JP5804415B2 - ナノギャップ電極及びその製造方法 - Google Patents
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Description
当初は、エレクトロマイグレーションを用いる手法は、再現性が悪いことが問題であったが、その再現性を大いに改善する方法(非特許文献6、特許文献5)も報告され、非常に有効な手法となっている。
その後このマイルドな断絶構造を得るために様々な研究が行われ、前述の再現性を大いに改善する方法フィードバックエレクトロマイグレーション法(以下FB-EM法)(非特許文献6)が提案された。
これにより、エレクトロマイグレーション法によるナノギャップ形成を一度に大量かつ大面積に作製することができる。また、このエレクトロマイグレーション現象の利用は、導電性材料の、ほぼ全てにおいて共通に発生するため、その適応材料は非常に広いという特徴を有する。さらに、通電時の印加電圧もしくは電流の大きさ印加波形状により、ナノギャップ部分の抵抗を制御することが可能となり、これにより任意のギャップ幅の電極作製が可能となる大きな効果を有する。
また、導電性材料が堆積される過程を図7に示す。導電性材料としては、導電性を有するものであれば特に制限はないが、好ましくは、金属、合金、有機分子、金属化合物、半導体、カーボン系材料を使用することができる。
図8、9のように、絶縁体ポリガラス(100)上に銅電極(110)、(111)が設置されている市販のプリント基板に、上から1mm程度のスリットを持った絶縁体の有機物テープ(120)を貼る。スリット幅は約1mmとし、プリント基板に配置された、向かい合う二つの銅配線(110)、(111)を露出させるように配置する。このテープは、導電性細線構造60を形成させるためのマスキング構造に相当する。
そのため、さらに金属蒸着を進めると、図5(c)から(d)のように金細線の断面積が増加に反比例して、抵抗が減少する。そのため領域Cにおいては金原子蒸着の継続に合わせ、領域Bほどの大幅な変化ではないにしろ抵抗の減少が継続し、オームの法則に従った抵抗変化が現れている。
このように、比較例1の印加電圧0.1Vの場合、図5における細線の形成過程を反映した挙動を抵抗変化として表していると考えられる。
図13及び図14に示すように、絶縁体の段差構造(141)をもつ絶縁体基板(140)上に金属電極(150)・(151)を有した試料に対して、銅電子細線構造(161)・(162)部を導電性材料の堆積によって作製する。
10、40、70、140 絶縁体基板
141 絶縁体基板段差部
20、21、50、51、80、81、150、151 金属電極部
30、31、32、60、91、92、161、162 導電性細線部
34、93、165 エレクトロマイグレーションにより物質移動している導電性原子もしくはクラスター
61、94、164 導電性材料を堆積させる方向
100 ポリガラス基板
110、111 銅電極
120 幅1mmのスリット構造を有した絶縁性テープ
130 電圧源
131 電流計
132 金蒸着方向
Claims (9)
- 絶縁体基板上に金属電極を形成し、この金属電極間にエレクトロマイグレーションを誘発する電圧又は電流を印加しながら、蒸着法によって絶縁体基板上に導電性材料を堆積して、ナノスケールのギャップを有する導電性細線を形成することを特徴とするナノギャップ電極の製造方法。
- 50nm以下のギャップを形成することを特徴とする請求項1記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 10nm以下のギャップを形成することを特徴とする請求項1記載のナノギャップ電極の製造方法
- 前記蒸着法が、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ蒸着法、パルスレーザ蒸着法、イオンビームデポジション法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシー法、化学気相成長法のいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 金属、合金、導電性有機分子、金属化合物、半導体、カーボン系材料からなる導電性材料を堆積させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 一定電圧、パルス電圧、電圧高さ又はパルス電圧波高さを変動した電圧、を金属電極間に印加することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 一定電流、パルス電流、電流の大きさ又はパルス電流高さを変動した電流、を金属電極間に印加することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 方形波、三角波、バースト波、矩形波、サイン波のパルス電圧又はパルス電流を印加することを特徴とする請求項6又は7記載のナノギャップ電極の製造方法。
- 印加電圧、印加電流、印加波形状により、ナノギャップ電極の抵抗を制御することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
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