JPH0773145B2 - Method for producing electronic functional device using ultrafine particles - Google Patents

Method for producing electronic functional device using ultrafine particles

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JPH0773145B2
JPH0773145B2 JP4531893A JP4531893A JPH0773145B2 JP H0773145 B2 JPH0773145 B2 JP H0773145B2 JP 4531893 A JP4531893 A JP 4531893A JP 4531893 A JP4531893 A JP 4531893A JP H0773145 B2 JPH0773145 B2 JP H0773145B2
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ultrafine particles
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particles
ultrafine
group
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雄一郎 仁科
厚生 粕谷
リーシャルド チャイカ
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東北大学長
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体表面に原子または分
子の極超微粒子の数十個乃至数万個の集合凝縮体を一様
な粒子の大きさで、規則性をもって数ナノメーター以下
迄の間隔で規則性をもって配列させ、その配列の規則性
または凝縮体内部の原子/分子間結合機構(構造)を電
場、磁場、温度等の外場の変化により制御変換せしめる
ことによりその光学的及び電気的応答特性を変化させ、
これを超高密度の情報処理及び記憶に用いられる電子機
能素子の固化生成方法を提供するにあり、これを適用で
きる分野は光エレクトロニクス電子計算機、化学センサ
ーその他情報信号処理、及び記憶のための電子工学素子
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an aggregate or condensate of tens or tens of thousands of ultrafine particles of atoms or molecules on a solid surface with a uniform particle size and regularity up to several nanometers or less. Are arranged with regularity at intervals of, and the regularity of the arrangement or the atomic / intermolecular binding mechanism (structure) inside the condensate is controlled and converted by changes in the external field such as electric field, magnetic field, temperature, etc. Change the electrical response characteristics,
It is intended to provide a solidification generation method of electronic functional elements used for ultra-high density information processing and storage, and the fields to which this can be applied are optoelectronic computers, chemical sensors and other information signal processing, and electronics for storage. It is an engineering element.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の電子工学において、あらゆる信号
処理、及び記憶のための電子工学素子は、半導体の極微
細構造の制御及びその素子の高密度集積技術の高水準化
に依存しているものと考えてよい。
2. Description of the Related Art In today's electronics, electronic devices for all kinds of signal processing and storage depend on the control of the ultrafine structure of semiconductors and the high level of high-density integration technology of the devices. You can think of it.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その微
細加工の精度は現在の処、0.1 μm程度に実用上留まっ
ており、それ以上の加工技術を期待することはその原理
(フォトレジストの使用、使用する加工用光束の波長)
から見て、殆んど不可能と見られる。したがって依り高
密度な超高密度の集積には原理的に全く異なる電子機能
集積素子を作成する必要がある。
However, the precision of the fine processing is currently limited to about 0.1 μm in practical use, and the expectation for a further processing technology is the principle (use of photoresist, use of photoresist). Wavelength of processing light flux
From the perspective, it seems almost impossible. Therefore, in principle, it is necessary to create completely different electronic function integrated devices for high-density and ultra-high-density integration.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題を解
決するために考えられたもので、本発明は、Si,G
e,Cの何れかよりなる四族元素、As,Sb,Biの
何れかよりなる五族元素、S,Se,Teの何れかより
成る六族元素より選択した何れか1種又は2種以上の極
超微粒子を有機溶媒に溶かし、その濃度と温度を制御し
ながら乾燥させることにより、サイズの違った極超微粒
子を分離して、それぞれ単一サイズの状態で数nm以上
数拾nmの大きさで規則性をもって配列し、固化生成す
ること及び基板の固体表面上に配列した極超微粒子の中
で特定の位置にある極超微粒子を電場、磁場、光の何れ
かの外場によって取り除き又は移動させ、或は極超微粒
子の構造及び性質を変化させたりする操作を施し、極超
微粒子の構造及び配列を外場で制御することを特徴とす
る極超微粒子状態を用いた電子機能素子の生成方法にあ
る。
The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems.
Any one or two or more selected from a Group 4 element consisting of e and C, a Group 5 element consisting of As, Sb and Bi, and a group 6 element consisting of S, Se and Te. The ultra-fine particles of are dissolved in an organic solvent and dried while controlling the concentration and temperature to separate ultra-fine particles of different sizes, each of which has a size of several nm to several nm. The particles are regularly arranged and solidified, and the ultrafine particles located at a specific position among the ultrafine particles arranged on the solid surface of the substrate are removed by an external field of an electric field, a magnetic field, or light. An electronic functional element using the ultrafine particle state characterized by controlling the structure and arrangement of the ultrafine particles by an external field by moving or changing the structure and properties of the ultrafine particles. It is in the generation method.

【0005】[0005]

【作用】本発明の要点は次の諸項目によって総括でき
る。 本発明による半導体または金属極超微粒子(マイク
ロクラスター)の固体表面上の配列は、各極超微粒子
(マイクロクラスター)を構成する原子または分子の凝
縮数(サイズ)及び、極超微粒子同志の固体表面におけ
る配列の規則性にその電子的機能が依存する。
The points of the present invention can be summarized by the following items. The arrangement of the semiconductor or metal ultrafine particles (microclusters) on the solid surface according to the present invention is the number of condensed atoms (molecules) of each ultrafine particle (microcluster) and the solid surface of the ultrafine particles. The electronic function depends on the regularity of the sequence in.

【0006】 上記の極超微粒子の配列系の面積によ
り、その電子的機能を検出できる。この場合光学系の感
度または電圧、電流検出感度の極限に迄縮小することが
可能である。例えば、極超微粒子の格子が単結晶Siま
たはグラファイト表面上に数nm間隔で規則的に配列し
たとすれば、現在の光子応答または電流感度にその格子
系の存在並びにその変化を検出できる。最小面積は、10
0 nm×100 nm程度である。この面積内で配列構造が
二値的(YesまたはNo)のように変化すればこの格
子系は数テラビット/μm2 の記憶容量を持つこととな
る。
The electronic function of the ultrafine particles can be detected by the area of the array system. In this case, the sensitivity of the optical system or the voltage and current detection sensitivity can be reduced to the limit. For example, if the lattice of ultrafine particles is regularly arranged on the surface of single crystal Si or graphite at intervals of several nm, the presence and change of the lattice system in the current photon response or current sensitivity can be detected. The minimum area is 10
It is about 0 nm × 100 nm. If the array structure changes in a binary manner (Yes or No) within this area, this lattice system has a storage capacity of several terabits / μm 2 .

【0007】 超微細光学分光による光学応答の検出
感度またはSTMトンネル電流感度が改善されれば、前
項における記憶密度、または信号処理密度はこれに応
じて増大改善されることとなる。
If the detection sensitivity of the optical response by the ultrafine optical spectroscopy or the STM tunnel current sensitivity is improved, the storage density or the signal processing density in the previous section will be correspondingly increased and improved.

【0008】 マイクロクラスターは電子物性及び化
学反応活性度が、その凝縮原子/分子の数(サイズ)に
よって顕著に変化する。よって、物理的な電子機能、安
定度、及び超微小空間における反応(触媒も含む)の活
性度をマイクロクラスターの構造変化のみならずサイズ
を変化させることにより制御することが可能である。
The electronic properties and chemical reaction activity of microclusters are significantly changed depending on the number (size) of condensed atoms / molecules. Therefore, it is possible to control the physical electronic function, the stability, and the activity of the reaction (including the catalyst) in the ultra-small space by changing not only the structure change of the microcluster but also the size.

【0009】本発明の特徴は次の3工程より成る。 (1)極超微粒子を有機溶媒に溶かし、濃度と温度を制御
しながら乾燥させることにより、サイズのちがった極超
微粒子を分離して、それぞれ単一サイズの状態で固化生
成する工程と、(2)サイズの揃った極超微粒子を基板の
固体表面上で規則性をもって配列する工程と、(3)固体
表面上に配列した極超微粒子の中で、特定の位置にある
微粒子を外場(電場、磁場、光)によって操作(取り除
いたり移動させたり或は、極超微粒子そのものの構造や
性質を変化させたり)する工程とより成る。
The feature of the present invention consists of the following three steps. (1) a step of dissolving the ultrafine particles in an organic solvent and drying while controlling the concentration and temperature to separate the ultrafine particles having different sizes, and solidifying and producing each in a single size state, 2) A step of arranging ultrafine particles of uniform size on the solid surface of the substrate with regularity, and (3) Among ultrafine particles arranged on the solid surface, the fine particles at a specific position are subjected to an external field ( It consists of the steps of operating (removing or moving, or changing the structure or properties of the ultrafine particles themselves) by an electric field, magnetic field, light).

【0010】上記の (1)〜 (3)の方法の特徴は次の通り
である。 (1)の特徴: a)従来の極超微粒子単離抽出方法と比べて抽出効率が
高い。 b)大気中で安定に存在するサイズの極超微粒子のみを
抽出できる。極超微粒子は一般に化学的に不安定なもの
が多いが、溶液に溶かすことにより、安定なサイズのみ
が溶液中に残り、単離可能となる。
The features of the above methods (1) to (3) are as follows. Features of (1): a) The extraction efficiency is higher than that of the conventional ultrafine particle isolation and extraction method. b) Only ultrafine particles of a size that exists stably in the atmosphere can be extracted. Many ultrafine particles are generally chemically unstable, but when dissolved in a solution, only a stable size remains in the solution and isolation becomes possible.

【0011】(2)の特徴:極超微粒子の大きさは数nm
(ナノメータ)で、物質の最小の大きさと考えられる。
金属、半導体、磁性体、超伝導体等、物質の性質はその
サイズに依存する。原子1個では物質の性質は現れな
い。数nmの大きさから出現する。このいわゆる最小の
大きさの物質を規則正しく配列させることにより、新し
い材料を創製することができる。特に電子工学的素子と
しては、大きさが最小で、集積密度が最大のものができ
る。
Feature (2): The size of ultrafine particles is several nm
In (nanometer), considered to be the smallest size of a substance.
The properties of materials such as metals, semiconductors, magnetic materials and superconductors depend on their size. The property of matter does not appear with one atom. Appears from a size of several nm. A new material can be created by regularly arranging this so-called minimum size substance. In particular, as an electronic device, a device having the smallest size and the highest integration density can be produced.

【0012】(3)の特徴:最小の大きさの素子を規則正
しく並べて集積度を上げるのみならず、極超微粒子の構
造や配列状態を外場で制御することにより、超高密記憶
素子、演算素子、光エレクトロニクス素子等の電子機能
素子を作ることができる。
Feature (3): Not only the elements with the smallest size are regularly arranged to increase the degree of integration, but also the structure and arrangement state of the ultra-fine particles are controlled by an external field, so that an ultra-high density memory element and an arithmetic element can be obtained. Electronic functional devices such as optoelectronic devices can be made.

【0013】上記の3つの手段方法を更に詳細に説明す
ると次の通りである。 (1)サイズの揃った極超微粒子の作製方法 数個乃至数千個の原子/分子が結合してできた原子集団
(マイクロクラスター)を極超微粒子と言い、原子数で
決まる大きさをサイズと呼ぶ。極超微粒子の中には、ベ
ンゼン、二硫化炭素等の有機溶媒に溶解するものがあ
る。普通、金属を酸に浸すと、金属原子は1つづつバラ
バラの状態に分解して溶解し、極超微粒子のように原子
の集団としては存在しない。ところが、四族、五族、六
族元素でできた極超微粒子、例えば六族の硫黄(S(n)
、原子数n=2,3,4,5,6,-----50 )セレ
ン、Se(n) (原子数n=2,3,4,5,6,-----5
0 )、Te(n) (原子数n=2-----50 )等は各々のサ
イズで溶媒中に存在する。溶液中の極超微粒子は溶液の
濃度、温度を適当に設定することにより、また液体クロ
マトグラフィーの方法により同一サイズのものを単離抽
出できる。
The above three means methods will be described in more detail as follows. (1) Manufacturing method of ultra-fine particles of uniform size A group of atoms (microclusters) formed by binding several to several thousand atoms / molecules is called ultra-fine particles, and the size determined by the number of atoms is the size. Call. Some ultrafine particles are soluble in organic solvents such as benzene and carbon disulfide. Normally, when a metal is dipped in an acid, the metal atoms are decomposed and dissolved one by one, and they do not exist as a group of atoms like ultrafine particles. However, ultra-fine particles made of Group 4, Group 5, and Group 6 elements, such as Group 6 sulfur (S (n)
, N = 2,3,4,5,6, ----- 50) Selenium, Se (n) (atomic number n = 2,3,4,5,6, ----- 5)
0), Te (n) (the number of atoms n = 2 ----- 50) and the like are present in the solvent in respective sizes. The ultrafine particles in the solution can be isolated and extracted with the same size by appropriately setting the concentration and temperature of the solution and by the method of liquid chromatography.

【0014】この方法で、四族の炭素、珪素、ゲルマニ
ウム、五族の燐、ヒ素、アンチモン、六族の硫黄、セレ
ン、テルル等の元素の1種類或は数種類よりなる極超微
粒子を各サイズで単離抽出した。
By this method, ultrafine particles of one kind or several kinds of elements such as carbon of group IV, silicon, germanium, phosphorus of group IV, arsenic, antimony, sulfur of group VI, selenium and tellurium are prepared in each size. It was isolated and extracted with.

【0015】(2)極超微粒子の固体表面配列 上記 (1)の方法で作製した試料を真空蒸着、レーザー照
射、電子線照射、イオン衝撃等の方法で気化し、基板上
に蒸着させる。基板としては、 ・ グラファイト、シリコン、ゲルマニウム等の単体半
導体、半金属元素の表面 ・ 貴金属、遷移金属等の各種金属の表面 ・ ヒ素化ガリウム、ヒ素化アルミニウム等の三族−四
族化合物半導体の表面 ・ 硫化カドミウム、セレン化亜鉛等の三族−六族化合
物半導体の表面 ・ 硫化モリブデン、硫化タンタル等の層状半導体、遷
移金属の表面 が使用できる。極超微粒子の配列構造としては正方格
子、直方格子、三角格子が得られる。上記配列状態はラ
マン散乱分光、電子エネルギー損失分光、走査トンネル
顕微鏡で確認した。
(2) Solid Surface Arrangement of Ultrafine Particles The sample prepared by the above method (1) is vaporized by a method such as vacuum vapor deposition, laser irradiation, electron beam irradiation, ion bombardment, and deposited on a substrate. Substrates include: -Solid semiconductors such as graphite, silicon and germanium, surfaces of metalloid elements-Surfaces of various metals such as noble metals and transition metals-Surfaces of Group III-IV compound semiconductors such as gallium arsenide and aluminum arsenide -Surfaces of Group III-VI compound semiconductors such as cadmium sulfide and zinc selenide-Layered semiconductors such as molybdenum sulfide and tantalum sulfide, and transition metal surfaces can be used. As the array structure of ultrafine particles, a square lattice, a rectangular lattice, or a triangular lattice can be obtained. The above array state was confirmed by Raman scattering spectroscopy, electron energy loss spectroscopy, and scanning tunneling microscope.

【0016】(3)固体表面上に蒸着された極超微粒子の
構造と配列状態の制御 極超微粒子を蒸着した試料にレーザー照射、先の鋭く尖
った金属探針からの電子照射、イオン衝撃により、極超
微粒子全部或は、特定の一部分(最低極超微粒子1個)
の構造と配列状態を制御した。レーザー光強度、或は電
子、イオンの電流と電圧等を制御し、上記項目 (1)と
(2)の各々の極超微粒子と基板のそれぞれの種類と種類
の組合せに対する条件を割りだした。
(3) Control of Structure and Arrangement State of Ultrafine Particles Deposited on Solid Surface By irradiating a sample on which ultrafine particles are vapor-deposited with a laser, electron irradiation from a sharply pointed metal probe, and ion bombardment. , All ultra-fine particles or a specific part (at least one ultra-fine particle)
Controlled the structure and sequence status of. By controlling the laser light intensity, or the current and voltage of electrons and ions,
The conditions for each type and combination of types of ultrafine particles and substrate in (2) were determined.

【0017】[0017]

【実施例】以下図面について、本発明の実施の態様につ
いて詳細に説明する。図1は本発明の概略の構成原理を
説明する説明図である。1は基板の固体表面であり、基
板1の固体表面の極超微粒子2を所定の位置に配列し、
探針3或は光、粒子線、電場、磁場、温度等の外場4に
より極超微粒子2の配列状態または内部構造を変化せし
め、その状態変化を同じく探針3または外場応答検出部
5でその外場に対する応答を検出する。図1において、
2A,2Bは外場印加により極超微粒子2Aが2Bの如
く構造変化する状態を示すものである。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the general configuration principle of the present invention. Reference numeral 1 denotes a solid surface of the substrate, and ultrafine particles 2 on the solid surface of the substrate 1 are arranged at predetermined positions,
The arrangement state or the internal structure of the ultrafine particles 2 is changed by the probe 3 or the external field 4 such as light, particle beam, electric field, magnetic field, temperature, etc., and the state change is also changed by the probe 3 or the external field response detection unit 5. To detect the response to the external field. In FIG.
2A and 2B show a state in which the ultrafine particles 2A change their structure like 2B when an external field is applied.

【0018】実験例 マイクロクラスター格子組織の構
造と安定性 (1)実験の概要 本実験は規則的配列を作る結晶表面上のマイクロクラス
ターの吸着と相互作用に関する実験的考察である。マイ
クロクラスターはレーザー融蝕又は熱蒸発によりカーボ
ン基板のc−平面上の単層被覆面積に生成堆積される。
その構造と安定性はマススぺクトロメトリー、光学測定
及びスキャニングトンネリングマイクロスコピー(ST
M)により分析できる。C,Sb及びSeに関する結果
は各十数個〜数百原子よりなるマイクロクラスターがラ
ンダムな形状及び位置で基板上に堆積する傾向があるこ
とを示す。もし基板上の被覆が単層に近くなると、クラ
スターの凝集又は合体が始まる。一般的に言うと、本発
明者等のSTM測定はクラスターの優先堆積位置の基板
上の特別な格子構造又は欠陥の確実な証拠を示さない。
しかし、或る場合には、略同じ大きさのクラスターが分
離して規則的に一次元又は二次元に堆積する。例えばS
eにおいて、いくつかのSTM分析像は8環形状におけ
る Seクラスターからなる二次元長方形格子を示す。
長方形格子に見られる点欠陥と粒子境界の構造は規則的
配置が基板格子を有する相互作用と同様クラスター中の
相互作用により成就されることを示唆する。
Experimental Example Structure and Stability of Microcluster Lattice Structure (1) Outline of Experiment This experiment is an experimental consideration on adsorption and interaction of microclusters on a crystal surface forming a regular array. Microclusters are produced and deposited by laser ablation or thermal evaporation in a monolayer coverage on the c-plane of a carbon substrate.
Its structure and stability are determined by mass spectrometry, optical measurement and scanning tunneling microscopy (ST
It can be analyzed by M). The results for C, Sb and Se show that micro-clusters of dozens to hundreds of atoms each tend to deposit on the substrate in random shapes and positions. If the coating on the substrate approaches a monolayer, cluster aggregation or coalescence begins. Generally speaking, our STM measurements do not show reliable evidence of special lattice structures or defects on the substrate at the preferred deposition locations of the clusters.
However, in some cases, clusters of approximately the same size separate and regularly deposit in one or two dimensions. For example, S
At e, some STM images show a two-dimensional rectangular lattice consisting of Se clusters in an 8-ring shape.
The structure of point defects and grain boundaries found in rectangular lattices suggests that the regular arrangement is achieved by interactions in clusters as well as interactions with substrate lattices.

【0019】クラスター集合材料は新型の凝縮物を構成
する。マイクロクラスター格子組織は原子集合体の最も
単純で正確に定義された形態の一つである。格子を作る
マイクロクラスターについて、マイクロクラスターはそ
の凝縮相において化学的に安定していなければならな
い。内的に強く結合し相互に弱く作用するマイクロクラ
スターは分子結晶のように基板の固体表面において凝縮
する。試料はSe8 1 ,C60 2 の結晶であり、Hu55
3 の如き配位安定金属クラスターである。もし固体 4
の表面上の化学的に安定な環境において、或いは層状
材料の間隙において、又は封入化合物 5 のケージにお
いて周期的に支持されていれば、マイクロクラスターは
正格子を作る。基板の固体表面上のマイクロクラスター
はマイクロクラスターと表面の相違する組み合せよりな
る多様な組織を示す。かかる組織の調査はクラスター集
合材料中のクラスター・クラスター及びクラスター・ホ
ストの物質相互作用に関する基本的且つ明確な情報を与
えるであろう。本実験は第二次元のマイクロクラスター
格子組織作成の可能性を調査するために室温において高
度に配向された熱分解グラファイトの劈開表面上のC,
Sb及びSeマイクロクラスターの吸着に関する実験的
検討を行ったものである。マイクロクラスターは構成要
素の目標において、10mJの電力範囲のエクシマーレー
ザー照射(KrF)により製造される。
The cluster aggregate material constitutes a new type of condensate. Microcluster lattice organization is one of the simplest and well-defined forms of atomic assembly. For a lattice-forming microcluster, the microcluster must be chemically stable in its condensed phase. Microclusters that strongly bond internally and act weakly on each other condense on the solid surface of the substrate like molecular crystals. The sample is a crystal of Se 8 1, C 60 2 and has a Hu 55
It is a coordination stable metal cluster such as 3. If solid 4
Microclusters form a regular lattice if they are periodically supported in a chemically stable environment on the surface of, or in the interstices of layered materials, or in cages of encapsulating compound 5. Microclusters on the solid surface of the substrate show a variety of textures consisting of different combinations of microclusters and surfaces. A survey of such organizations will provide basic and unambiguous information on the material interactions of cluster clusters and cluster hosts in cluster assembly materials. In this experiment, C, on the cleaved surface of highly oriented pyrolytic graphite at room temperature, was investigated in order to investigate the possibility of creating a two-dimensional microcluster lattice texture.
This is an experimental study on the adsorption of Sb and Se microclusters. Microclusters are produced by excimer laser irradiation (KrF) in the 10 mJ power range at the component target.

【0020】(2)実験結果と討論 2−1 グラファイト上のマイクロクラスター構造 マイクロクラスターの規則的配置を作るための可能なア
プローチは強力に結合しているマイクロクラスターを化
学的に不活性な表面に堆積することである。このシステ
ムで、マイクロクラスターは自由空間におけるその単離
した状態から化学的且つ物理的特性を感知できる程変化
しないかもしれない。そこで、自由空間におけるマイク
ロクラスターの化学安定性について基板との相互作用を
研究することにした。
(2) Experimental Results and Discussion 2-1 Microcluster Structure on Graphite A possible approach to create a regular arrangement of microclusters is to attach strongly bound microclusters to a chemically inert surface. Is to deposit. In this system, microclusters may not appreciably change their chemical and physical properties from their isolated state in free space. Therefore, I decided to study the interaction of the microclusters with the substrate in the free space.

【0021】第四,五及び六族元素の熱又はレーザーに
よる気化は真空中でマイクロクラスターが種々の形を生
じる。多くの実験的及び理論的調査はn<10の場合のカ
ーボンクラスターCn ′sが直鎖をつくることを示す。
レーザー アブレイション(レーザー溶発)により製造
されたカーボンクラスターのマススぺクトルはC3 が蒸
気中の主なスペシイスであることを示す。図2はグラフ
ァイト上に堆積されたカーボンクラスターの典型的ST
M像を示す。同図はグラファイト基板上のカーボン原子
の平坦でランダムな配列を示す。現在カーボン鎖がグラ
ファイト表面によく粘着するか否かは明らかでない。カ
ーボンクラスターの運動エネルギーは実験したレーザー
アブレーション法において数eV過剰であるので、カー
ボンクラスターはグラファイト表面で粉砕することもあ
る。
The vaporization of the elements of the fourth, fifth and sixth groups by heat or laser causes various forms of microclusters in vacuum. Many experimental and theoretical investigations show that the carbon clusters C n 's for n <10 form straight chains.
The mass spectrum of carbon clusters produced by laser ablation indicates that C 3 is the predominant species in the vapor. Figure 2 shows a typical ST of carbon clusters deposited on graphite.
The M image is shown. The figure shows a flat and random arrangement of carbon atoms on a graphite substrate. It is not currently clear whether carbon chains stick well to the graphite surface. Since the kinetic energy of carbon clusters is several eV excess in the experimental laser ablation method, carbon clusters may be crushed on the graphite surface.

【0022】図3はグラファイト表面にレーザーアブレ
イションで堆積されたSbクラスターのSTM像を示
す。Sb蒸気の質量スぺクトルは最も多くの種がSb4
11 であることを示す。不活性ガスマトリックス中で冷
凍されたSb蒸気のラマン測定はSb4 が正方晶形であ
ることを示す。本発明者等のSbのSTM写真は図2の
カーボンのものと比較してマイクロクラスターのはっき
りした原子像を生じないが、本発明者等のものはSTM
像中に単独で分離されたSbテトラマー(4量体)が存
在しないことは明らかである。
FIG. 3 shows an STM image of Sb clusters deposited on the graphite surface by laser ablation. Most species of Sb vapor mass spectrum is Sb 4
Indicates that it is 11. Raman measurements of Sb vapor frozen in an inert gas matrix show that Sb 4 is in the tetragonal form. Our STM Sb photographs do not give a clear atomic image of the microclusters compared to the carbon ones in FIG. 2, but ours are STM
It is clear that there is no single separated Sb tetramer (tetramer) in the image.

【0023】2−2 グラファイト基板上のマイクロク
ラスターの堆積位置 グラファイト基板表面は化学的に不活性であるが、原子
空乏のような表面、ステップ及びキンクの如き表面上の
結晶欠陥はマイクロクラスター堆積にとって安定位置と
して作用する。これらの位置は正規配列のマイクロクラ
スターを堆積するのに使用されうる。図4はステップを
有するグラファイト上のエクシマーレーザーの単一ショ
ットで堆積されたSbクラスターを示す。Sbクラスタ
ーが無差別に堆積され本発明者のSTM測定の分解能に
とって好ましい堆積位置を示さないことがわかる。もし
マイクロクラスターの被覆面積が開始材料の目標に対し
てより多くのレーザーパルスを照射することにより増加
されれば、マイクロクラスターの凝集が始まる。
2-2 Deposition Position of Microclusters on Graphite Substrate Although the graphite substrate surface is chemically inactive, surface defects such as atomic depletion, crystal defects on the surface such as steps and kinks are responsible for microcluster deposition. Acts as a stable position. These positions can be used to deposit microclusters of regular sequence. FIG. 4 shows Sb clusters deposited with a single shot of an excimer laser on graphite with steps. It can be seen that the Sb clusters are deposited indiscriminately and do not show a preferred deposition position for the resolution of the inventor's STM measurement. If the coverage of the microclusters is increased by applying more laser pulses to the starting material target, the agglomeration of the microclusters begins.

【0024】2−3 Se分子のマイクロクラスター格
子 セレン(Se)は固体と液体溶液中で環と鎖の両方を作
ることが知られている。X線分析は単斜晶セレンがSe
8 環(図7参照)を構成することを示す。他の結晶はS
6 環よりなることを示唆している。CS2 溶液中でS
eの環は溶解し、Seの鎖は溶解しない。
2-3 Micro-cluster lattice of Se molecules Selenium (Se) is known to form both rings and chains in solid and liquid solutions. X-ray analysis shows that monoclinic selenium is Se
It shows that 8 rings (see FIG. 7) are formed. Other crystals are S
It is suggested that it consists of the e 6 ring. S in CS 2 solution
The e ring dissolves, the Se chain does not.

【0025】溶剤抽出したSe粉は真空中でグラファイ
ト基板上に300 ℃で蒸着した。図5のSTM像は直径5.
2 Aのクラスターが7.38A×8.52Aの格子定数を有する
直方整列に配列されることを示す。直径は単斜晶結晶中
のSe8 環について見出される5.26Aと比較できる。格
子定数はグラファイト中の六辺形の二辺及び二等辺分の
距離の三倍に相当する。これらの寸法はSe8 環がグラ
ファイト表面上の二辺及び二等辺分の軸方向において直
方格子に配列される。図6に示される他のSTM像はド
メイン及び格子欠陥構造を示す。ドメイン構造は六角格
子の三つの相違する配向があり直方格子上で120 ゜にそ
れぞれ回転するという事実から来る。多数のドメインは
その境界でランダム配列を示す。この結果、クラスター
・クラスターとクラスター,基板相互作用の両者がマイ
クロクラスター組織を作るのに重要であることを示す。
The solvent-extracted Se powder was deposited on a graphite substrate at 300 ° C. in vacuum. The STM image in Figure 5 has a diameter of 5.
It shows that the 2 A clusters are arranged in a rectangular alignment with a lattice constant of 7.38 A x 8.52 A. The diameter is comparable to 5.26A found for Se 8 rings in monoclinic crystals. The lattice constant corresponds to three times the distance between the two sides and the isosceles of the hexagon in graphite. These dimensions are such that the Se 8 rings are arranged in a rectangular lattice in the axial direction of the two sides and the isosceles on the graphite surface. Another STM image shown in FIG. 6 shows domains and lattice defect structures. The domain structure comes from the fact that there are three different orientations of the hexagonal lattice, each rotating by 120 ° on a rectangular lattice. Many domains show random sequences at their boundaries. As a result, we show that both cluster-cluster and cluster-substrate interaction are important for creating micro-cluster texture.

【0026】(3)結 論 第四,五及び六族元素のマイクロクラスターはグラファ
イト表面上に堆積される。本実験の結果は、強いクラス
ター内結合と弱いクラスター相互作用を有するマイクロ
クラスターがマイクロクラスター格子組織を作るのに適
していることを示す。クラスター・基板相互作用はSe
クラスターの期間がホストグラファイト六角格子に適す
るという事実から明らかである。
(3) Conclusion Microclusters of the fourth, fifth and sixth group elements are deposited on the graphite surface. The results of this experiment show that microclusters with strong intracluster coupling and weak cluster interactions are suitable for creating microcluster lattice texture. Cluster-substrate interaction is Se
It is clear from the fact that the cluster period is suitable for the host graphite hexagonal lattice.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明においては、極超微粒子の配列系
の外場印加制御による配列及び各極超微粒子の内部構造
を変化せしめ、その変化が誘起する光応答及び電流(電
場印加)、光電流の変化、更には化学反応活性度の変化
を極微小面積内で変化させることができるので、この効
果を対象とする情報信号と対応させ、その記憶及び処理
に応用することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, the arrangement of the ultrafine particle array system is controlled by the external field application and the internal structure of each ultrafine particle is changed, and the optical response and current (electric field application) and light induced by the change are changed. Since the change of the electric current and further the change of the chemical reaction activity can be changed within a very small area, this effect can be associated with the information signal of interest and applied to the storage and processing thereof.

【0028】本発明のポイントは3つある。 (1)極超微粒子を有機溶媒に溶かし、濃度と温度を制御
しながら乾燥させることにより、サイズの違った極超微
粒子を分離して、それぞれ単一サイズの状態で固化生成
する方法の開発。
There are three points of the present invention. (1) Development of a method in which ultrafine particles of different sizes are separated by dissolving the ultrafine particles in an organic solvent and drying while controlling the concentration and temperature, and solidifying each in a single size state.

【0029】(2)サイズの揃った極超微粒子を基板の固
体表面上で規則性をもって配列することを見出したこ
と。
(2) It has been found that ultra-fine particles of uniform size are regularly arranged on the solid surface of the substrate.

【0030】(3)固体表面上に配列した極超微粒子の中
で、特定の位置にある微粒子を外場(電場、磁場、光)
によって操作(取り除いたり移動させたり或は、極超微
粒子そのものの構造や性質を変化させたり)する方法を
開発。
(3) Out of the ultrafine particles arrayed on the solid surface, the fine particles at a specific position are subjected to an external field (electric field, magnetic field, light).
We have developed a method to manipulate (remove or move, or change the structure and properties of the ultra-fine particles themselves).

【0031】上記の (1)〜 (3)の方法の特徴は次の通り
である。 (1)の特徴: a)従来の極超微粒子単離抽出方法と比べて抽出効率が
高い。 b)大気中で安定に存在するサイズの極超微粒子のみを
抽出できる。極超微粒子は一般に化学的に不安定なもの
が多いが、溶液に溶かすことにより、安定なサイズのみ
が溶液中に残り、単離可能となる。
The characteristics of the above methods (1) to (3) are as follows. Features of (1): a) The extraction efficiency is higher than that of the conventional ultrafine particle isolation and extraction method. b) Only ultrafine particles of a size that exists stably in the atmosphere can be extracted. Many ultrafine particles are generally chemically unstable, but when dissolved in a solution, only a stable size remains in the solution and isolation becomes possible.

【0032】(2)の特徴:極超微粒子の大きさは数nm
(ナノメータ)で、物質の最小の大きさと考えられる。
金属、半導体、磁性体、超伝導体等、物質の性質はその
サイズに依存する。原子1個では物質の性質は現れな
い。数nmの大きさから出現する。このいわゆる最小の
大きさの物質を規則正しく配列させることにより、新し
い材料を創製することができる。特に電子工学的素子と
しては、大きさが最小で、集積密度が最大のものができ
る。
Feature (2): The size of ultrafine particles is several nm
In (nanometer), considered to be the smallest size of a substance.
The properties of materials such as metals, semiconductors, magnetic materials and superconductors depend on their size. The property of matter does not appear with one atom. Appears from a size of several nm. A new material can be created by regularly arranging this so-called minimum size substance. In particular, as an electronic device, a device having the smallest size and the highest integration density can be produced.

【0033】(3)の特徴:最小の大きさの素子を規則正
しく並べて集積度を上げるのみならず、極超微粒子の構
造や配列状態を外場で制御することにより、超高密記憶
素子、演算素子、光エレクトロニクス素子等の電子機能
素子を作ることができる。
Feature (3): Not only the elements having the minimum size are regularly arranged to increase the degree of integration, but also the structure and arrangement state of the ultra-fine particles are controlled by an external field, so that an ultra-high density memory element and an arithmetic element can be obtained. Electronic functional devices such as optoelectronic devices can be made.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の原理を具体的に説明する説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram for specifically explaining the principle of the present invention.

【図2】図2はスキヤンニング・トンネリング・マイク
ロスコピー(STM)による結晶構造の測定映像を示す
写真図である。
FIG. 2 is a photographic diagram showing an image of a crystal structure measured by scanning tunneling microscopy (STM).

【図3】図3はスキヤンニング・トンネリング・マイク
ロスコピー(STM)による結晶構造の測定映像を示す
写真図である。
FIG. 3 is a photograph showing a measurement image of a crystal structure by scanning tunneling microscopy (STM).

【図4】図4はスキヤンニング・トンネリング・マイク
ロスコピー(STM)による結晶構造の測定映像を示す
写真図である。
FIG. 4 is a photographic diagram showing an image of a crystal structure measured by scanning tunneling microscopy (STM).

【図5】図5はスキヤンニング・トンネリング・マイク
ロスコピー(STM)による結晶構造の測定映像を示す
写真図である。
FIG. 5 is a photographic diagram showing an image of a crystal structure measured by scanning tunneling microscopy (STM).

【図6】図6はスキヤンニング・トンネリング・マイク
ロスコピー(STM)による結晶構造の測定映像を示す
写真図である。
FIG. 6 is a photograph showing a measurement image of a crystal structure by scanning tunneling microscopy (STM).

【図7】図7はSe8の環状結晶構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a ring crystal structure of Se8.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 極超微粒子(マイクロクラスター) 3 探針 2A,2B 極超微粒子の構造変化の前と後の状態を示
す模形図 4 光、粒子線、電場、磁場、温度等の外場印加部 5 外場応答検出部
1 Substrate 2 Ultra-fine particles (micro-cluster) 3 Probes 2A, 2B Model diagram showing the state before and after structural change of ultra-fine particles 4 External field application part of light, particle beam, electric field, magnetic field, temperature, etc. 5 External field response detector

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si,Ge,Cの何れかよりなる四族元
素、As,Sb,Biの何れかよりなる五族元素、S,
Se,Teの何れかより成る六族元素より選択した何れ
か1種又は2種以上の極超微粒子を有機溶媒に溶かし、
その濃度と温度を制御しながら乾燥させることにより、
サイズの違った極超微粒子を分離して、それぞれ単一サ
イズの状態で数nm以上数拾nmの大きさで規則性をも
って配列し、固化生成すること及び基板の固体表面上に
配列した極超微粒子の中で特定の位置にある極超微粒子
を電場、磁場、光の何れかの外場によって取り除き又は
移動させ、或は極超微粒子の構造及び性質を変化させた
りする操作を施し、極超微粒子の構造及び配列を外場で
制御することを特徴とする極超微粒子状態を用いた電子
機能素子の生成方法。
1. A Group IV element made of any one of Si, Ge, C, a Group V element made of As, Sb, Bi, S,
Dissolving any one kind or two or more kinds of ultrafine particles selected from the Group 6 element consisting of Se or Te in an organic solvent,
By drying while controlling its concentration and temperature,
Separation of ultrafine particles of different sizes, and arraying them in a regular size with a size of several nanometers or more and several nanometers in a single size, solidification, and ultra-fine particles arrayed on the solid surface of the substrate. The ultrafine particles at a specific position among the fine particles are removed or moved by an external field of an electric field, a magnetic field, or light, or an operation is performed to change the structure and properties of the ultrafine particles. A method for producing an electronic functional device using an ultrafine particle state, characterized in that the structure and arrangement of particles are controlled by an external field.
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