。勿論、除去工程後、酸化工程を行わずに、孔径拡大工程を行った後、酸化工程を行なってもよい。   In addition, after the said removal process, the hole diameter expansion process which expands the hole diameter of the oxide porous body 68 can also be performed as needed (refer FIG.6 (d)). Of course, after the removing step, the oxidizing step may be performed after the pore diameter expanding step without performing the oxidizing step.

また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるためには、第一の材料を含み構成される柱状の部材が、該第二の材料を含み構成される領域に取り囲まれている混合体を用意する工程で混入させるか、その後にイオンインプランテーションにより膜中にイオンを打ち込むか、混入させる材料からなるガス中で熱処理、プラズマ処理するなどの手段が好ましい。また、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   In order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, a columnar member that includes the first material is surrounded by a region that includes the second material. Means such as mixing in the step of preparing the body, implanting ions into the film by ion implantation thereafter, or performing heat treatment or plasma treatment in a gas made of the material to be mixed are preferable. Further, the content of boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

第一の材料としては、例えばアルミニウムや金を、第二の材料としては、例えばSi、SiGe,Geあるいはこれらの組み合わせ材料を用いることができる。勿論、複数種類の材料を組み合わせてもよい。以下の説明においても同様である。   As the first material, for example, aluminum or gold can be used, and as the second material, for example, Si, SiGe, Ge, or a combination thereof can be used. Of course, a plurality of types of materials may be combined. The same applies to the following description.

以下に、酸化物多孔質体の製造方法に関する工程を(a)〜(d)に分けて説明する。   Below, the process regarding the manufacturing method of an oxide porous body is divided and demonstrated to (a)-(d).

(a)工程:まず第一の材料(例えばアルミニウム)と第二の材料(例えばシリコン)を用意する。この時点で、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させる場合は、第一の材料、または第二の材料に化合物、または混合物としてボロン、窒素、水素、カーボンを目的の組成に合わせて混入させておくことが好ましい。   (A) Step: First, a first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon) are prepared. If boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is contained at this point, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is adjusted to the target composition as a compound or mixture in the first material or the second material. It is preferable to mix them.

(b)工程:次に、該第一の材料と第二の材料を非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板上に混合体を形成する(図6(a)参照)。成膜されて得られる混合体は、第一の材料を含む柱状の部材と、前記第二の材料により形成され、該柱状の部材を取り囲む領域とを有する。第二の材料を0.30≦x≦0.80の割合で含有するように成膜することで、柱状の部材が分散した混合体が得られる。特に、ボロン、窒素、水素、カーボンがあらかじめ原料に混入されていた場合には、この時点で混合体に取り込まれているようにすることができる。   Step (b): Next, a mixture is formed on the substrate using a film forming method in which the first material and the second material are formed in a non-equilibrium state (see FIG. 6A). . The mixture obtained by film formation includes a columnar member including the first material and a region that is formed of the second material and surrounds the columnar member. By forming a film so as to contain the second material in a ratio of 0.30 ≦ x ≦ 0.80, a mixture in which columnar members are dispersed is obtained. In particular, when boron, nitrogen, hydrogen, and carbon are mixed in the raw material in advance, it can be taken into the mixture at this point.

(c)工程:次に、該混合体から柱状の部材をエッチング等により除去して細孔を形成する(図6(b)参照)。混合体に酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを施すと、柱状の部材が選択的に除去されて細孔を有する多孔質体が形成される。   (C) Step: Next, the columnar member is removed from the mixture by etching or the like to form pores (see FIG. 6B). When wet etching using acid or alkali is performed on the mixture, the columnar member is selectively removed to form a porous body having pores.

(d)工程:次に、該細孔を有する多孔質体を酸化して酸化物多孔質体を得る(図6(c)参照)。   Step (d): Next, the porous body having the pores is oxidized to obtain an oxide porous body (see FIG. 6C).

上記、(d)工程に引き続き、酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを行なって、酸化物多孔質体の孔径を拡大する工程(e)を行なってもよい。   Subsequent to the step (d), the step (e) of expanding the pore diameter of the oxide porous body by performing wet etching using an acid or alkali may be performed.

また、酸化させる工程においては、酸素雰囲気中での加熱処理、プラズマ処理が適用できるが、まだボロン、窒素、水素、カーボンの混入を達成していない場合には、特に窒素、水素においては加熱処理、プラズマ処理により混合体への添加を行うことができる。   In the oxidation step, heat treatment in an oxygen atmosphere and plasma treatment can be applied. However, when mixing of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon has not yet been achieved, heat treatment is performed particularly in nitrogen and hydrogen. The addition to the mixture can be performed by plasma treatment.

本実施形態のボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体の製造方法は、下記の(a)〜(c),(e')および(d)工程を有することを特徴とする。   The manufacturing method of the porous oxide body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment includes the following steps (a) to (c), (e ′), and (d). Features.

(a)工程:まず第一の材料(例えばアルミニウム)と第二の材料(例えばシリコン)を用意する。この時点でボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させておくことも好ましい。   (A) Step: First, a first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon) are prepared. It is also preferable to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon at this point.

(b)工程:次に、第一の材料と第二の材料を非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板上に混合体を形成する。成膜された混合体は、第一の材料を含む柱状の部材と、第二の材料から構成され該柱状の部材を取り囲む領域とを有し、第二の材料を0.30≦x≦0.80の割合で含有する。成膜法がスパッタリングの場合にアルゴンガスの一部を窒素、または水素ガスとして成膜することも好ましい。   (B) Step: Next, a mixture is formed on the substrate by using a film forming method in which the first material and the second material are formed in a non-equilibrium state. The film-formed mixture has a columnar member containing the first material and a region formed of the second material and surrounding the columnar member, and the second material is 0.30 ≦ x ≦ 0. .80 in a proportion. When the film forming method is sputtering, it is also preferable to form a film using part of the argon gas as nitrogen or hydrogen gas.

(c)工程:次に、該混合体から柱状の部材を除去して多孔質体を形成する。該混合体に酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを施すと、第一の材料を含む柱状の部材がエッチングされて細孔を有する多孔質体が形成される。   (C) Step: Next, a columnar member is removed from the mixture to form a porous body. When the mixture is subjected to wet etching using an acid or alkali, the columnar member containing the first material is etched to form a porous body having pores.

(e')工程:次に、酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングを行って、形成された多孔質体の細孔の孔径を広げる。   Step (e ′): Next, wet etching using an acid or alkali is performed to widen the pore diameter of the formed porous body.

(d)工程:さらに、該孔径を広げた細孔を有する多孔質体を酸化して酸化物多孔質体を得る。   Step (d): Furthermore, the porous body having pores with expanded pore diameters is oxidized to obtain an oxide porous body.

最後に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるために、イオンインプランテーション法でイオンを打ち込んでもよく、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス中で熱処理、プラズマ処理することも好ましい。   Finally, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, ions may be implanted by an ion implantation method, and heat treatment and plasma treatment are preferably performed in nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas.

さらに、(a)〜(e)、(e')を用いて工程を説明する。   Further, the steps will be described using (a) to (e) and (e ′).

(a)工程:第一の材料(例えばアルミニウム)と第二の材料(例えばシリコン)を用意する工程
原料としての第二の材料及び第一の材料を、図2のように第一の材料からなるターゲット22上に第二の材料からなるチップ23を配置する。
(A) Step: Prepare a first material (for example, aluminum) and a second material (for example, silicon). The second material and the first material as raw materials are prepared from the first material as shown in FIG. A chip 23 made of the second material is disposed on the target 22.

(b)工程:混合体の形成
次に、基板21上に混合体を形成する。ここでは、非平衡状態で物質を形成する成膜法として、スパッタリング法を用いた例を示す。
(B) Step: Formation of Mixture Next, a mixture is formed on the substrate 21. Here, an example in which a sputtering method is used as a film formation method for forming a substance in a non-equilibrium state is shown.

基板21上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、混合体を形成する。混合体は、第一の材料を主成分とする組成からなる柱状の部材と、その周囲に配置される第二の材料を主成分とする領域から構成される。   A mixture is formed on the substrate 21 by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state. The mixture is composed of a columnar member made of a composition containing a first material as a main component and a region containing a second material arranged around it as a main component.

非平衡状態で成膜する方法として、スパッタリング法を用いて混合体を成膜する方法について説明する。なお、21が基板、22が第一の材料からなるスパッタリングターゲットである。スパッタリング法を用いる場合は、第一の材料と第二の材料の割合を簡単に変化させることができる。基板21上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、混合体を形成する。また、ボロン、または窒素、または水素の含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。   As a method for forming a film in a non-equilibrium state, a method for forming a mixture using a sputtering method will be described. In addition, 21 is a substrate and 22 is a sputtering target made of the first material. When the sputtering method is used, the ratio between the first material and the second material can be easily changed. A mixture is formed on the substrate 21 by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state. Further, the content of boron, nitrogen, or hydrogen is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995.

原料としての第二の材料及び第一の材料は、第一の材料のターゲット22上に第二の材料からなるチップ23を配することで達成される。このチップは、図2では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、1つであってもよい。但し、均一な柱状の部材を領域内に均一に分散させるには、基板21に対象(例えば同心円上)に配置しておくのがよい。さらに、チップ23として硼化物、窒化物、水素化物、炭化物としてボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させることも好ましい。
また、所定量の第一の材料と第二の材料との粉末を焼成して作製した焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。焼結体の方にボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを化合物、混合物として含有させておくことも好ましい。
The second material and the first material as raw materials are achieved by arranging the chip 23 made of the second material on the target 22 of the first material. In FIG. 2, this chip is divided into a plurality of chips, but of course, the present invention is not limited to this. One chip may be used as long as a desired film can be formed. However, in order to uniformly disperse the uniform columnar members in the region, it is preferable to dispose them on the substrate 21 (for example, on concentric circles). Further, it is preferable that the chip 23 contains boride, nitride, hydride, boron as the carbide, nitrogen, hydrogen, or carbon.
In addition, a fired product obtained by firing a predetermined amount of powder of the first material and the second material can be used as a target material for film formation. It is also preferable to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon as a compound or mixture in the sintered body.

また、第一の材料からなるターゲットと第二の材料からなるターゲットを別々に用意し、同時に両方のターゲット22をスパッタリングする方法を用いてもよい。   Alternatively, a method of separately preparing a target made of the first material and a target made of the second material and simultaneously sputtering both targets 22 may be used.

形成される混合体膜中の第二の材料の量は、0.3≦x≦0.8であり、好ましくは0.35≦x≦0.75、さらに好ましくは0.4≦x≦0.7である。第二の材料の量が斯かる範囲内であれば、領域内に柱状の部材が分散した混合体が得られる。   The amount of the second material in the formed mixture film is 0.3 ≦ x ≦ 0.8, preferably 0.35 ≦ x ≦ 0.75, and more preferably 0.4 ≦ x ≦ 0. .7. When the amount of the second material is within such a range, a mixture in which columnar members are dispersed in the region is obtained.

また、基板温度としては、300℃以下であり、好ましくは200℃以下であるのがよい。   Further, the substrate temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower.

なお、このような方法で混合体を形成すると、第一の材料と第二の材料が準安定状態の共晶型組織となり、第一の材料が第二の材料からなるマトリックス中に数nmレベルのナノ混合体(柱状の部材)を形成し、第一の材料と第二の材料が自己組織的に分離する。そのときの第一の材料はほぼ円柱状形状であり、その孔径は1〜10nmであり、間隔は3〜15nmである。   When the mixture is formed by such a method, the first material and the second material have a metastable eutectic structure, and the first material has a level of several nanometers in a matrix made of the second material. The nanomaterial (columnar member) is formed, and the first material and the second material are separated in a self-organized manner. The first material at that time has a substantially cylindrical shape, the pore diameter is 1 to 10 nm, and the interval is 3 to 15 nm.

混合体中の第二の材料の量は、例えば第一の材料からなるターゲット上に置く第二の材料からなるチップの量を変えることで制御できる。   The amount of the second material in the mixture can be controlled, for example, by changing the amount of the second material tip placed on the first material target.

非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、0.2〜1Pa程度、あるいは0.1〜1Pa程度がよく、プラズマを形成するための出力は4インチターゲットの場合は150から1000W程度が好ましい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力及び出力であればよい。特に、被成膜基板に、プラズマが実質的に接しない状態でスパッタリング法による成膜を行うのがよい。   When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reactor when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa, or about 0.1 to 1 Pa. The output for forming is preferably about 150 to 1000 W in the case of a 4-inch target. However, the present invention is not particularly limited to this, and any pressure and output may be used as long as argon plasma is stably formed. In particular, film formation by a sputtering method is preferably performed in a state where plasma is not substantially in contact with the deposition target substrate.

基板としては、例えば石英ガラスやプラスチックをはじめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素をはじめとする半導体基板、金属基板などの基板や、これらの基板の上に1層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、アルミニウムシリコン混合体の形成に不都合がなければ、基板の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。   As a substrate, for example, an insulating substrate such as quartz glass or plastic, a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide, a substrate such as a metal substrate, or one or more films formed on these substrates Is mentioned. Note that the material, thickness, mechanical strength, and the like of the substrate are not particularly limited as long as there is no problem in forming the aluminum silicon mixture.

また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、アルミニウムシリコン混合体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。   Further, the shape of the substrate is not limited to a flat plate shape, but may include a curved surface, a surface having a certain degree of unevenness or a step, etc. Is not to be done.

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着(EB蒸着)をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。   A sputtering method is preferable as a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state, but a film forming method for forming a substance in any non-equilibrium state such as resistance heating vapor deposition and electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) can be applied. is there.

また、成膜する方法としては、第二の材料と第一の材料を同時に形成する同時成膜プロセスを用いてもよいし、第二の材料と第一の材料を数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもよい。   In addition, as a method for forming a film, a simultaneous film formation process in which the second material and the first material are formed at the same time may be used, or a stack in which the second material and the first material are stacked in several atomic layers. A film formation process may be used.

上記の様にして成膜された混合体は、第一の材料を主成分とする組成からなる柱状の部材と、その周囲の第二の材料を主成分とする領域を備える。   The mixture formed as described above includes a columnar member made of a composition containing the first material as a main component, and a surrounding region containing the second material as a main component.

柱状の部材の組成は、第一の材料を主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、シリコン、酸素、アルゴンなどの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、柱状の部材部の成分構成比において、例えば第一の材料の割合が80atomic%以上、あるいは90atomic%以上の場合である。   The composition of the columnar member is mainly composed of the first material, but may contain other elements such as silicon, oxygen and argon as long as a fine mixture having a columnar structure is obtained. The main component refers to a case where, for example, the ratio of the first material is 80 atomic% or more, or 90 atomic% or more in the component composition ratio of the columnar member portion.

また、第一の材料を含む柱状の部材の周囲を取り囲んでいる領域の組成は、第二の材料を主成分とするが、柱状構造の微細混合体が得られていれば、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの含有量は、y≧0.7が好ましく、さらには0.8≦y≦0.995であることが好ましい。さらに、アルミニウム、酸素、アルゴン、などの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、領域24の成分構成比において第二の材料の割合が、例えば80atomic%以上、あるいは90atomic%以上である。   The composition of the region surrounding the periphery of the columnar member containing the first material is mainly composed of the second material. However, if a fine mixture having a columnar structure is obtained, boron or nitrogen In addition, the content of hydrogen or carbon is preferably y ≧ 0.7, and more preferably 0.8 ≦ y ≦ 0.995. Furthermore, you may contain various elements, such as aluminum, oxygen, and argon. The main component means that the ratio of the second material in the component composition ratio of the region 24 is, for example, 80 atomic% or more, or 90 atomic% or more.

(c)工程:細孔形成工程
上記の混合体中の柱状の部材を選択的に除去する。この除去方法としては、第一の材料を選択的に溶解する酸やアルカリを用いたウエットエッチングが好ましい。その結果、混合体には、細孔を有する領域が主として残り、多孔質体が形成される。なお、多孔質体中の細孔は、間隔2Rが30nm以下、孔径2rが20nm以下であるが、好ましくは、細孔の孔径2rは1〜15nmであり、その中心間距離2Rは5〜20nmである。また、長さLは1nm〜数μmの範囲である。なお、柱状の部材を選択的に除去するとは、実質的に柱状の部分が除去されればよい。
(C) Process: pore formation process The columnar member in said mixture is selectively removed. As this removal method, wet etching using an acid or alkali that selectively dissolves the first material is preferable. As a result, a region having pores mainly remains in the mixture, and a porous body is formed. The pores in the porous body have an interval 2R of 30 nm or less and a pore diameter 2r of 20 nm or less. Preferably, the pore diameter 2r of the pore is 1 to 15 nm, and the center-to-center distance 2R is 5 to 20 nm. It is. The length L is in the range of 1 nm to several μm. Note that the columnar member is selectively removed as long as the substantially columnar portion is removed.

ウエットエッチングに用いる溶液は、例えば、第一の材料としてアルミニウムを溶かし、第二の材料としてシリコンをほとんど溶解しない、りん酸、硫酸、塩酸、クロム酸溶液などの酸が挙げられるが、エッチングによる細孔形成に不都合がなければ水酸化ナトリウムなどのアルカリを用いることができ、特に酸の種類やアルカリの種類に限定されるものではない。また、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもよい。またエッチング条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する多孔質体に応じて、適宜設定することができる。   Examples of the solution used in the wet etching include acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and chromic acid solution that dissolve aluminum as the first material and hardly dissolve silicon as the second material. If there is no problem in pore formation, an alkali such as sodium hydroxide can be used, and it is not particularly limited to the type of acid or the type of alkali. Moreover, you may use what mixed several types of acid solutions or several types of alkali solutions. Etching conditions can be set as appropriate according to the porous body to be produced, for example, solution temperature, concentration, time, and the like.

(d)多孔質体の酸化処理
工程(c)で作製された多孔質体の酸化方法としては、酸素雰囲気中で加熱する方法の他、水蒸気中あるいは空気中での加熱、陽極酸化、酸素プラズマにさらすなどの任意の酸化処理方法が適用可能である。多孔質体を構成する第二の材料は酸化されて酸化物領域となり、酸化物多孔質体が得られる。なお、水分の多い酸あるいはアルカリを使うことで、工程(c)と同時に酸化を行うことも可能である。なお、本発明においては、多孔質体を酸化処理することを主として述べているが、必要に応じて酸化処理に代えて、窒化処理などを行なってもよい。
(D) Oxidation treatment of porous body As an oxidation method of the porous body produced in the step (c), in addition to a method of heating in an oxygen atmosphere, heating in water vapor or air, anodization, oxygen plasma Any oxidation treatment method such as exposure to water is applicable. The second material constituting the porous body is oxidized into an oxide region, and an oxide porous body is obtained. In addition, it is also possible to oxidize simultaneously with process (c) by using an acid or alkali with much moisture. In the present invention, it is mainly described that the porous body is oxidized. However, if necessary, nitriding treatment may be performed instead of the oxidation treatment.

また、本発明は、工程(e')に示す様に、工程(c)で作製された多孔質体の細孔の拡大を行なった後に、酸素雰囲気中で加熱し、酸化物多孔質体を得る方法でもよい。また、孔壁全てを酸化物にする必要がない場合には、酸化工程の時間を短くしてもよい。   In addition, as shown in the step (e ′), the present invention expands the pores of the porous body produced in the step (c) and then heats it in an oxygen atmosphere to form the oxide porous body. The method of obtaining may be used. Moreover, when it is not necessary to make all the hole walls into an oxide, the time of the oxidation process may be shortened.

(e)および(e')工程:細孔径の拡大工程:
細孔径の拡大工程は、図5に示す様に、工程(d)で作製された酸化物多孔質体の細孔の拡大(e)工程を行う。または、工程(c)で作製された多孔質体の細孔の拡大(e')工程を行う。
Steps (e) and (e ′): pore diameter expansion step:
As shown in FIG. 5, the step of enlarging the pore diameter performs the step (e) of enlarging the pores of the porous oxide material produced in the step (d). Alternatively, the step of enlarging the pores (e ′) of the porous body produced in the step (c) is performed.

細孔径の拡大は、上記多孔質体または酸化物多孔質体に対して、それらを溶解する酸溶液(例えばフッ化水素を薄めた溶液など)、あるいはアルカリ溶液(水酸化ナトリウムなど)中に浸すポアワイド処理(孔径拡大処理)により、適宜、細孔径を広げることができる。   In order to increase the pore size, the porous body or oxide porous body is immersed in an acid solution (for example, a solution obtained by diluting hydrogen fluoride) or an alkaline solution (such as sodium hydroxide). The pore diameter can be appropriately expanded by pore wide processing (pore diameter expansion processing).

この溶液も特に細孔の拡大に問題がなければどのような酸及びアルカリを用いてもよい。また、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもよい。
また細孔孔径拡大(ポアワイド処理)条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する細孔の大きさに応じて、適宜設定することができる。
Any acid and alkali may be used for this solution as long as there is no problem in pore enlargement. Moreover, you may use what mixed several types of acid solutions or several types of alkali solutions.
In addition, for pore diameter expansion (pore wide treatment) conditions, for example, solution temperature, concentration, time, and the like can be appropriately set according to the size of the pores to be produced.

上記の様に、本発明に係る酸化物多孔質体の製造方法は、細孔の孔径の拡大を多孔質体の作製後に行う方法、またはシリコン酸化物多孔質体を作製した後に、細孔の孔径の拡大処理を行う方法が含まれる。   As described above, the method for producing an oxide porous body according to the present invention is a method in which the pore diameter is increased after the porous body is produced, or after the silicon oxide porous body is produced, A method of expanding the pore size is included.

最後に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるために、イオンインプランテーション法でイオンを打ち込んでもよく、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス中で熱処理、プラズマ処理することも好ましい。   Finally, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, ions may be implanted by an ion implantation method, and heat treatment and plasma treatment are preferably performed in nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas.

(実施形態20:シリコン酸化物多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態16のシリコン酸化物多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 20: Method for producing porous silicon oxide)
The present embodiment is applied to the method for manufacturing a silicon oxide porous body according to the sixteenth embodiment described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有したシリコン酸化物多孔質体の製造方法は、アルミニウムとシリコンを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコン混合体を用意する工程、該アルミニウムシリコン混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する除去工程、該除去工程後あるいは同時に該アルミニウムシリコン混合体を酸化する工程を有することを特徴とする。   The method for producing a silicon oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a mixture including aluminum and silicon, and includes a columnar member including aluminum. A step of preparing an aluminum silicon mixture containing silicon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, and a columnar shape containing the aluminum from the aluminum silicon mixture. It is characterized by having a removing step of removing the member, and a step of oxidizing the aluminum silicon mixture after or simultaneously with the removing step.

前記シリコン酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコン混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコン混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコン多孔質体を形成する工程及び(d)該細孔を有するシリコン多孔質体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The silicon oxide porous body manufacturing method includes: (a) a step of preparing aluminum and silicon; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state between the aluminum and silicon. A silicon region surrounding the columnar member, and forming an aluminum silicon mixture containing silicon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, (c) of the aluminum silicon mixture It is preferable to include a step of etching aluminum to form a porous silicon body having pores, and (d) a step of oxidizing the porous silicon body having pores.

前記シリコン酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコン混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコン混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコン多孔質体を形成する工程、(d)該細孔を有するシリコン多孔質体を酸化する工程及び(e)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。   The silicon oxide porous body manufacturing method includes: (a) a step of preparing aluminum and silicon; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state between the aluminum and silicon. A silicon region surrounding the columnar member, and forming an aluminum silicon mixture containing silicon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, (c) of the aluminum silicon mixture Etching aluminum to form a porous silicon body having pores, (d) oxidizing the porous silicon body having pores, and (e) expanding the pore diameter. preferable.

前記シリコン酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコン領域とを有し、シリコンを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコン混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコン混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコン多孔質体を形成する工程、(e')該シリコン多孔質体の細孔の孔径を広げる工程及び(d)該細孔を有するシリコン多孔質体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The silicon oxide porous body manufacturing method includes: (a) a step of preparing aluminum and silicon; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state between the aluminum and silicon. A silicon region surrounding the columnar member, and forming an aluminum silicon mixture containing silicon in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, (c) of the aluminum silicon mixture Etching the aluminum to form a porous silicon body having pores; (e ′) expanding the pore diameter of the porous silicon body; and (d) oxidizing the porous silicon body having pores. It is preferable to have the process of doing.

前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記酸化する工程が熱酸化あるいは水溶液を用いた酸化であるのが好ましい。前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。   The oxidation step is preferably thermal oxidation or oxidation using an aqueous solution. The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.

最後に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるために、イオンインプランテーション法でイオンを打ち込んでもよく、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス中で熱処理、プラズマ処理することも好ましい。   Finally, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, ions may be implanted by an ion implantation method, and heat treatment and plasma treatment are preferably performed in nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas.

(実施形態21:ゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態17のゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 21: Method for producing germanium oxide porous body)
The present embodiment is applied to the method for manufacturing a germanium oxide porous body according to the seventeenth embodiment described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、アルミニウムとゲルマニウムを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、アルミニウムとゲルマニウムの全量に対してゲルマニウムを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を用意する工程、該アルミニウムゲルマニウム混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する除去工程、該除去工程と同時あるいは後に該アルミニウムゲルマニウム混合体を酸化する工程を有することを特徴とする。   A method for producing a porous germanium oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to this embodiment is a mixture including aluminum and germanium, and includes a columnar member including aluminum. A step of preparing an aluminum germanium mixture having a germanium region surrounding the columnar member and containing germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8 with respect to the total amount of aluminum and germanium, the aluminum germanium mixture It has the removal process which removes the columnar member containing this aluminum from a body, and the process which oxidizes this aluminum germanium mixture simultaneously with or after this removal process.

前記ゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するゲルマニウム多孔質体を形成する工程及び(d)該細孔を有するゲルマニウム多孔質体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum and germanium; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and germanium. And (c) forming an aluminum germanium mixture containing germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, and a germanium region surrounding the columnar member. It is preferable to have a step of etching aluminum to form a porous germanium body having pores, and (d) a step of oxidizing the porous germanium body having pores.

前記ゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するゲルマニウム多孔質体を形成する工程、(d)該細孔を有するゲルマニウム多孔質体を酸化する工程及び(e)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum and germanium; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and germanium. And (c) forming an aluminum germanium mixture containing germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, and a germanium region surrounding the columnar member. Etching aluminum to form a porous germanium porous body, (d) oxidizing the porous porous germanium body, and (e) expanding the pore diameter. preferable.

前記ゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むゲルマニウム領域とを有し、ゲルマニウムを0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するゲルマニウム多孔質体を形成する工程、(e')該ゲルマニウム多孔質体の細孔の孔径を広げる工程及び(d)該細孔を有するゲルマニウム多孔質体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum and germanium; and (b) a columnar shape containing aluminum using a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum and germanium. And (c) forming an aluminum germanium mixture containing germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8, and a germanium region surrounding the columnar member. Etching aluminum to form a porous germanium porous body; (e ′) expanding the pore diameter of the porous germanium porous body; and (d) oxidizing the porous germanium porous body. It is preferable to have the process of doing.

前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記酸化する工程が熱酸化あるいは水溶液を用いた酸化であるのが好ましい。前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。
最後に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるために、イオンインプランテーション法でイオンを打ち込んでもよく、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス中で熱処理、プラズマ処理することも好ましい。
The oxidation step is preferably thermal oxidation or oxidation using an aqueous solution. The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.
Finally, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, ions may be implanted by an ion implantation method, and heat treatment and plasma treatment are preferably performed in nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas.

(実施形態22:シリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態18のシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法に適用したものである。
(Embodiment 22: Method for producing porous silicon germanium oxide)
This embodiment is applied to the method for producing a porous silicon germanium oxide body according to Embodiment 18 described above.

本実施形態に係るボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するシリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、アルミニウムとシリコンゲルマニウムを含み構成される混合体であって、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの合計量を0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を用意する工程、該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体から該アルミニウムを含む柱状の部材を除去する除去工程、該除去工程と同時あるいは後に該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を酸化する工程を有することを特徴とする。   A method for producing a porous silicon germanium oxide containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon according to the present embodiment is a mixture including aluminum and silicon germanium, and includes a columnar shape including aluminum. A step of preparing an aluminum silicon germanium mixture having a member and a silicon germanium region surrounding the columnar member and containing a total amount of silicon and germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8; It is characterized by having a removing step of removing the columnar member containing aluminum from the germanium mixture, and a step of oxidizing the aluminum silicon germanium mixture simultaneously with or after the removing step.

前記シリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコンゲルマニウム多孔質体を形成する工程及び(d)該細孔を有するシリコンゲルマニウム多孔質体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous silicon germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum, silicon, and germanium; (b) a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum, silicon, and germanium. And an aluminum silicon germanium mixture having a columnar member containing aluminum and a silicon germanium region surrounding the columnar member and containing the total amount of silicon and germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. (C) etching the aluminum of the aluminum silicon germanium mixture to form a silicon germanium porous body having pores; and (d) oxidizing the silicon germanium porous body having pores. Is preferred.

前記シリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコンゲルマニウム多孔質体を形成する工程、(d)該細孔を有するシリコンゲルマニウム多孔質体を酸化する工程及び(e)該細孔の孔径を広げる工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous silicon germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum, silicon, and germanium; (b) a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum, silicon, and germanium. And an aluminum silicon germanium mixture having a columnar member containing aluminum and a silicon germanium region surrounding the columnar member and containing the total amount of silicon and germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. (C) etching the aluminum of the aluminum silicon germanium mixture to form a silicon germanium porous body having pores; (d) oxidizing the silicon germanium porous body having pores; e) It is preferable to have a step of expanding the pore diameter.

前記シリコンゲルマニウム酸化物多孔質体の製造方法は、(a)アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを用意する工程、(b)該アルミニウムとシリコンとゲルマニウムを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む柱状の部材と該柱状の部材を取り囲むシリコンゲルマニウム領域とを有し、シリコンとゲルマニウムの総量を0.3≦x≦0.8の割合で含有するアルミニウムシリコンゲルマニウム混合体を形成する工程、(c)該アルミニウムシリコンゲルマニウム混合体のアルミニウムをエッチングし、細孔を有するシリコンゲルマニウム多孔質体を形成する工程、(e')該シリコンゲルマニウム多孔質体の細孔の孔径を広げる工程及び(d)該細孔を有するシリコンゲルマニウムナノ混合体を酸化する工程を有するのが好ましい。   The method for producing a porous silicon germanium oxide includes: (a) a step of preparing aluminum, silicon, and germanium; (b) a film forming method of forming a material in a non-equilibrium state of the aluminum, silicon, and germanium. And an aluminum silicon germanium mixture having a columnar member containing aluminum and a silicon germanium region surrounding the columnar member and containing the total amount of silicon and germanium in a ratio of 0.3 ≦ x ≦ 0.8. (C) etching the aluminum of the aluminum silicon germanium mixture to form a silicon germanium porous body having pores; (e ′) expanding the pore diameter of the pores of the silicon germanium porous body; (D) having a step of oxidizing the silicon germanium nanomixture having the pores; It is preferable to do this.

前記細孔を広げる工程が酸あるいはアルカリを用いたウエットエッチングであるのが好ましい。   The step of expanding the pores is preferably wet etching using acid or alkali.

前記酸化する工程が熱酸化あるいは水溶液中での酸化であるのが好ましい。   The oxidizing step is preferably thermal oxidation or oxidation in an aqueous solution.

前記非平衡状態で物質を形成する成膜法がスパッタリング法であるのが好ましい。   The film forming method for forming the substance in the non-equilibrium state is preferably a sputtering method.

最後に、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させるために、イオンインプランテーション法でイオンを打ち込んでもよく、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガス中で熱処理、プラズマ処理することも好ましい。   Finally, in order to contain boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, ions may be implanted by an ion implantation method, and heat treatment and plasma treatment are preferably performed in nitrogen gas, ammonia gas, or hydrogen gas.

(実施形態23:酸化物多孔質体を作製するための他の製造方法)
本実施形態は、前述した実施形態15の酸化物多孔質体の他の製造方法に適用したものである。ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有させた酸化物多孔質体を得るには、上述した方法のみではなく、混合体を陽極酸化することにより、多孔質の形成と酸化処理を実質的に同時に行うこともできる。
(Embodiment 23: Other manufacturing method for producing oxide porous body)
The present embodiment is applied to another method for manufacturing the porous oxide body of the fifteenth embodiment. In order to obtain an oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, not only the above-described method, but also anodizing the mixture, the porous formation and the oxidation treatment are substantially performed. Can be done simultaneously.

図7は、本実施形態に用いる陽極酸化装置の一例を示す概略図である。図7中、70は混合体(例えば柱状部材を構成する第一の材料としてアルミニウム、その周囲を取り囲む領域としてシリコンを有する混合体である。)、71は恒温槽、72はPt板のカソード、73は電解液、74は反応容器、75は陽極酸化電圧を印加する電源、76は陽極酸化電流を測定する電流計である。図では省略してあるが、このほか電圧、電流を自動制御したり、測定するコンピュータなどが組み込まれている。   FIG. 7 is a schematic view showing an example of an anodizing apparatus used in the present embodiment. In FIG. 7, 70 is a mixture (for example, a mixture having aluminum as a first material constituting a columnar member and silicon as a region surrounding the periphery), 71 is a thermostat, 72 is a cathode of a Pt plate, 73 is an electrolytic solution, 74 is a reaction vessel, 75 is a power source for applying an anodizing voltage, and 76 is an ammeter for measuring an anodizing current. Although omitted in the figure, a computer that automatically controls and measures voltage and current is also incorporated.

混合体70およびカソード72は、恒温槽71により温度を一定に保たれた電解液73中に配置され、電源75よりアルミニウムシリコン混合膜、カソード72間に電圧を印加することで陽極酸化が行われる。   The mixture 70 and the cathode 72 are arranged in an electrolytic solution 73 maintained at a constant temperature by a thermostatic chamber 71, and anodization is performed by applying a voltage between the aluminum silicon mixed film and the cathode 72 from a power source 75. .

陽極酸化に用いる電解液は、例えば、シュウ酸、りん酸、硫酸、硝酸、クロム酸溶液などが挙げられるが、陽極酸化による細孔形成に不都合がなければ特に限定されるものではない。また各電解液に応じた陽極酸化電圧、温度などの諸条件は、作製する酸化物ナノ混合体に応じて、適宜設定することができる。   Examples of the electrolytic solution used for anodization include oxalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, and chromic acid solution, but are not particularly limited as long as there is no problem in pore formation by anodization. Various conditions such as an anodic oxidation voltage and temperature according to each electrolytic solution can be appropriately set according to the oxide nanomixture to be produced.

陽極酸化により、混合体からアルミニウムが除去されて細孔が形成されると同時に、シリコン領域のシリコンの酸化が行われシリコン酸化物領域が形成される。その結果、混合体には、細孔を有するシリコン酸化物領域が残り、シリコン酸化物多孔質体が形成される。なお、シリコン酸化物多孔質体の細孔間隔及び径は、例えば間隔2Rが15nm以下、孔径2rが10nm以下である。細孔の孔径2rを1〜9nmにし、その中心間距離2Rを3〜10nmにすることもできる。また、長さLは2nm〜数μmの範囲である。   By anodization, aluminum is removed from the mixture to form pores, and at the same time, silicon in the silicon region is oxidized to form a silicon oxide region. As a result, a silicon oxide region having pores remains in the mixture, and a silicon oxide porous body is formed. In addition, as for the space | interval and diameter of a pore of a silicon oxide porous body, the space | interval 2R is 15 nm or less, and the hole diameter 2r is 10 nm or less, for example. The pore diameter 2r of the pores can be 1 to 9 nm and the center distance 2R can be 3 to 10 nm. The length L is in the range of 2 nm to several μm.

上記陽極酸化工程後、多孔質層の孔径を拡大する工程を行なってもよい。
例えば、シリコンを溶解する酸溶液(例えばフッ化水素を薄めた溶液など)、あるいはアルカリ溶液(水酸化ナトリウムなど)中に浸すポアワイド処理(孔径拡大処理)により、適宜、細孔径を広げることができる。
After the anodizing step, a step of expanding the pore size of the porous layer may be performed.
For example, the pore size can be appropriately expanded by pore wide treatment (pore size expansion treatment) immersed in an acid solution that dissolves silicon (for example, a solution in which hydrogen fluoride is diluted) or an alkaline solution (such as sodium hydroxide). .

この溶液も特に細孔の拡大に問題がなければどのような酸及びアルカリを用いてもかまわない。また、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもかまわない。   Any acid and alkali may be used for this solution as long as there is no problem in enlargement of pores. Also, a mixture of several types of acid solutions or several types of alkali solutions may be used.

また細孔孔径拡大(ポアワイド処理)条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する細孔の大きさに応じて、適宜設定することができる。

以下に実施例をあげて、本発明を説明する。
In addition, for pore diameter expansion (pore wide treatment) conditions, for example, solution temperature, concentration, time, and the like can be appropriately set according to the size of the pores to be produced.

Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

以下の実施例では、第一の材料と第二の材料に対して、第三の材料としてボロン、窒素、水素、カーボンの含有を特徴とするため、これらの組成を示す方法として、第一の材料をA、第二の材料をB、第三の材料をCとした場合に、次式に含まれるx、yを用いて、材料の組成を表現することとする。   In the following examples, the first material and the second material are characterized by containing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon as the third material. When the material is A, the second material is B, and the third material is C, x and y included in the following equation are used to express the composition of the material.

(Ax1-xy1-y
ここで、x、yは、0から1の間の値をとることが可能であり、100倍することでatomic%に換算することができるものとする。以下、材料の組成はこの表記を適用する。
(A x B 1-x ) y C 1-y
Here, x and y can take values between 0 and 1, and can be converted to atomic% by multiplying by 100. Hereinafter, this notation is applied to the composition of the material.

本実施例は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有し、かつ第一の材料としてアルミニウム、第二の材料としてシリコンを選択した場合の混合体の形成に関するものである。   This example relates to formation of a mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and selecting aluminum as the first material and silicon as the second material.

非平衡な成膜方法としてスパッタリング法を選択し、円柱状のアルミニウムの平均間隔2Rが8nm、平均径2rが5nmであり、長さLが50nmであるアルミニウムシリコン混合体を形成した例を示す。目的の組成は、一例としてx=0.53、y=0.97を満たすものである。   A sputtering method is selected as a non-equilibrium film formation method, and an example in which an aluminum silicon mixture in which an average interval 2R of columnar aluminum is 8 nm, an average diameter 2r is 5 nm, and a length L is 50 nm is shown. For example, the target composition satisfies x = 0.53 and y = 0.97.

図2に示すように、直径が4インチ(101.6mm)の円形のスパッタリングターゲットには、x=0.53、y=0.97となるよにアルミニウムとシリコンとボロンを焼結したものを準備した。スパッタ条件は、RF電源を用いて、Ar流量:25sccm、放電圧力:0.1Pa、投入電力:120Wとした。また、基板温度は室温(25℃)とした。   As shown in FIG. 2, a circular sputtering target having a diameter of 4 inches (101.6 mm) is obtained by sintering aluminum, silicon, and boron so that x = 0.53 and y = 0.97. Got ready. Sputtering conditions were as follows: RF flow rate, Ar flow rate: 25 sccm, discharge pressure: 0.1 Pa, input power: 120 W. The substrate temperature was room temperature (25 ° C.).

なお、ここではターゲットとして、3つの元素の焼結体を用いたが、それぞれ分割されたターゲットを用いてもかまわない。また、ターゲット上にチップを配置することで組成を目的の値にすることも好ましい。特に、アルミニウムターゲットにシリコンチップ、シリコン硼化物、シリコン窒化物、シリコン水素化物、シリコンカーバイトを配置してもよい。その他アルミニウム側の化合物でもよい。   Note that although a sintered body of three elements is used here as a target, a divided target may be used. In addition, it is also preferable to set the composition to a target value by disposing a chip on the target. In particular, a silicon chip, silicon boride, silicon nitride, silicon hydride, or silicon carbide may be disposed on the aluminum target. Other compounds on the aluminum side may also be used.

成膜した後、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、混合体を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図4(a)のように、シリコン領域(第二の材料を主成分とする領域42)に囲まれた円形のアルミニウムを含む柱状の部材(第一の材料を主成分とする領域41)が二次元的に配列していた。アルミニウムを含む柱状の部材部分の孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、長さは50nmであり、それぞれのアルミニウムを含む柱状の部材はお互いに独立していた。   After film formation, the mixture was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). As shown in FIG. 4A, the shape of the surface seen from the diagonally upward direction of the substrate is a columnar member (first member) containing circular aluminum surrounded by a silicon region (region 42 mainly composed of the second material). The region 41) mainly composed of the above material was two-dimensionally arranged. The hole diameter of the columnar member portion containing aluminum was 5 nm, and the average center distance was 8 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the length was 50 nm and the columnar members containing each aluminum were mutually independent.

また、ボロンも元素分析から検出され、おおよそy=0.97となる組成となっていた。ただし、混合体の構造が微細なためアルミニウムとシリコンの片側のみに含有されるか双方に含有されるかは判明しなかった。ただ、アルミニウムは結晶化が進行しており、シリコンはアモルファスとなる傾向が透過型電子顕微鏡(TEM)からの観察で判明しており、アモルファスなシリコンのダングリングボンドにボロンが結合しやすい可能性があることが推測される。   Boron was also detected from elemental analysis and had a composition of approximately y = 0.97. However, since the structure of the mixture was fine, it was not clear whether it was contained only on one side or both sides of aluminum and silicon. However, the crystallization of aluminum has progressed and the tendency of silicon to become amorphous has been found by observation with a transmission electron microscope (TEM), and boron can easily bond to dangling bonds of amorphous silicon. It is speculated that there is.

次に、同スパッタリング法において、x=0.53、y=0.97となるように焼結したアルミニウムとシリコンと窒素からなるターゲットを使用して、前記条件で成膜した。
窒素と水素の含有に関しては、ターゲットに含まれていなくても、スパッタリングガスのアルゴンの一部を窒素または水素とすることで、成膜されたものに含有させることが可能である。
Next, in the same sputtering method, a film was formed under the above conditions by using a target made of aluminum, silicon, and nitrogen that was sintered so that x = 0.53 and y = 0.97.
Concerning the inclusion of nitrogen and hydrogen, even if it is not contained in the target, it can be contained in the deposited film by using part of the argon of the sputtering gas as nitrogen or hydrogen.

成膜後のFE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)による基板斜め上方向から見た表面の形状は図4(a)のように、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウムを含む柱状の部材が二次元的に配列していた。アルミニウムを含む柱状の部材部分の孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、長さは50nmであり、それぞれのアルミニウムを含む柱状の部材はお互いに独立していた。また、窒素も元素分析から検出され、おおよそy=0.97となる組成となっていた。   As shown in FIG. 4 (a), the surface shape of the film viewed from the obliquely upward direction of the substrate by an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) after film formation is a columnar member including circular aluminum surrounded by a silicon region. Were arranged two-dimensionally. The hole diameter of the columnar member portion containing aluminum was 5 nm, and the average center distance was 8 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the length was 50 nm and the columnar members containing each aluminum were mutually independent. Nitrogen was also detected from elemental analysis and had a composition of approximately y = 0.97.

ただし、混合体の構造が微細なためアルミニウムとシリコンの片側のみに含有されるか双方に含有されるかは判明しなかった。ただ、アルミニウムは結晶化が進行しており、シリコンはアモルファスとなる傾向が透過型電子顕微鏡(TEM)からの観察で判明しており、アモルファスなシリコンのダングリングボンドに窒素が結合しやすい可能性があることが推測される。   However, since the structure of the mixture was fine, it was not clear whether it was contained only on one side or both sides of aluminum and silicon. However, the crystallization of aluminum has progressed and the tendency of silicon to become amorphous has been found by observation with a transmission electron microscope (TEM), and nitrogen can easily bond to dangling bonds of amorphous silicon. It is speculated that there is.

次に、同スパッタリング法において、x=0.53、y=0.97となるようにしたアルミニウムとシリコンと水素からなるターゲットを使用して、前記条件で成膜した。
成膜後のFE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)による基板斜め上方向から見た表面の形状は図4(a)のように、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウムを含む柱状の部材が二次元的に配列していた。
Next, in the same sputtering method, a film was formed under the above conditions using a target made of aluminum, silicon, and hydrogen so that x = 0.53 and y = 0.97.
As shown in FIG. 4 (a), the surface shape of the film viewed from the obliquely upward direction of the substrate by an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) after film formation is a columnar member including circular aluminum surrounded by a silicon region. Were arranged two-dimensionally.

アルミニウムを含む柱状の部材部分の孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、長さは50nmであり、それぞれのアルミニウムを含む柱状の部材はお互いに独立していた。また、水素も元素分析から検出され、おおよそy=0.97となる組成となっていた。   The hole diameter of the columnar member portion containing aluminum was 5 nm, and the average center distance was 8 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the length was 50 nm and the columnar members containing each aluminum were mutually independent. Hydrogen was also detected from elemental analysis and had a composition of approximately y = 0.97.

ただし、混合体の構造が微細なためアルミニウムとシリコンの片側のみに含有されるか双方に含有されるかは判明しなかった。ただ、アルミニウムは結晶化が進行しており、シリコンはアモルファスとなる傾向が透過型電子顕微鏡(TEM)からの観察で判明しており、アモルファスなシリコンのダングリングボンドに水素が結合しやすい可能性があることが推測される。ただし、水素がアルミニウム、シリコンの格子間に位置する可能性を排除するものではない。   However, since the structure of the mixture was fine, it was not clear whether it was contained only on one side or both sides of aluminum and silicon. However, the crystallization of aluminum has progressed and the tendency of silicon to become amorphous has been found by observation with a transmission electron microscope (TEM), and hydrogen can easily bond to dangling bonds of amorphous silicon. It is speculated that there is. However, the possibility that hydrogen is located between the lattices of aluminum and silicon is not excluded.

さらに、スパッタリングガスに水素を用いた場合にも水素の含有がみとめられ、y=0.7となる組成となっていた。したがって、30atomic%程度の含有も可能であることがわかる。   Furthermore, when hydrogen was used as the sputtering gas, the content of hydrogen was found and the composition was y = 0.7. Therefore, it can be seen that the content of about 30 atomic% is also possible.

次に、同スパッタリング法において、x=0.53、y=0.97となるように焼結したアルミニウムとシリコンとカーボンからなるターゲットを使用して、前記条件で成膜した。
成膜後のFE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)による基板斜め上方向から見た表面の形状は図4(a)のように、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウムを含む柱状の部材が二次元的に配列していた。
Next, in the same sputtering method, a film was formed under the above conditions using a target made of aluminum, silicon, and carbon sintered so that x = 0.53 and y = 0.97.
As shown in FIG. 4 (a), the surface shape of the film viewed from the obliquely upward direction of the substrate by an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) after film formation is a columnar member including circular aluminum surrounded by a silicon region. Were arranged two-dimensionally.

アルミニウムを含む柱状の部材部分の孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、長さは50nmであり、それぞれのアルミニウムを含む柱状の部材はお互いに独立していた。また、カーボンも元素分析から検出され、おおよそy=0.97となる組成となっていた。   The hole diameter of the columnar member portion containing aluminum was 5 nm, and the average center distance was 8 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the length was 50 nm and the columnar members containing each aluminum were mutually independent. Carbon was also detected from elemental analysis and had a composition of approximately y = 0.97.

ただし、混合体の構造が微細なためアルミニウムとシリコンの片側のみに含有されるか双方に含有されるかは判明しなかった。ただ、アルミニウムは結晶化が進行しており、シリコンはアモルファスとなる傾向が透過型電子顕微鏡(TEM)からの観察で判明しており、アモルファスなシリコンのダングリングボンドにカーボンが結合しやすい可能性があることが推測される。   However, since the structure of the mixture was fine, it was not clear whether it was contained only on one side or both sides of aluminum and silicon. However, the crystallization of aluminum has progressed and the tendency of silicon to become amorphous has been found by observation with a transmission electron microscope (TEM), and carbon can easily bond to dangling bonds of amorphous silicon. It is speculated that there is.

以上は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有するアルミニウムシリコン混合体は、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウムを含む柱状の部材が二次元的に配列した構造をとることを示している。また、水素を例にとると30atomic%含有することも示している。   The above shows that an aluminum-silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon has a structure in which columnar members including circular aluminum surrounded by a silicon region are two-dimensionally arranged. Yes. Moreover, when hydrogen is taken as an example, it also shows that 30 atomic% is contained.

本実施例は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有し、かつ第一の材料としてアルミニウム、第二の材料としてシリコンを選択した場合に得られる混合体から多孔質体を形成することに関するものである。   This example forms a porous body from a mixture obtained when boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is contained, and aluminum is selected as the first material and silicon is selected as the second material. It is about.

実施例1で得られたボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する混合体をそれぞれ、ほとんど無水状態の98%の濃硫酸に浸漬する。するとボロン、窒素、水素、カーボンの含有にかかわらず、円柱状のアルミニウム部分のみが溶解され、その部分が空洞となり、その孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであることがFE−SEMで確認される。   Each of the boron, nitrogen, hydrogen, or carbon-containing mixtures obtained in Example 1 is immersed in 98% concentrated sulfuric acid in an almost anhydrous state. Then, regardless of the content of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon, only the columnar aluminum portion is dissolved, the portion becomes a cavity, the pore diameter is 5 nm, and the average center-to-center spacing is 8 nm. Confirmed with SEM.

また、元素分析から円柱状のアルミニウムが除去された後には、それぞれの混合体からシリコンとボロン、または窒素、または水素、またはカーボンが検出され、アルミニウムも検出される。円柱状アルミニウムを溶解させるためには、シリコンを溶解せずにアルミニウムだけ溶解するもの、また相対的な溶解速度が大きくことなるものを選択すれば濃硫酸に限定するものではない。   Further, after the cylindrical aluminum is removed from the elemental analysis, silicon and boron, nitrogen, hydrogen, or carbon are detected from each mixture, and aluminum is also detected. In order to dissolve the columnar aluminum, it is not limited to concentrated sulfuric acid if a material that dissolves only aluminum without dissolving silicon or a material whose relative dissolution rate differs greatly is selected.

この場合、シリコンにはダングリングボンドが多数含まれていることから特に表面は酸化しやすく、一部エッチングにおいて酸化を伴うことを否定するものではない。
以上は、混合体のエッチングによりボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する多孔質体を容易に得ることが可能であることを示している。
In this case, since the silicon contains a large number of dangling bonds, the surface is particularly easily oxidized, and it is not denied that some etching involves oxidation.
The above shows that a porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be easily obtained by etching the mixture.

実施例3は比較例である。
本実施例は、ボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有し、かつ第一の材料としてアルミニウム、第二の材料としてシリコンを選択した場合に得られる混合体から酸化物体を形成することに関するものである。
Example 3 is a comparative example.
This example relates to forming an oxide body from a mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon, and selecting aluminum as the first material and silicon as the second material. Is.

実施例1で得られたボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する混合体をそれぞれ、5wt%のリン酸に浸漬する。そうするとボロン、窒素、水素、カーボンの含有にかかわらず、円柱状のアルミニウム部分のみが溶解され、その部分が空洞となることがFE−SEMで確認される。   The mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon obtained in Example 1 is immersed in 5 wt% phosphoric acid. Then, it is confirmed by FE-SEM that only the cylindrical aluminum portion is dissolved and the portion becomes a cavity regardless of the contents of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon.

さらに、それらを酸素が導入可能な熱処理炉に配置させ、酸素雰囲気下で600度で2時間加熱させる。その結果、元素分析から酸素はもちろん、それぞれの混合体からシリコンとボロン、または窒素、または水素、またはカーボンが検出され、アルミニウムも検出される。再度、FE−SEMで観察すると熱処理前と同じく、孔径は5nmであり、その平均中心間間隔は8nmであった。   Further, they are placed in a heat treatment furnace into which oxygen can be introduced, and heated at 600 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere. As a result, not only oxygen but also silicon and boron, nitrogen, hydrogen, or carbon are detected from the respective mixtures from elemental analysis, and aluminum is also detected. When observed again with FE-SEM, the hole diameter was 5 nm and the average center-to-center spacing was 8 nm, as before heat treatment.

円柱状アルミニウムを溶解させるためには、シリコンを溶解せずにアルミニウムだけ溶解するもの、また相対的な溶解速度が大きくことなるものを選択すればリン酸に限定するものではない。   In order to dissolve the columnar aluminum, it is not limited to phosphoric acid if a material that dissolves only aluminum without dissolving silicon or a material whose relative dissolution rate is different is selected.

以上は、混合体のエッチングと酸素雰囲気中の熱処理によりボロン、または窒素、または水素、またはカーボンを含有する酸化物多孔質体を容易に得ることが可能であることを示している。   The above shows that an oxide porous body containing boron, nitrogen, hydrogen, or carbon can be easily obtained by etching the mixture and heat treatment in an oxygen atmosphere.

本実施例は、混合体へのボロン、窒素、水素、カーボンの混入方法に関するものである。   This embodiment relates to a method for mixing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon into a mixture.

実施例1の方法においては、混合体へのボロン、窒素、水素、カーボンの含有方法は、スパッタリングターゲットにアルミニウムとシリコンに混ぜて焼結されたものを用いて達成されることを示した。   In the method of Example 1, it was shown that the method of containing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon in the mixture was achieved by using a sputtering target mixed and sintered with aluminum and silicon.

以下にその他の方法に関して示す。   Other methods will be described below.

(1)まず、化合物をターゲット上に配置することでも可能であることを示す。特にボロンを例にとって示すものである。まず、SiB6の5mm四方のチップを2枚、4inchのアルミニウムとシリコンからなるターゲット上に配置した。このとき、アルミニウムとシリコンの組成は、x=0.53である。これらを、実施例1と同様のスパッタリング条件にて成膜すると、得られる膜の組成は、元素分析からボロンの含有が確認され、おおよそy=0.97を示す。   (1) First, it is shown that the compound can be arranged on the target. In particular, boron is taken as an example. First, two SiB6 5 mm square chips were placed on a target made of 4 inch aluminum and silicon. At this time, the composition of aluminum and silicon is x = 0.53. When these films are formed under the same sputtering conditions as in Example 1, the composition of the obtained film is confirmed to contain boron from elemental analysis, and approximately y = 0.97.

(2)次に、スパッタリングガスとしてアルゴンガスに水素ガスを混合したものを使用した場合を示す。アルゴンと水素の混合比は、流量換算で水素が30%とした。このときのスパッタリング条件は、Ar2/H2流量:合計25sccm、放電圧力:0.1Pa、投入電力:120Wとした。また、基板温度は室温(25℃)とする。ターゲットは、x=0.53を満たすアルミニウムとシリコンからなるものを使用する。そして、成膜後の膜の組成を分析すると水素の混入量がおおよそy=0.7を示す。   (2) Next, a case in which a hydrogen gas mixed with an argon gas is used as a sputtering gas will be described. The mixing ratio of argon and hydrogen was 30% hydrogen in terms of flow rate. The sputtering conditions at this time were Ar2 / H2 flow rate: 25 sccm in total, discharge pressure: 0.1 Pa, and input power: 120 W. The substrate temperature is room temperature (25 ° C.). A target made of aluminum and silicon satisfying x = 0.53 is used. When the composition of the film after film formation is analyzed, the amount of hydrogen mixed in is approximately y = 0.7.

以上から、ターゲットにすべての原料を混入させていなくても、チップの配置による方法、スパッタリングガスから混入させる方法等が有効な手段であることを示している。   From the above, it has been shown that even if not all the raw materials are mixed in the target, the method of chip arrangement, the method of mixing from the sputtering gas, and the like are effective means.

本実施例は、混合体から作製された多孔質体へのボロン、窒素、水素、カーボンの混入方法に関するものである。特に、実施例4で作製された混合体を用い、それを加工して多孔質体を形成する手段以外の方法に関する。   The present example relates to a method for mixing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon into a porous body produced from a mixture. In particular, the present invention relates to a method other than the means for using the mixture prepared in Example 4 and processing it to form a porous body.

実施例4までは、混合体の形成までにボロン、または窒素、または水素、またはカーボンの混入を行っているが、その他に多孔質体の形成後にも混入可能な手段について示す。   Up to Example 4, boron, nitrogen, hydrogen, or carbon is mixed before formation of the mixture, but other means that can be mixed after formation of the porous body will be described.

(1)まず、実施例2と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から多孔質体を準備する。さらに、イオンインプランテーション法により一例としてボロンをイオン化して多孔質体に向けて打ち込みを行う。その結果、イオン化したボロンが多孔質を形成するアモルファス状のシリコン部分に含有される。このときは、y=0.97を満たすような濃度で混入させることはなく、いわゆるドーピング濃度で1020cm-1程度の濃度が可能である。したがって、y=0.995よりも十分低い濃度でのボロン添加となる。この場合は、シリコンの伝導性制御等の目的で有効である。 (1) First, a porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 2. Further, as an example, boron is ionized by the ion implantation method and implanted into the porous body. As a result, ionized boron is contained in the amorphous silicon portion that forms the porosity. In this case, no doping is performed at a concentration satisfying y = 0.97, and a so-called doping concentration of about 10 20 cm −1 is possible. Therefore, boron is added at a concentration sufficiently lower than y = 0.0.99. In this case, it is effective for the purpose of controlling the conductivity of silicon.

(2)次は、実施例2と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から多孔質体を準備する。さらに、多孔質体を加熱できる容器内で600℃に加熱しながら窒素プラズマ、または窒素ラジカルの照射を行い、窒化を促す。その後膜中の窒素の組成分析を行うとおおよそy=0.90を示す。この手段は、窒素だけでなく、水素にも適用できる。   (2) Next, a porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 2. Further, nitrogen plasma or nitrogen radical irradiation is performed while heating the porous body to 600 ° C. in a container capable of heating the porous body to promote nitriding. Thereafter, compositional analysis of nitrogen in the film shows y = 0.90. This means can be applied not only to nitrogen but also to hydrogen.

(3)次は、実施例2と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から多孔質体を準備する。さらに、ガスを導入して加熱可能な炉に多孔質体を配置させ、10sccmでアンモニアガスを流して600℃に過熱処理を行う。すると、シリコン部分の一部が窒化される。そのときの組成は、おおよそy=0.90を示す。   (3) Next, a porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 2. Further, the porous body is placed in a furnace that can be heated by introducing gas, and an ammonia gas is flowed at 10 sccm to perform a heat treatment at 600 ° C. Then, a part of the silicon portion is nitrided. The composition at that time is approximately y = 0.90.

本実施例は、混合体から作製された酸化物多孔質体へのボロン、窒素、水素、カーボンの混入方法に関するものである。特に、実施例4で作製された混合体または実施例5で作製された多孔質体を用い、それを加工して酸化物多孔質体を形成する手段以外の方法に関する。   This example relates to a method of mixing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon into an oxide porous body produced from a mixture. In particular, the present invention relates to a method other than the means for using the mixture produced in Example 4 or the porous body produced in Example 5 and processing it to form an oxide porous body.

(1)まず、実施例3と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から酸化物多孔質体を準備する。さらに、イオンインプランテーション法により一例としてボロンをイオン化して酸化物多孔質体に向けて打ち込みを行う。その結果、イオン化したボロンが酸化物多孔質を形成するシリコン酸化物部分に含有される。このときは、y=0.97を満たすような濃度で混入させることはなく、いわゆるドーピング濃度で1020cm-1程度の濃度が可能である。したがって、y=0.995よりも十分低い濃度でのボロン添加となる。この場合は、シリコンの伝導性制御等の目的で有効である。 (1) First, an oxide porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 3. Further, as an example, boron is ionized by the ion implantation method and implanted into the porous oxide material. As a result, ionized boron is contained in the silicon oxide portion forming the oxide porous. In this case, no doping is performed at a concentration satisfying y = 0.97, and a so-called doping concentration of about 10 20 cm −1 is possible. Therefore, boron is added at a concentration sufficiently lower than y = 0.0.99. In this case, it is effective for the purpose of controlling the conductivity of silicon.

(2)次は、実施例3と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から酸化物多孔質体を準備する。さらに、酸化物多孔質体を加熱できる容器内で600℃に加熱しながら窒素プラズマ、または窒素ラジカルの照射を行い、窒化を促す。その後膜中の窒素の組成分析を行うとおおよそy=0.97を示す。この手段は、窒素だけでなく、水素にも適用できる。   (2) Next, an oxide porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 3. Furthermore, nitrogen plasma or nitrogen radical irradiation is performed while heating at 600 ° C. in a container capable of heating the oxide porous body to promote nitriding. Thereafter, the compositional analysis of nitrogen in the film shows y = 0.97. This means can be applied not only to nitrogen but also to hydrogen.

(3)次は、実施例2と同様の手段でボロン、窒素、水素、カーボンを含有していない混合体から酸化物多孔質体を準備する。さらに、ガスを導入して加熱可能な炉に酸化物多孔質体を配置させ、10sccmでアンモニアガスを流して600℃に過熱処理を行う。すると、シリコン部分の一部が窒化される。そのときの組成は、おおよそy=0.97を示す。   (3) Next, an oxide porous body is prepared from a mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon by the same means as in Example 2. Further, the porous oxide body is placed in a furnace that can be heated by introducing gas, and ammonia gas is flowed at 10 sccm to perform a heat treatment at 600 ° C. Then, a part of the silicon portion is nitrided. The composition at that time is approximately y = 0.97.

本実施例は、混合体へのボロン、窒素、水素、カーボンの混入による膜強度の変化に関するものである。   This example relates to a change in film strength due to mixing of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon into a mixture.

膜強度とは、酸またはアルカリへの耐性と機械的強度のことを示すこととする。また、多孔質体、酸化物多孔質体の性質も特に耐酸、耐アルカリに関して同様であることが推測されるので、一例として混合体を用いて実施する。   The film strength means resistance to acid or alkali and mechanical strength. Moreover, since it is estimated that the property of a porous body and an oxide porous body is especially the same regarding acid resistance and alkali resistance, it implements using a mixture as an example.

(1)まず、実施例1と同様のボロン、窒素、水素、カーボンを含有したアルミニウムシリコン混合体とそれらを含有しないアルミニウムシリコン混合体を準備し、これらを室温(24度)の水酸化ナトリウム1M水溶液に浸漬して、膜の溶解特性をその構造の溶解具合から観察する。特に、水素含有のものは、30atomic%のものを用いる。   (1) First, the same aluminum silicon mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon as in Example 1 and an aluminum silicon mixture not containing them were prepared, and these were mixed with sodium hydroxide 1M at room temperature (24 degrees). The film is immersed in an aqueous solution, and the dissolution characteristics of the film are observed from the dissolution state of the structure. In particular, a hydrogen-containing material is 30 atomic%.

ボロン、窒素、水素、カーボンを含まない混合体の溶解を観察すると1分後には、アルミニウム部分は溶解し、シリコン部分が崩れて微細構造が崩れていることが判明する。しかし、ボロン、窒素、水素、カーボンを含有した混合体は、当然アルミニウム部分は溶解しているがシリコン部分は溶解していない。さらに、3分後にもシリコン部分の形状に大きな変化はなく、アルカリへの耐性が向上していることが示される。この結果は、混合体に対してのみでなく、多孔質体と酸化物多孔質体にも適用されるものである。   Observation of dissolution of the mixture containing no boron, nitrogen, hydrogen, or carbon reveals that after 1 minute, the aluminum portion is dissolved, the silicon portion is broken, and the fine structure is broken. However, the mixture containing boron, nitrogen, hydrogen, and carbon naturally dissolves the aluminum portion but not the silicon portion. Further, even after 3 minutes, there is no significant change in the shape of the silicon portion, indicating that the resistance to alkali is improved. This result is applied not only to the mixture but also to the porous body and the oxide porous body.

(2)次に、上記の4種類の膜の堅さを示す指標として、研磨による磨耗量で比較する。膜を研磨用冶具に貼り付け、研磨装置の回転パッド上の半径100mmφにおいて摺動させ、1/4μmのダイヤモンドスラリーによる研磨量を測定した。ボロン、または窒素、または水素を含有しない混合体の研磨量を1として、その他ボロン、窒素、水素、カーボンを含有する混合体の研磨量を比較すると、ボロン、窒素、カーボンが堅く0.7付近であった。また、水素含有のものは0.9付近であった。   (2) Next, as an index indicating the hardness of the above four types of films, a comparison is made by the amount of abrasion due to polishing. The film was affixed to a polishing jig and slid at a radius of 100 mmφ on the rotating pad of the polishing apparatus, and the amount of polishing with a 1/4 μm diamond slurry was measured. When the polishing amount of a mixture containing no boron, nitrogen, or hydrogen is 1, and the polishing amount of a mixture containing other boron, nitrogen, hydrogen, and carbon is compared, boron, nitrogen, and carbon are tightly around 0.7. Met. Moreover, the thing containing hydrogen was around 0.9.

以上、ボロン、窒素、ボロンの含有により膜の堅さも増していることが確認できる。   As described above, it can be confirmed that the hardness of the film is increased by containing boron, nitrogen and boron.

以上のように、本発明は、量子ドット、量子細線、量子細線トランジスタ、単電子トランジスタ、あるいは単電子メモリ等の量子効果を用いた電子デバイス、また多孔質体に磁性材料を充填した磁気デバイスや磁気記録媒体、更には、それら電子・磁気デバイスを備えた情報処理装置等の電子機器の用途に適用できる。   As described above, the present invention relates to an electronic device using a quantum effect such as a quantum dot, a quantum wire, a quantum wire transistor, a single electron transistor, or a single electron memory, a magnetic device in which a porous material is filled with a magnetic material, The present invention can be applied to the use of magnetic recording media and electronic equipment such as an information processing apparatus equipped with these electronic / magnetic devices.

本発明による構造体を適用した混合体の実施形態を示す模式図で、(a)は平面図、(b)は(a)中のA−A’線に沿った断面図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the mixture to which the structure by this invention is applied, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along the A-A 'line in (a). スパッタリング法を用いた本発明による構造体の製造方法の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the manufacturing method of the structure by this invention using sputtering method. 本発明による構造体を適用した多孔質体の実施形態を示す模式図で、(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B’線に沿った断面図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the porous body to which the structure by this invention is applied, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along the B-B 'line in (a). (a)〜(c)は、本発明による構造体を適用した多孔質体の作製方法を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the preparation methods of the porous body to which the structure by this invention is applied. 本発明による構造体を適用した酸化物多孔質体の実施形態を示す模式図で、(a)は平面図、(b)は(a)中のC−C’線に沿った断面図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the oxide porous body to which the structure by this invention is applied, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along CC 'line in (a). . (a)〜(d)は、本発明による構造体を適用した酸化物多孔質体の作製方法の一例を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows an example of the preparation methods of the oxide porous body to which the structure by this invention is applied. 本発明による構造体を適用した酸化物多孔質体の製造方法で用いる陽極酸化装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the anodizing apparatus used with the manufacturing method of the oxide porous body to which the structure by this invention is applied. 従来例の細孔間隔が10nm以下の陽極酸化アルミナの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the anodic oxidation alumina whose pore space | interval of a conventional example is 10 nm or less. 従来例のシリコンを陽極化成した多孔質シリコンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the porous silicon which anodized the silicon of the prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 第一の材料を主成分とする領域(第一の部材、柱状構造体)
12 第二の材料を主成分とする領域(第二の部材、シリコンゲルマニウム領域部)
13 基板
14 混合体(構造体)
21 基板
22 ターゲット
23 チップ
31 細孔
32 領域
33 基板
34 多孔質体(構造体)
41 第一の材料を主成分とする領域(第一の部材、柱状構造体)
42 第二の材料を主成分とする領域(第二の部材、シリコンゲルマニウム領域部)
43 混合体
44 基板
45 多孔質体(構造体)
46 細孔
47 拡大した細孔
51 細孔
52 酸化物領域(第二の部材)
53 基板
54 酸化物多孔質体(構造体)
61 第一の材料を主成分とする領域
62 基板
63 混合体
64 第二の材料を主成分とする領域
65 多孔質体
66 細孔
67 拡大した細孔
68 酸化物多孔質体(構造体)
70 混合体
71 恒温槽
72 Ptのカソード
73 電解液
74 反応容器
75 電源
76 電流計
81 独立した細孔
82 独立していない細孔
83 陽極酸化アルミナ
84 基板
85 バリア層
91 細孔
92 シリコン
11 Region mainly composed of the first material (first member, columnar structure)
12 Region mainly composed of second material (second member, silicon germanium region)
13 Substrate 14 Mixture (Structure)
21 Substrate 22 Target 23 Chip 31 Pore 32 Region 33 Substrate 34 Porous Body (Structure)
41 Region mainly composed of first material (first member, columnar structure)
42 Region mainly composed of second material (second member, silicon germanium region)
43 mixture 44 substrate 45 porous body (structure)
46 pore 47 enlarged pore 51 pore 52 oxide region (second member)
53 Substrate 54 Oxide porous body (structure)
61 Region 62 based on first material 62 Substrate 63 Mixture 64 Region 65 based on second material 65 Porous body 66 Pore 67 Expanded pore 68 Oxide porous body (structure)
70 Mixture 71 Constant temperature bath 72 Pt cathode 73 Electrolyte 74 Reaction vessel 75 Power source 76 Ammeter 81 Independent pore 82 Independent pore 83 Anodized alumina 84 Substrate 85 Barrier layer 91 Pore 92 Silicon

Claims (4)

柱状の第一の部材と、前記第一の部材を取り囲む第二の部材からなる構造体において、該構造体にボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも1種類以上の成分を含有し、
前記第一の部材が、アルミニウムを含有し、
前記第二の部材が、シリコン、又はシリコンとゲルマニウムであり、
前記ボロン、窒素、水素、カーボンのうち少なくとも1種類以上の成分の割合が、前記第一の部材と前記第二の部材の合計に対して30atomic%以下であることを特徴とする構造体。
In a structure composed of a columnar first member and a second member surrounding the first member, the structure contains at least one component of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon,
The first member contains aluminum;
The second member is silicon, or silicon and germanium ;
The structure according to claim 1, wherein a ratio of at least one of boron, nitrogen, hydrogen, and carbon is 30 atomic% or less with respect to a total of the first member and the second member .
前記第一の部材は、その径が50nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の構造体。   The structure according to claim 1, wherein the first member has a diameter of 50 nm or less. 前記第一の部材は、その中心間隔が30nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の構造体。 The structure according to claim 1 or 2 , wherein the first member has a center interval of 30 nm or less. 請求項1乃至3のいずれかに記載の構造体から前記第一の部材を除去して形成される孔を有する構造体。 Structure having a hole formed by removing the first member from the structure according to any one of claims 1 to 3.
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