WO2003080902A1 - METHOD OF MICROFABRICATING CRYSTAL TiO2 AND MICROFABRICATED CRYSTAL TiO2 - Google Patents

METHOD OF MICROFABRICATING CRYSTAL TiO2 AND MICROFABRICATED CRYSTAL TiO2 Download PDF

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WO2003080902A1
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rutile
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Yoshimichi Ohki
Tetsuya Nakanishi
Kenichi Nomura
Kunihiro Shima
Satoshi Ishii
Koichi Awazu
Makoto Fujimaki
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Waseda University
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides

Definitions

  • the present invention concerning a fine machining method crystals T i O 2.
  • the present invention also rutile crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 crystals and are mixed T io 2 relates microfabrication methods. Further, the present invention relates to a crystal processed by these fine processing methods.
  • Crystal T i 0 2 is the infrared - near-ultraviolet region (1 2 0 0 0 nm ⁇ 4 0 0 nm) transparent in, since a large birefringence has a high refractive index, the prism, Henkomoto Widely applied to optical elements such as elements. In recent years, it has also been used for photocatalytic materials and solar cell materials. Furthermore, crystalline T i ⁇ 2 has attracted attention as a material of the photonic crystal has a high dielectric constant. This photonic crystal is an artificial, very fine structure with a high contrast that periodically changes the dielectric constant, and has attracted attention as a structure that can bend and guide light. ing.
  • crystal i 0 2 has been performed is subjected to microfabrication, conventional, reactive gas-phase etching method (R eactiveionetching, RIE) has been used.
  • the RIE is a method of processing the front surface of the crystal T i 0 2
  • etching a portion that does not corrode the registry ( 'mask) by exposure to plasma was covered by port Rimmer or metal called, to form a desired pattern on the crystalline T io 2 surface.
  • crystalline T i 0 2 of the sheet is also as high utility value, as a method for forming the crystalline T i ⁇ second sheet is conventional, crystalline T i 0 2 mechanically polishing methods rows cracking ing.
  • crystalline T i 0 2 mechanically polishing methods rows cracking ing.
  • the crystal T i 0 2 there are rutile and anatase one peptidase type, as such photocatalyst materials and solar cells materials are useful anatase.
  • a manufacturing method of the conventional anatase T i 0 2 include CVD or sol-gel method.
  • the CVD method or the sol-gel method can only integrally manufactured child anatase crystal T i 0 2, can not partially anatase child in rutile crystal T i O 2 surface Was. If it can be expected to further expand the use of crystalline T i 0 2 If possible provide a crystalline T i 0 2 subjected to such a fine processing.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a can and sharp and can be accurately etched crystal T i 0 2 microfabrication method to form a deep pattern.
  • the present invention also aims to provide a crystalline T i 0 2 microfabrication method capable of forming a 1 0 m or less crystalline T i 0 2 of the sheet.
  • the present invention aims at providing a crystal T i O 2 inside capable of giving a fine pattern crystal T i 0 2 microfabrication methods.
  • the present invention aims at providing a rutile crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 and the possible crystal T i 0 2 microfabrication methods be mixed in the desired position.
  • the invention purpose is to provide a crystalline T io 2 that these microfabricated methods microfabricated. Disclosure of the invention
  • Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention the ion shines the ions accelerated in the crystal T i 0 2 irradiation is irradiated portion is soluble in the solution, part fraction the ion is irradiated Is a method of processing the crystal T io 2 by removing like this
  • the crystal Ti 0 2 is insoluble in acids and the like, but after masking the desired portion with ions and then irradiating with accelerated ions, the portion irradiated with ions Only becomes amorphous. Since the amorphous portion is dissolved in an acid or the like, the crystal Ti 0 2 can be processed by dissolving and removing (etching) this.
  • the accelerated ions may be advanced deep in the adjusting child its energy one, it is possible to form a deep pattern, is sharp and precise microfabrication crystal T i 0 2 It is possible.
  • the fine processing method of the present invention is a method of irradiating by setting the ion so soluble in the solution from the surface side of the crystal T io 2. As a result, the crystal T i O
  • Etching can be performed from the surface of 2 .
  • the method of micromachining crystal T io 2 of the present invention is higher in the inner portion of the ions that electronic stopping power enters into the crystal T io 2 than crystalline T i 0 2 surface, with the inner side partial the crystalline T io 2 is a method of irradiating set to be soluble in the solution. This enables hollow microfabrication crystal T i 0 2, also, it is possible to process to a thickness of 1 0 At m or less thin plate.
  • Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention the ion is the way an ion of atomic number 1 0 or more atom. By irradiating accelerating such ions can allow dissolve the crystals T i 0 2 like acid.
  • the crystalline T i O 2 is a method of having a rutile crystal structure. For this reason, a crystal T i ⁇ 2 which is excellent in optical properties and has a high dielectric constant and is suitable as a photonic crystal can be processed. Further, it is possible than ⁇ anatase type crystal T io 2 exhibit good selectivity.
  • the fine processing method of the crystal T io 2 of the present invention comprises irradiating the ion to the crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, thereby changing the shape of the mask to the surface or the inside of the crystal T io 2 It is a method of forming in a part. For this reason, it is a method for fine processing of the crystal T i 0 2 with high accuracy, in which the shape of the mask is sharply reproduced.
  • the method of micromachining crystal T io 2 of the present invention the solution to melt-a portion in which the ions are irradiated is the way an acid. Therefore, it is easy to handle and has excellent versatility.
  • the crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention after irradiation with ions accelerated to the rutile type crystal T i 0 2, by heating in 9 0 0 ° C or less temperature, ions are irradiated In the anatase crystal T i 02. Therefore, it is possible and Ruchi Le-type crystal T i 0 2 and anatase crystal T io 2 is readily pressurized E the microstructure mixed.
  • micromachining crystal T io 2 of the present invention the ion is the way an atomic number 1 0 or more I ON. Therefore, by irradiating accelerating the ions, it can be amorphous crystals T i ⁇ 2.
  • Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention by irradiating the ions to the rutile type crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, ANATA only parts of the other than the mask This is a method for forming a mono-type crystal T i 0 2 . Therefore, it is possible to process the microstructure with mixed anatase T i O 2 was reproduced sharply rutile crystal T io 2 the shape of the mask.
  • the method of micromachining crystal T io 2 of the present invention is the way of a single crystal or polycrystalline. Therefore, it can be applied to a wide range of applications.
  • the finely-processed crystal Ti 0 2 of the present invention is obtained by irradiating accelerated ions to make the irradiated portions soluble in a solution and removing the irradiated portions. For this reason, the crystal T i 0 2 has a sharp and accurate fine processing with a deep pattern.
  • Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention irradiates by setting the ion so soluble in the solution from the front surface of the crystal T i 0 2, is obtained by removing from the surface side
  • Crystal T io 2 microfabricated of the present invention is higher in the inner portion of the ions that electronic stopping power enters the crystal T i 0 in 2 than the surface of the crystal T i O 2, the inner side min Irradiation is performed by setting the crystal T i 0 2 so as to be soluble in the solution, so that a portion inside the surface of the crystal ⁇ i 0 2 is soluble in the solution and the inside portion is removed. is there. Therefore, it has a crystal T i O 2 of the hollow and thin plate.
  • Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention Ma said ion having a desired shape
  • Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention After irradiation with I-on accelerated rutile crystal T i 0 2, by heating in 9 0 0 ° C or less temperature, ions are irradiated the part is obtained by the anatase T i 0 2. Therefore, it has a crystal T io 2 having a rutile type crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 and has a mixed microstructure.
  • Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention by irradiating the rutile crystal T io 2 the ions through a mask having a desired shape, only ANATA foremost parts of the other than the mask This is a zeolite crystal T i 0 2 formed. Therefore, has a microstructure rutile crystal T i 0 2 shape reproduced sharply of the mask and the anatase T io 2 are mixed.
  • micro-processed crystal T io 2 of the present invention is one wherein the crystal T io 2 is a single crystal or a polycrystal. This makes it applicable to a wide range of applications.
  • Figure 1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for performing crystallization T i 0 2 microfabrication method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a method for microfabrication of the crystal TiO 2 of the first embodiment.
  • Figure 3 is a graph showing that amorphous crystalline T i 0 2 is the ion irradiation.
  • Figure 4 is a graph showing the depth and value of the etching depth of the various ions from ESP and the sample table surface when irradiated rutile crystal T i 0 2.
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between the depth from ESP and the sample surface when the C 1 ions having each acceleration energy was irradiated to the rutile crystal T i 0 2.
  • Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the crystal T i 0 that obtained by 2 microfabrication methods crystals T i 0 2 of the basic structure according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing a crystal T i 0 2 microfabrication method of the second embodiment.
  • Figure 8 is a schematic schematic representation of crystalline T i 0 2 microfabricated obtained by the process shown in FIG.
  • Figure 1 0 is a schematic diagram showing a crystal T i 0 2 microfabrication method according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows an apparatus capable of performing the microfabrication method of the present embodiment.
  • reference numeral 1 denotes an ion accelerator
  • the ion irradiation direction of the ion accelerator 1 is such that a rutile crystal T i O 2 plate 2 is installed.
  • the rutile crystal T i 0 2 is also sulfuric acid or highly corrosive aqueous HF solution (hydrofluoric acid) of which the acid is a strong acid is insoluble and therefore is conventionally have been performed etching by RIE, which microfabrication Was a limiting factor.
  • crystalline rutile crystal T io 2 is lost by ion irradiation if, it can be said that the amorphization occurs.
  • a portion where the amorphization occurs is become possible high processing the selection ⁇ to by Ri rutile crystal T io 2 surface to dissolved by hydrofluoric acid.
  • Etch depth which in relation to the irradiation I O emissions and ESP Determined.
  • the ion travels while losing energy due to interaction with electrons in the substance.
  • electrons in the substance are given energy from ions.
  • ESP is the value of the energy that an ion loses per unit length at this time, the electronic stopping power. This value depends on the incident ion, incident energy, and incident substance.
  • Figure 4 is a graph showing the value of the ESP at the time of irradiation with the various ions in the rutile crystal T i 0 2.
  • the ion proceeds while losing energy due to interaction with the electrons of the rutile crystal T i O 2 , while the rutile crystal T i 0 2
  • the electrons in 2 are energized by ions.
  • the ions reach the point (range) where ESP becomes zero.
  • the depth at which etching actually occurred due to the irradiation of each ion is indicated by the “black” mark in Fig. 4.
  • the depth actually etched is smaller than the range shown in FIG. From this, it is understood that ESP of a certain value or more is necessary in order to make the crystal Ti 0 2 amorphous by the irradiated ions. Therefore, the result of calculation performed simulations of these experiments, the rutile-type crystal T i 0 2 to permit amorphized etching was found to be required 4 ke V / nm or more ESP It is.
  • the etching depth can be adjusted by selecting the type of ion to be irradiated and by changing the acceleration energy of the ion.
  • irradiation injection amount (dose) of ions was scrutinized the relationship between the etching surface, uniform by the 8 X l 0 1 3 c ⁇ 2 or more ion irradiation rutile crystal T i ⁇ 2 while it is etched ring, less, for example, 2. 2 X 1 0 1 3 this unevenness of C u ions cm 2 in the etched etching surface by irradiation shines afterwards hydrofluoric acid is formed Togawaka' Was.
  • the etched surface could be made uniform and irregularities could be formed. Therefore, a large dose is required for optical applications that require uniformity, and for applications such as solar cells and photocatalysts, it is advantageous to increase the surface area to increase power generation efficiency and catalyst efficiency.
  • the ion irradiation conditions may be appropriately adjusted depending on the intended use, such as performing etching with a reduced dose amount.
  • the micromachining method of the crystal T iO 2 of the present embodiment includes the steps of: irradiating the crystal T i O 2 with accelerated ions to make the irradiated portion soluble in a solution; Is a method of processing the crystal Ti 0 2 by removing a portion irradiated with the crystal.
  • the rutile-type crystal Ti 0 2 is not originally etched by hydrofluoric acid, but after masking the desired portion and irradiating with accelerated ion, only the portion irradiated with ions becomes amorphous. Since the amorphized portion is dissolved in an acid or the like, fine processing can be performed by dissolving and removing (etching) the portion.
  • the accelerated ions are capable of forming a deep pattern since entering deeply by setting a higher acceleration energy, and can be sharp and precise microfabrication crystal T i 0 2 .
  • the etching depth and the etched surface can be adjusted by changing the ion species, the acceleration energy of the ions, and the dose, and when a mask is used, the shape of the mask can be changed to a rutile crystal Tio. (2 ) It can be transferred to the surface and is expected to have technical applications such as enabling the production of photonic crystals on insulators.
  • the crystal T i 0 2 microfabricated of this embodiment obtained in this way is a deep pattern formation, and has a good accuracy that reproduces the shape of the mask sharp.
  • crystalline T i O 2 is as long as amorphous T i 0 2 is soluble in insoluble, other such as sulfuric acid Acids can also be used.
  • the crystal T io 2 are all regardless of rutile, the same effect can anatase T i 0 2 can be expected.
  • the crystal T i 0 2 microfabrication method according to a second embodiment of the present invention.
  • the ESP usually accelerated ions highest in rutile crystal T i O 2 of the surface as shown in FIG. 4, and decreases as ions progresses into the crystal T i 0 2 Go.
  • the surface has energy equivalent to the acceleration energy, but as the ions enter the rutile crystal T i ⁇ 2 , the crystal T i This is because energy is lost due to interaction with the electrons in O 2 .
  • Figure 5 shows an example of this phenomenon.
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between the depth and the ESP chlorine ions from 2 l M e V and 9 OM rutile accelerating respectively e V crystal T i 0 2 sample surface when irradiated in
  • ESP is the largest at the sample surface and then decreases rapidly.
  • the injection is accelerated at 9 OM eV, the ESP becomes maximum at a depth of about 9 ⁇ inside the sample.
  • Una ion irradiation which effects the amorphization from the surface of the rutile crystal T i 0 2 (first embodiment)
  • the inside amorphization of crystalline T i 0 2 Two types of ion irradiation with the effect to be brought about are possible by adjusting conditions such as ESP. That is, the second embodiment utilizes the nature of such accelerated ions, and in order for the crystal T io 2 to become amorphous by ion irradiation, ESP must be larger than a certain threshold value.
  • the ESP of the irradiated ion does not exceed this threshold on the surface of the rutile crystal T i 0 2 , and the energy is set so that the ESP gradually increases inside the sample and exceeds the threshold. by irradiating a method of etching amorphized only the internal crystal T io 2.
  • rutile crystal T i O 2 to 1 0 OM e C accelerated with V a ion 3 X 1 0 1 4 c ⁇ - where 2 is irradiated, and etching at the following 2 0% hydrofluoric acid, It was confirmed that the ion-irradiated surface was not etched, and that the portion approximately 5 ⁇ m ⁇ from the surface was etched. Then, it was examined Ri by the thinned upper of the focal-crystalline crystal T io 2 in X-ray diffraction, it is observed that retain the rutile type, that the method of the second embodiment is effective confirmed.
  • the method of the present embodiment by this by forming the amorphous layer 12 on the inner side of the rutile crystal T i 0 2 plate 11 as shown in FIG. 6 and the hollow layer 12 a , processing of dividing the rutile crystal T i 0 2 plate into upper and lower layers becomes possible, it can be obtained by Ri rutile crystal T i 0 2 of the sheet thereto.
  • the depth at which the amorphous layer 12 is formed on the inside can be adjusted by changing the energy and ion species of the ions to be irradiated, and the amorphous layer can be adjusted by changing the amount of ions to be irradiated. Since the thickness of 12 can also be adjusted, the thickness of this thin plate can be adjusted.
  • the machine regardless of the processing can be processed rutile crystal T i 0 2 of the sheet, the degree 1 0 mu m or less was not possible with Ri machined by the this It is possible to obtain a rutile-type crystal T i 0 2 plate of Further, as an application of the fine processing method of the present embodiment, for example, under conditions that result in amorphization from first surface side is subjected to mask 22 in FIG. 7 urchin by shown in (a) rutile type crystal T i 0 2 plate 21 Irradiated with accelerated ions to form an amorphous portion 23a, and then irradiated with accelerated ions under the condition of causing amorphization inside, as shown in FIG.
  • crystalline T i 0 2 microfabrication method allowed the ions by irradiating ions accelerated crystal T i 0 2 is irradiated portion soluble liquid and soluble by removing a portion of said ions are irradiated, the crystalline T i 0 a method of processing 2, crystalline than the electronic stopping power (ESP) crystal T i O 2 of surface ions T higher becomes the inside portion enters the i 0 2, the inner portion in the previous SL crystalline T io 2 is because it is a method of irradiating set to be soluble in the solution, the middle air-like or thin plate-like
  • the crystal TiO 2 can be finely processed, and the thickness of the thin plate can be reduced to 10 ⁇ or less.
  • the rutile-type crystal Ti it is also possible to form a pattern equivalent to a mask inside O 2 .
  • the etching after ion implantation can be performed not with hydrofluoric acid but with an acid such as sulfuric acid.
  • the crystal TiO 2 is not only a rutile type but also an anatase type. T i 0 2 even the same effect can for needless to say that you can expect.
  • FIG. 9 is a rutile type crystal T i 0 2 to 1 2 OM 1 bromine I O emissions were accelerated at e V X 1 0 1 4 c Hi - 2 was irradiated, 3 0 0 at subsequent air 30 minutes heat treatment at ° C 03499
  • a mask (not shown) having a desired pattern is applied, and then ions are irradiated to form an amorphous surface on the rutile crystal Tio 2 plate A.
  • section 42 is formed, then Ri by the heat treatment is performed, when re-crystallized moieties ⁇ amorphous reduction, since amorphous portion 42 is anatase T i 0 2 43, rutile crystal T i Crystal T i 0 2 in which O 2 41 and anatase crystal T i O 2 43 are mixed can be formed.
  • the pattern of the anatase crystal TiO 2 43 can be made into a desired pattern by using a mask, and it can be formed on the surface side or inside by the energy of the ions to be irradiated. Both crystals can be mixed in the embodiment described above.
  • Ri FOR A FULL irradiation a small amount of ions to the extent that the entire ion irradiation unit is not completely amorphous, rutile crystals by T i 0 2 and the amorphous T i O 2 is heat treated at 9 0 0 ° C or less after forming a situation you mixed crystal T i 0 2 in which the rutile type and anatase peptidase type mixed can be formed .
  • crystalline T i 0 2 microfabrication method of the third embodiment after irradiation with ions accelerated to the rutile type crystal T i 0 2, child heated 9 0 0 ° C below the temperature
  • the portion irradiated with ions is converted into an anatase crystal T i 0 2 , so that a microstructure in which rutile crystal T i O 2 and anatase crystal T i 0 2 are mixed is used.
  • a mixed crystal of rutile type and anatase type T i 0 2 improvement in functions such as photocatalyst can be expected.

Abstract

A method of microfabricating crystal TiO2 wherein deep patterns can be formed and wherein sharp and accurate fabrication can be effected, and microfabricated crystal TiO2. A substrate of rutile crystal TiO2 with a mask (3) of desired pattern formed over an upper surface thereof is irradiated with accelerated ion. Parts (2a) irradiated with ion are leached by hydrofluoric acid. Thus, an etching reflecting the pattern of the mask (3) is carried out. Further, a microstructure wherein rutile crystal TiO2 and anatase crystal TiO2 are mixed can be formed by effecting a heat treatment of parts (2a) irradiated with ion at 900 ° C or below so as to convert the same to anatase crystal TiO2.

Description

明 細 書 結晶 T i 02の微細加工方法及び微細加工された結晶 T i O 2 技術分野 Bright fine manual crystal T i 0 2 micromachining methods and microfabricated crystal T i O 2 art
本発明は、 結晶 T i O 2の微細加工方法に関する。 また、 本発明は、 ルチル型 結晶 T i 02とアナターゼ型結晶 T i 02とが混在した結晶 T i o2の微細加工 方法に関する。 さらに、 本発明は、 これらの微細加工方法により加工された結晶The present invention, concerning a fine machining method crystals T i O 2. The present invention also rutile crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 crystals and are mixed T io 2 relates microfabrication methods. Further, the present invention relates to a crystal processed by these fine processing methods.
T i 02に関する。 背景技術 T i 0 2 Background art
結晶 T i 02は、 赤外—近紫外領域 ( 1 2 0 0 0 nm〜 4 0 0 n m) において 透明で、 高い屈折率を有しており複屈折性が大きいことから、 プリズム、 偏光素 子等の光学素子に広く応用されている。 また、 近年では光触媒材料、 太陽電池材 料などにも用いられている。 さらに、 結晶 T i 〇 2は、 高い誘電率を有するため フォ トニック結晶の材料としても注目されている。 このフォ トニック結晶とは、 高いコント ラス トで誘電率を周期的に変化させた人工的な非常に微細な構造のこ とであり、 光を屈曲させて誘導しうる構造と して注目を集めている。 Crystal T i 0 2 is the infrared - near-ultraviolet region (1 2 0 0 0 nm~ 4 0 0 nm) transparent in, since a large birefringence has a high refractive index, the prism, Henkomoto Widely applied to optical elements such as elements. In recent years, it has also been used for photocatalytic materials and solar cell materials. Furthermore, crystalline T i 〇 2 has attracted attention as a material of the photonic crystal has a high dielectric constant. This photonic crystal is an artificial, very fine structure with a high contrast that periodically changes the dielectric constant, and has attracted attention as a structure that can bend and guide light. ing.
これらの用途への適用において、 結晶で i 02に微細加工を施すことが行われ ており、 従来は、 反応性気相エッチング法 (R e a c t i v e i o n e t c h i n g , R I E) が用いられていた。 この R I Eは、 プラズマ状にした腐食性 ガスにより結晶 T i o2を腐食 (エッチング) することにより結晶 T i 02の表 面を加工する方法であり、 腐食させない部分をレジス ト ('マスク) と呼ばれるポ リマーや金属により覆った後にプラズマに曝すことにより、 結晶 T i o2表面に 所望のパターンを形成する。 この方法においては、 形成されるパターンを深くす るためにはプラズマに曝す時間を長くする必要があるが、 レジス トも腐食性ブラ ズマにより腐食されるため長時間加工することができないため、 深いパターンを 形成することが難しいという問題点があった。 また、 腐食作用を利用した加工法 であるため、 プラズマに曝された表面には、 表面荒れが生じてしまい、 レジス ト に対しても必ずしも +分にシャープにその形状を反映しないという問題があった 。 さらに、 従来の R I Eなどのエッチングによる結晶 T i 02の微細加工方法で は、 結晶で i 02内部に微細パターンを付与することはできなかった。 In application to these applications, crystal i 0 2 has been performed is subjected to microfabrication, conventional, reactive gas-phase etching method (R eactiveionetching, RIE) has been used. The RIE is a method of processing the front surface of the crystal T i 0 2 By corrode crystalline T io 2 by corrosive gas plasma shape (etching), a portion that does not corrode the registry ( 'mask) by exposure to plasma was covered by port Rimmer or metal called, to form a desired pattern on the crystalline T io 2 surface. In this method, it is necessary to prolong the time of plasma exposure in order to deepen the pattern to be formed. However, since the resist is also corroded by corrosive plasma and cannot be processed for a long time, it is difficult to process the resist for a long time. There was a problem that it was difficult to form a pattern. In addition, since this is a processing method that utilizes the corrosive action, the surface exposed to the plasma may be roughened, However, there is a problem that the shape is not always sharply reflected in + minutes. Furthermore, in the conventional crystal T i 0 2 microfabrication method by etching such as RIE, it was not possible to impart i 0 2 inside a fine pattern in the crystal.
一方、 結晶 T i 02の薄板も利用価値の高いものであり、 この結晶 T i 〇2の 薄板を形成する方法としては、 従来、 結晶 T i 02を機械的に研磨する方法が行 われている。 しかしながら、 研磨による結晶 T i 02の薄板形成においては、 機 械的な衝撃から、 薄板の厚さを数十 μ m以下にすることは困難であった。 On the other hand, crystalline T i 0 2 of the sheet is also as high utility value, as a method for forming the crystalline T i 〇 second sheet is conventional, crystalline T i 0 2 mechanically polishing methods rows cracking ing. However, in forming a thin plate of the crystal Ti 0 2 by polishing, it was difficult to reduce the thickness of the thin plate to several tens μm or less due to mechanical impact.
ところで、 結晶 T i 02には、 ルチル型とアナタ一ゼ型があり、 光触媒材料や 太陽電池材料などとしてはアナターゼ型が有用である。 従来のアナターゼ型結晶 T i 02の作製方法としては、 CVD法やゾルゲル法が挙げられる。 しかしなが ら、 CVD法やゾルゲル法ではアナターゼ型結晶 T i 02を一体的に製造するこ としかできず、 ルチル型結晶 T i O 2表面において部分的にアナターゼ化するこ とはできなかった。 もしこのような微細加工を施した結晶 T i 02を提供できれ ば結晶 T i 02のさらなる用途の拡大を期待できる。 Incidentally, the crystal T i 0 2, there are rutile and anatase one peptidase type, as such photocatalyst materials and solar cells materials are useful anatase. As a manufacturing method of the conventional anatase T i 0 2, include CVD or sol-gel method. However, the CVD method or the sol-gel method can only integrally manufactured child anatase crystal T i 0 2, can not partially anatase child in rutile crystal T i O 2 surface Was. If it can be expected to further expand the use of crystalline T i 0 2 If possible provide a crystalline T i 0 2 subjected to such a fine processing.
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、 深いパターンを形成する ことが可能でシャープで正確にエッチングが可能な結晶 T i 02の微細加工方法 を提供することを目的とする。 また、 本発明は、 1 0 m以下の結晶 T i 02の 薄板を形成することが可能な結晶 T i 02の微細加工方法を提供することを目的 とする。 本発明は、 結晶 T i O 2内部に微細パターンを付与することの可能な結 晶 T i 02の微細加工方法を提供することを目的とする。 本発明は、 ルチル型結 晶 T i 02とアナターゼ型結晶 T i 02とを所望の位置に混在させることの可能 な結晶 T i 02の微細加工方法を提供することを目的とする。 さらに、 本発明は 、 これらの微細加工方法により微細加工された結晶 T i o2を提供することを目 的とする。 発明の開示 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a can and sharp and can be accurately etched crystal T i 0 2 microfabrication method to form a deep pattern. The present invention also aims to provide a crystalline T i 0 2 microfabrication method capable of forming a 1 0 m or less crystalline T i 0 2 of the sheet. The present invention aims at providing a crystal T i O 2 inside capable of giving a fine pattern crystal T i 0 2 microfabrication methods. The present invention aims at providing a rutile crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 and the possible crystal T i 0 2 microfabrication methods be mixed in the desired position. Furthermore, the invention purpose is to provide a crystalline T io 2 that these microfabricated methods microfabricated. Disclosure of the invention
本発明の結晶 T i 02の微細加工方法は、 結晶 T i 02に加速したイオンを照 射して前記イオンが照射された部分を溶液に可溶とし、 該イオンが照射された部 分を除去することにより、 前記結晶 T i o2を加工する方法である。 このような 構成を採用することにより、 結晶 T i 0 2は、 酸などに不溶であるが、 所望とす る部分にイオンを遮蔽するマスキングを施した後、 加速したイオンを照射すると イオンが照射された部分だけがアモルファス化する。 そしてこのアモルファス化 した部分は酸などに溶解するので、 これを溶解除去 (エッチング) することで結 晶 T i 0 2を加工することができる。 この際、 加速されたイオンはそのエネルギ 一を調整するこ とで深くまで進入させることができるので、 深いパターンを形成 することが可能であり、 シャープで正確な結晶 T i 0 2の微細加工が可能となつ ている。 Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention, the ion shines the ions accelerated in the crystal T i 0 2 irradiation is irradiated portion is soluble in the solution, part fraction the ion is irradiated Is a method of processing the crystal T io 2 by removing like this By adopting the configuration, the crystal Ti 0 2 is insoluble in acids and the like, but after masking the desired portion with ions and then irradiating with accelerated ions, the portion irradiated with ions Only becomes amorphous. Since the amorphous portion is dissolved in an acid or the like, the crystal Ti 0 2 can be processed by dissolving and removing (etching) this. At this time, since the accelerated ions may be advanced deep in the adjusting child its energy one, it is possible to form a deep pattern, is sharp and precise microfabrication crystal T i 0 2 It is possible.
また、 本発明の微細加工方法は、 前記イオンを前記結晶 T i o 2の表面側から 溶液に可溶となるように設定して照射する方法である。 これにより、 結晶 T i OFurther, the fine processing method of the present invention is a method of irradiating by setting the ion so soluble in the solution from the surface side of the crystal T io 2. As a result, the crystal T i O
2の表面からエッチングを施すことができる。 Etching can be performed from the surface of 2 .
本発明の結晶 T i o 2の微細加工方法は、 前記イオンをその電子阻止能が結晶 T i 0 2の表面より も結晶 T i o 2内に進入して内側部分で高くなり、 該内側部 分で前記結晶 T i o 2が溶液に可溶となるように設定して照射する方法である。 これにより、 中空状の結晶 T i 0 2の微細加工が可能となり、 また、 厚さ 1 0 At m以下の薄板状に加工することも可能となる。 The method of micromachining crystal T io 2 of the present invention is higher in the inner portion of the ions that electronic stopping power enters into the crystal T io 2 than crystalline T i 0 2 surface, with the inner side partial the crystalline T io 2 is a method of irradiating set to be soluble in the solution. This enables hollow microfabrication crystal T i 0 2, also, it is possible to process to a thickness of 1 0 At m or less thin plate.
本発明の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 前記イオンが原子番号 1 0以上の原 子のイオンである方法である。 このようなイオンを加速して照射することにより 、 結晶 T i 0 2を酸などに溶解可能にすることができる。 Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention, the ion is the way an ion of atomic number 1 0 or more atom. By irradiating accelerating such ions can allow dissolve the crystals T i 0 2 like acid.
本発明の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 前記結晶 T i O 2がルチル型の結晶 構造を有する方法である。 このため、 光学的性質に優れ、 高誘電率を有するため フォ トニック結晶として好適な結晶 T i 〇 2を加工することができる。 また、 ァ ナターゼ型結晶 T i o 2より も良好な選択性を発揮することができる。 Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention, the crystalline T i O 2 is a method of having a rutile crystal structure. For this reason, a crystal T i に2 which is excellent in optical properties and has a high dielectric constant and is suitable as a photonic crystal can be processed. Further, it is possible than § anatase type crystal T io 2 exhibit good selectivity.
本発明の結晶 T i o 2の微細加工方法は、 前記イオンを所望の形状を持ったマ スクを介して結晶 T i 0 2に照射することにより、 前記マスクの形状を結晶 T i o 2表面または内側部分に形成する方法である。 このため、.該マスクの形状をシ ヤープに再現した精度のよい結晶 T i 0 2の微細加工方法となっている。 The fine processing method of the crystal T io 2 of the present invention comprises irradiating the ion to the crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, thereby changing the shape of the mask to the surface or the inside of the crystal T io 2 It is a method of forming in a part. For this reason, it is a method for fine processing of the crystal T i 0 2 with high accuracy, in which the shape of the mask is sharply reproduced.
本発明の結晶 T i o 2の微細加工方法は、 前記イオンが照射された部分を溶か す溶液が酸である方法である。 このため、 取扱いが容易で汎用性に優れている。 また、 本発明の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 ルチル型結晶 T i 0 2に加速 したイオンを照射した後、 9 0 0 °C以下の温度で加熱することにより、 イオンが 照射された部分をアナターゼ型結晶 T i 0 2とする方法である。 このため、 ルチ ル型結晶 T i 0 2とアナターゼ型 晶 T i o 2とが混在した微細構造を容易に加 ェすることができる。 The method of micromachining crystal T io 2 of the present invention, the solution to melt-a portion in which the ions are irradiated is the way an acid. Therefore, it is easy to handle and has excellent versatility. The crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention, after irradiation with ions accelerated to the rutile type crystal T i 0 2, by heating in 9 0 0 ° C or less temperature, ions are irradiated In the anatase crystal T i 02. Therefore, it is possible and Ruchi Le-type crystal T i 0 2 and anatase crystal T io 2 is readily pressurized E the microstructure mixed.
本発明の結晶 T i o 2の微細加工方法は、 前記イオンが原子番号 1 0以上のィ オンである方法である。 このため、 このイオンを加速して照射することにより、 結晶 T i 〇 2をアモルファス化することができる。 The method of micromachining crystal T io 2 of the present invention, the ion is the way an atomic number 1 0 or more I ON. Therefore, by irradiating accelerating the ions, it can be amorphous crystals T i 〇 2.
本発明の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 前記イオンを所望の形状を持ったマ スクを介してルチル型結晶 T i 0 2に照射することにより、 前記マスク以外の部 分にのみアナタ一ゼ型結晶 T i 0 2を形成する方法である。 このため、 該マスク の形状をシャープに再現してルチル型結晶 T i o 2にアナターゼ型結晶 T i O 2 を混在させて微細構造に加工することが可能となっている。 Crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention, by irradiating the ions to the rutile type crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, ANATA only parts of the other than the mask This is a method for forming a mono-type crystal T i 0 2 . Therefore, it is possible to process the microstructure with mixed anatase T i O 2 was reproduced sharply rutile crystal T io 2 the shape of the mask.
本発明の結晶 T i o 2の微細加工方法は、 前記結晶 T i 0 2が単結晶または多 結晶である方法である。 このため、 幅広い用途に適用可能である。 The method of micromachining crystal T io 2 of the present invention, the crystalline T i 0 2 is the way of a single crystal or polycrystalline. Therefore, it can be applied to a wide range of applications.
そして、 本発明の微細加工された結晶 T i 0 2は、 加速したイオンを照射して 前記イオンが照射された部分を溶液に可溶とし該イオンが照射された部分を除去 したものである。 このため、 深いパターンでシャープかつ正確な微細加工がなさ れた結晶 T i 0 2となっている。 The finely-processed crystal Ti 0 2 of the present invention is obtained by irradiating accelerated ions to make the irradiated portions soluble in a solution and removing the irradiated portions. For this reason, the crystal T i 0 2 has a sharp and accurate fine processing with a deep pattern.
本発明の微細加工された結晶 T i 0 2は、 前記イオンを前記結晶 T i 0 2の表 面から溶液に可溶となるように設定して照射し、 表面側から除去したものであるCrystal T i 0 2 microfabricated of the present invention irradiates by setting the ion so soluble in the solution from the front surface of the crystal T i 0 2, is obtained by removing from the surface side
。 これにより、 結晶 T i 0 2の表面から深いパターンでシャープかつ正確な微細 加工がなされた結晶 T i o 2となっている。 . Thus, sharp and accurate micromachining a deep pattern from the crystal T i 0 2 surface is in the crystal T io 2 was made.
本発明の微細加工された結晶 T i o 2は、 前記イオンをその電子阻止能が結晶 T i O 2の表面より も結晶 T i 0 2内に進入して内側部分で高くなり、 該内側部 分で前記結晶 T i 0 2が溶液に可溶となるように設定して照射して、 前記結晶 τ i 0 2の表面よ り内側部分を溶液に可溶として、 この内側部分を除去したもので ある。 このため、 中空状や薄板状の結晶 T i O 2となっている。 Crystal T io 2 microfabricated of the present invention is higher in the inner portion of the ions that electronic stopping power enters the crystal T i 0 in 2 than the surface of the crystal T i O 2, the inner side min Irradiation is performed by setting the crystal T i 0 2 so as to be soluble in the solution, so that a portion inside the surface of the crystal τ i 0 2 is soluble in the solution and the inside portion is removed. is there. Therefore, it has a crystal T i O 2 of the hollow and thin plate.
本発明の微細加工された結晶 T i 0 2は、 前記イオンを所望の形状を持ったマ スクを介して結晶 T i 0 2に照射することにより、 前記マスクの形状を結晶 T i 0 2表面または内側部分に形成したものである。 このため、 該マスクの形状をシ ヤープに再現した精度のよい微細加工がなされた結晶 T i ◦ 2となっている。 本発明の微細加工された結晶 T i 0 2は、 ルチル型結晶 T i 0 2に加速したィ オンを照射した後、 9 0 0 °C以下の温度で加熱することにより、 イオンが照射さ れた部分をアナターゼ型結晶 T i 0 2としたものである。 このため、 ルチル型結 晶 T i 0 2とアナターゼ型結晶 T i 0 2とが混在した微細構造を有する結晶 T i o 2となっている。 Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention, Ma said ion having a desired shape By irradiating the crystal T i 0 2 through the disk, in which the shape of the mask was formed on the crystal T i 0 2 surface or inner portion. Therefore, accurate fine processing that reproduces the shape of the mask sheet Jaap has become crystal T i ◦ 2 was made. Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention, after irradiation with I-on accelerated rutile crystal T i 0 2, by heating in 9 0 0 ° C or less temperature, ions are irradiated the part is obtained by the anatase T i 0 2. Therefore, it has a crystal T io 2 having a rutile type crystal T i 0 2 and anatase T i 0 2 and has a mixed microstructure.
本発明の微細加工された結晶 T i 0 2は、 前記イオンを所望の形状を持ったマ スクを介してルチル型結晶 T i o 2に照射することにより、 前記マスク以外の部 分にのみアナタ一ゼ型結晶 T i 0 2を形成したものである。 このため、 該マスク の形状をシャープに再現したルチル型結晶 T i 0 2とアナターゼ型結晶 T i o 2 とが混在した微細構造となっている。 Crystal T i 0 2 microfabricated of the present invention, by irradiating the rutile crystal T io 2 the ions through a mask having a desired shape, only ANATA foremost parts of the other than the mask This is a zeolite crystal T i 0 2 formed. Therefore, has a microstructure rutile crystal T i 0 2 shape reproduced sharply of the mask and the anatase T io 2 are mixed.
さらに、 本発明の微細加工された結晶 T i o 2は、 前記結晶 T i o 2が単結晶 または多結晶であるものである。 このため、 幅広い用途に適用可能なものとなつ ている。 図面の簡単な説明 Further, the micro-processed crystal T io 2 of the present invention is one wherein the crystal T io 2 is a single crystal or a polycrystal. This makes it applicable to a wide range of applications. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明の第 1実施例による結晶 T i 0 2の微細加工方法を行うための 装置を示す概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for performing crystallization T i 0 2 microfabrication method according to the first embodiment of the present invention.
図 2は、 前記第 1実施例の結晶 T i O 2の微細加工方法を示す概略図である。 図 3は、 イオンの照射により結晶 T i 0 2がアモルファス化することを示すグ ラフである。 FIG. 2 is a schematic view showing a method for microfabrication of the crystal TiO 2 of the first embodiment. Figure 3 is a graph showing that amorphous crystalline T i 0 2 is the ion irradiation.
図 4は、 各種イオンをルチル型結晶 T i 0 2に照射したときの E S Pと試料表 面からの深さ及びエッチング深さの値を示すグラフである。 Figure 4 is a graph showing the depth and value of the etching depth of the various ions from ESP and the sample table surface when irradiated rutile crystal T i 0 2.
図 5は、 各加速エネルギーをもつ C 1イオンをルチル型結晶 T i 0 2に照射し たときの E S Pと試料表面からの深さとの関係を示すグラフである。 Figure 5 is a graph showing the relationship between the depth from ESP and the sample surface when the C 1 ions having each acceleration energy was irradiated to the rutile crystal T i 0 2.
図 6は、 本発明の第 2実施例による結晶 T i 0 2の微細加工方法により得られ る結晶 T i 0 2の基本構造を概略的に示す断面図である。 図 7は、 前記第 2実施例の結晶 T i 02の微細加工方法を示す概略図である。 図 8は、 図 7に示す方法により得られる微細加工された結晶 T i 02を示す概 略図である。 Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the crystal T i 0 that obtained by 2 microfabrication methods crystals T i 0 2 of the basic structure according to a second embodiment of the present invention. Figure 7 is a schematic diagram showing a crystal T i 0 2 microfabrication method of the second embodiment. Figure 8 is a schematic schematic representation of crystalline T i 0 2 microfabricated obtained by the process shown in FIG.
図 9は、 ルチル型結晶 T i 02にイオンを照射し、 その後空気中にて熱処理し た場合の XRDスペク トルを示すグラフである。 9, ions are irradiated to the rutile crystal T i 0 2, is a graph showing the XRD spectrum in the case of heat-treated at then in air.
図 1 0は、 本発明の第 3実施例による結晶 T i 02の微細加工方法を示す概略 図である。 発明を実施するための最良の形態 Figure 1 0 is a schematic diagram showing a crystal T i 0 2 microfabrication method according to a third embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の結晶 T i 02の微細加工方法の第 1実施例について添付図面を 参照して詳細に説明する。 図 1は、 本実施例の微細加工方法を実施可能な装置を 概略的に示しており、 同図において 1はイオン加速器であり、 このイオン加速器 1のイオン照射方向には、 ルチル型の結晶 T i O 2板 2が設置されている。 この ルチル型結晶 T i 02は、 強酸である硫酸や腐食性の高い HF水溶液(フッ酸)な どの酸にも不溶であり、 このため従来は R I Eによるエッチングが行われており 、 これが微細加工の限界要因となっていた。 そこで、 本実施例においては、 この ルチル型結晶 T i o2にイオンを照射することによ り、 ルチル型結晶 T i 02を 変質させ、 酸に可溶とし、 この可溶な部分をエッチングすることによりルチル型 結晶表面を加工する。 Hereinafter, a first embodiment of a crystal T i 0 2 microfabrication method of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail. FIG. 1 schematically shows an apparatus capable of performing the microfabrication method of the present embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an ion accelerator, and the ion irradiation direction of the ion accelerator 1 is such that a rutile crystal T i O 2 plate 2 is installed. The rutile crystal T i 0 2 is also sulfuric acid or highly corrosive aqueous HF solution (hydrofluoric acid) of which the acid is a strong acid is insoluble and therefore is conventionally have been performed etching by RIE, which microfabrication Was a limiting factor. Accordingly, in this embodiment, Ri by the irradiation with ions to the rutile type crystal T io 2, denature the rutile crystal T i 0 2, and soluble in acid, to etch the soluble portion In this way, the rutile crystal surface is processed.
まず、 ルチル型結晶 T i O 2をフッ酸に可溶にするために加速したイオンを照 射する。 イオンを照射することによ りルチル型結晶 T i 02がフッ酸に可溶とな る現象を利用し、 図 2に示すようにルチル型結晶 T i 02板 2の上面に所望のパ ターンでマスク 3を形成した状態で加速したイオンを照射し (図 2 (a ) ) 、 続 いてイオンを照射した部分 2 aをフッ酸により溶解 ' 除去 (図 2 (b) ) すれば マスク 3のパターンを反映したエッチングを施すことができる。 First, they shot an accelerated ions to soluble rutile crystal T i O 2 in a hydrofluoric acid irradiation. Rutile crystals T i 0 2 Ri by the irradiation with ions using a phenomenon ing and soluble in hydrofluoric acid, the desired path on the upper surface of the rutile crystal T i 0 2 plate 2 as shown in FIG. 2 The mask 3 is formed by irradiating accelerated ions with the mask 3 formed in the turn (Fig. 2 (a)), and then dissolving and removing the ion-irradiated portion 2a with hydrofluoric acid (Fig. 2 (b)). Etching that reflects the pattern can be performed.
このように加速されたイオンを照射することによりルチル型結晶 T i O 2のェ ツチングが可能となる理由は以下のとおりである。 図 3はルチル型結晶 T i O 2 の XRDスペク トルを示しており、 下側は 8 4. 5Me Vで銅イオンを 2. 0 X 1 013c m 2照射した後で上側は照射前であるが、 この図 3からイオン照射前に 観測されていたルチル型結晶 T i o 2の結晶性を示すピークがイオン照射により 著しく減少していることが明らかに見て取れる。 このことから、 イオンの照射に よりルチル型結晶 T i o 2の結晶構造が乱れ、 非晶質化 (アモルファス化) した ことがわかる。 換言すればイオン照射によりルチル型結晶 T i o 2の結晶性が失 われ、 アモルファス化が生じているといえる。 その結果、 このアモルファス化が 生じた部分をフッ酸により溶解することによ りルチル型結晶 T i o 2表面への選 択性の高い加工が可能となるのである。 Why rutile crystal T i O 2 E Tsuchingu becomes possible by irradiating thus accelerated ions are as follows. Figure 3 shows the XRD spectrum of the rutile-type crystal T i O 2, the lower the upper after the copper ion 2. 0 X 1 0 13 cm 2 were irradiated with 8 4. 5ME V is before irradiation However, from this Figure 3, before ion irradiation Peak indicating crystallinity was observed rutile crystal T io 2 it is clearly visible that significantly reduced by ion irradiation. Therefore, more crystalline structure of the rutile crystal T io 2 to irradiation of ions is disturbed, amorphization (amorphous) was can be seen. In other words crystalline rutile crystal T io 2 is lost by ion irradiation if, it can be said that the amorphization occurs. As a result, a portion where the amorphization occurs is become possible high processing the selection択性to by Ri rutile crystal T io 2 surface to dissolved by hydrofluoric acid.
次に、 上述したようなルチル型結晶 T i 0 2の微細加工における酸に可溶にす るイオンの照射条件、 及びエッチング深さについて説明すると、 これは照射ィォ ンと E S Pとの関係で定められる。 イオンを物質に入射すると、 そのイオンは物 質中の電子との相互作用によってエネルギーを失いながら進行する。 すなわち物 質中の電子はイオンからエネルギーを与えられることになる。 E S Pとはこの時 の単位長さあたりにィオンが失うエネルギーの値である電子阻止能 (electronic stopping power) のことであり、 この値は入射イオン、 入射エネルギー、 入射す る物質によって異なる。 図 4は、 各種イオンをルチル型結晶 T i 0 2に照射した ときの E S Pの値を示すグラフである。 このグラフより、 イオンをルチル型結晶 T i 0 2へ入射すると、 'そのイオンはルチル型結晶 T i O 2の電子との相互作用 によってエネルギーを失いながら進行し、 一方、 ルチル型結晶 T i 0 2中の電子 はイオンからエネルギーを与えられる。 そして、 イオンは E S Pがゼロ となる点 (飛程) まで到達する。 Then, irradiation conditions to that ions soluble in acid in microfabrication rutile crystal T i 0 2 as described above, and will be described. Etch depth, which in relation to the irradiation I O emissions and ESP Determined. When an ion is incident on a substance, the ion travels while losing energy due to interaction with electrons in the substance. In other words, electrons in the substance are given energy from ions. ESP is the value of the energy that an ion loses per unit length at this time, the electronic stopping power. This value depends on the incident ion, incident energy, and incident substance. Figure 4 is a graph showing the value of the ESP at the time of irradiation with the various ions in the rutile crystal T i 0 2. According to this graph, when an ion is incident on the rutile crystal T i 0 2 , the ion proceeds while losing energy due to interaction with the electrons of the rutile crystal T i O 2 , while the rutile crystal T i 0 2 The electrons in 2 are energized by ions. And the ions reach the point (range) where ESP becomes zero.
これに対し、 各イオンの照射によって、 実際にエッチングが生じた深さは図 4 に 「黒印」 で示すようになる。 この図 4から明らかなように実際にエッチングさ れる深さは図 4に示す飛程よ りも浅い。 このことから、 照射したイオンにより結 晶 T i 0 2がアモルファス化されるためには、 ある程度以上の値の E S Pが必要 であることがわかる。 そこで、 これらの実験からシミュレーショ ンを行い計算し た結果、 ルチル型結晶 T i 0 2をアモルファス化しエッチングを可能とするには 、 4 k e V / n m以上の E S Pが必要であることを見出したのである。 In contrast, the depth at which etching actually occurred due to the irradiation of each ion is indicated by the “black” mark in Fig. 4. As is apparent from FIG. 4, the depth actually etched is smaller than the range shown in FIG. From this, it is understood that ESP of a certain value or more is necessary in order to make the crystal Ti 0 2 amorphous by the irradiated ions. Therefore, the result of calculation performed simulations of these experiments, the rutile-type crystal T i 0 2 to permit amorphized etching was found to be required 4 ke V / nm or more ESP It is.
照射されるイオンの原子番号が小さくなると、 イオンと物質中の電子との相互 作用が小さくなる。 その結果 E S Pも小さくなり 4 k e V Z n m以上の E S Pを 得るには限界がある。 これについても上述した図 4に示す実験結果からシミュレ ーシヨ ンを行い計算した結果、 ネオン (N e ) より原子番号が小さい原子のィォ ンでは、 どんなに大きな加速エネルギーを与えても、 4 k e V / n mを得ること はできないことがわかった。 したがって、 使用するイオンとしては N e以上の原 子番号を持つ原子のイオンである必要がある。 さらに、 図 4からエッチングする 深さは照射するイオンの種類を選択すること、 及びそのイオンの加速エネルギー を変えることによっても調整できることがわかる。 As the atomic number of the irradiated ion decreases, the interaction between the ion and the electrons in the substance decreases. As a result, ESP becomes smaller and ESP of 4 ke VZ nm or more There are limits to getting it. As a result, a simulation was performed based on the experimental results shown in Fig. 4 described above, and a calculation was performed. As a result, in the case of an atom having an atomic number smaller than that of neon (Ne), no matter how much acceleration energy was applied, 4 keV / nm could not be obtained. Therefore, the ion to be used must be an ion of an atom having an atomic number of Ne or more. Furthermore, it can be seen from FIG. 4 that the etching depth can be adjusted by selecting the type of ion to be irradiated and by changing the acceleration energy of the ion.
さらに、 イオン照射部 2 aを均一にエッチングするには、 イオン照射部 2 a全 体がほぼアモルファス化していなければなければならない。 そこで、 イオンの照 射量 (ドーズ量) とエッチング面との関係について精査したところ、 ルチル型結 晶 T i 〇2に 8 X l 0 1 3 c πΓ 2以上のイオン照射をすることにより均一なエッチ ングができる一方、 それ未満、 例えば 2 . 2 X 1 0 1 3 c m 2の C uイオンを照 射してその後フッ酸にてエッチングを行う とエツチング面に凹凸が形成されるこ とがわかった。 つまり ドーズ量を調整することによ り、 エッチング面を均一とす ることも凹凸を形成することも可能であることがわかった。 したがって、 均一性 を要求される光学的用途では ドーズ量を多く し、 太陽電池、 光触媒などの用途の 場合には、 発電効率、 触媒効率を高めるため表面積が大きいほうが有利であるの で凹凸を形成するように ドーズ量を抑えてェツチングを行うなど、 利用する用途 に応じて適宜イオンの照射条件を調整すればよい。 Furthermore, in order to uniformly etch the ion irradiated portion 2a, the entire ion irradiated portion 2a must be substantially amorphous. Therefore, irradiation injection amount (dose) of ions was scrutinized the relationship between the etching surface, uniform by the 8 X l 0 1 3 c πΓ 2 or more ion irradiation rutile crystal T i 〇 2 while it is etched ring, less, for example, 2. 2 X 1 0 1 3 this unevenness of C u ions cm 2 in the etched etching surface by irradiation shines afterwards hydrofluoric acid is formed Togawaka' Was. In other words, it was found that by adjusting the dose amount, the etched surface could be made uniform and irregularities could be formed. Therefore, a large dose is required for optical applications that require uniformity, and for applications such as solar cells and photocatalysts, it is advantageous to increase the surface area to increase power generation efficiency and catalyst efficiency. The ion irradiation conditions may be appropriately adjusted depending on the intended use, such as performing etching with a reduced dose amount.
以上詳述したとおり、 本実施例の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 結晶 T i O 2に加速したイオンを照射して前記イオンが照射された部分を溶液に可溶とし、 該イオンが照射された部分を除去することにより、 前記結晶 T i 0 2を加工する 方法である。 ルチル型結晶 T i 0 2はもともとフッ酸によってエッチングされな いが、 所望とする部分にィォンを遮蔽するマスキングを施した後、 加速したィォ ンを照射するとイオンが照射された部分だけがアモルファス化し、 このァモルフ ァス化した部分は酸などに溶解するので、 これを溶解除去 (エッチング) するこ とで微細加工を行うことができる。 この際、 加速されたイオンは加速エネルギー を高く設定することにより深くまで進入するので深いパターンを形成することが 可能であり、 シャープで正確な結晶 T i 0 2の微細加工が可能となっている。 こ 03 03499 As described in detail above, the micromachining method of the crystal T iO 2 of the present embodiment includes the steps of: irradiating the crystal T i O 2 with accelerated ions to make the irradiated portion soluble in a solution; Is a method of processing the crystal Ti 0 2 by removing a portion irradiated with the crystal. The rutile-type crystal Ti 0 2 is not originally etched by hydrofluoric acid, but after masking the desired portion and irradiating with accelerated ion, only the portion irradiated with ions becomes amorphous. Since the amorphized portion is dissolved in an acid or the like, fine processing can be performed by dissolving and removing (etching) the portion. In this case, the accelerated ions are capable of forming a deep pattern since entering deeply by setting a higher acceleration energy, and can be sharp and precise microfabrication crystal T i 0 2 . This 03 03499
9 れにより大きなアスペク ト比を持つ微細構造の作製が可能となる。 また、 イオン 種やイオンの加速エネルギーやドーズ量を変化させることで、 エッチング深さや エッチング面を調整することが可能であり、 さらに、 マスクを使用した場合、 マ スクの形状をルチル型結晶 T i o 2表面に転写でき、 絶縁体でのフォ トニック結 晶の作製を可能にするなどの技術的利用が期待できる。 また、 このようにして得 られる本実施例の微細加工された結晶 T i 0 2は、 深いパターンが形成され、 マ スクの形状をシャープに再現した精度のよいものとなっている。 Thus, it becomes possible to fabricate a fine structure with a large aspect ratio. In addition, the etching depth and the etched surface can be adjusted by changing the ion species, the acceleration energy of the ions, and the dose, and when a mask is used, the shape of the mask can be changed to a rutile crystal Tio. (2 ) It can be transferred to the surface and is expected to have technical applications such as enabling the production of photonic crystals on insulators. The crystal T i 0 2 microfabricated of this embodiment obtained in this way is a deep pattern formation, and has a good accuracy that reproduces the shape of the mask sharp.
なお、 前記実施例においては、 イオン照射後のエッチングをフッ酸により行つ ているが、 結晶 T i O 2が不溶でアモルファス T i 0 2が可溶なものであれば、 硫酸などの他の酸も用いることができる。 また、 結晶 T i o 2はルチル型のみな らず、 アナターゼ型結晶 T i 0 2でも同様の効果が期待できる。 ただし、 アナタ ーゼ型の結晶 T i 0 2は、 少量ではあるが酸にエッチングされるので、 ルチル型 結晶 T i 0 2ほどの選択性は得られないので、 その点を考慮する必要がある。 次に本発明の第 2実施例による結晶 T i 0 2の微細加工方法について説明する 。 結晶 T i 0 2をアモルファス化するためには、 ある程度以上の値の E S Pが必 要であることについては、 前記第 1実施例の微細加工方法において述べたとおり である。 ここで、 通常加速されたイオンの E S Pは図 4に示すようにルチル型結 晶 T i O 2の表面において最も高く、 イオンが結晶 T i 0 2内に進入していくに つれて減少していく。 これはイオンがルチル型結晶 T i O 2に進入した時、 表面 では加速エネルギーと同等のエネルギーを持っているが、 イオンがルチル型結晶 T i 〇2中に進入していくにつれて、 結晶 T i 0 2中の電子との相互作用により エネルギーを失っていくためである。 しかしながら、 イオンの加速エネルギーを さらに大きく していく とイオンの速度も大きくなつていき、 その結果、 イオンが ルチル型結晶 T i o 2中に進入した際、 その大きな速度のために、 電子と相互作 用する時間が短くなるため、 物質表面における E S Pが内側よりも小さくなる。 この現象の一例を図 5に示す。 図 5は、 塩素イオンを 2 l M e Vと 9 O M e Vで それぞれ加速してルチル型結晶 T i 0 2に照射した時の試料表面からの深さと E S Pとの関係を示したグラフであるが、 このグラフから明らかな通り、 塩素ィォ ンを 2 1 M e Vで加速した場合には E S Pは試料表面で最大でその後急激に減少 しているが、 9 O M e Vで加速して注入した場合には試料内部のおよそ 9 μ ιηの 深さで E S Pが最大となる。 In the above embodiment, although the etching after the ion irradiation has Gyotsu by hydrofluoric acid, crystalline T i O 2 is as long as amorphous T i 0 2 is soluble in insoluble, other such as sulfuric acid Acids can also be used. The crystal T io 2 are all regardless of rutile, the same effect can anatase T i 0 2 can be expected. However, anatase Ze-type crystal T i 0 2 of, since it is a small amount but are etched in an acid, since the rutile-type crystal T i 0 can not be obtained 2 as selectivity, it is necessary to consider that point . Next will be described the crystal T i 0 2 microfabrication method according to a second embodiment of the present invention. To amorphous crystals T i 0 2 is about being ESP requires a certain level of value, it is as described in the microfabrication method of the first embodiment. Here, the ESP usually accelerated ions highest in rutile crystal T i O 2 of the surface as shown in FIG. 4, and decreases as ions progresses into the crystal T i 0 2 Go. This means that when ions enter the rutile crystal T i O 2 , the surface has energy equivalent to the acceleration energy, but as the ions enter the rutile crystal T i 〇 2 , the crystal T i This is because energy is lost due to interaction with the electrons in O 2 . However, the rate of acceleration energy further increased to take the ions of ions will increase summer, so that when the ion enters the rutile crystal T io 2, due to its large velocity, electrons and interact The ESP on the surface of the material is smaller than on the inside because of the shorter application time. Figure 5 shows an example of this phenomenon. Figure 5 is a graph showing the relationship between the depth and the ESP chlorine ions from 2 l M e V and 9 OM rutile accelerating respectively e V crystal T i 0 2 sample surface when irradiated in However, as is clear from this graph, when chlorine is accelerated at 21 MeV, ESP is the largest at the sample surface and then decreases rapidly. However, when the injection is accelerated at 9 OM eV, the ESP becomes maximum at a depth of about 9 μιη inside the sample.
したがって、 このよ うなイオン照射の特性を利用することで、 ルチル型結晶 T i 0 2の表面側からアモルファス化をもたらす作用 (第 1実施例) と、 結晶 T i 0 2の内側にアモルファス化をもたらす作用との 2種類のイオン照射が E S P等 の条件を調整することにより可能である。 すなわち、 第 2実施例は、 このような 加速されたイオンの性質を利用し、 イオン照射によって結晶 T i o 2をァモルフ ァス化するには E S Pがあるしきい値より大きくなければならないことから、 照 射されたイオンの E S Pがルチル型結晶 T i 0 2表面ではこのしきい値を超えず 、 試料内部で E S Pが徐々に増大して、 しきい値を超えるようなエネルギーに設 定してイオンを照射することにより、 結晶 T i o 2の内部のみをアモルファス化 してエッチングする方法である。 Thus, by utilizing the characteristics of the good Una ion irradiation, which effects the amorphization from the surface of the rutile crystal T i 0 2 (first embodiment), the inside amorphization of crystalline T i 0 2 Two types of ion irradiation with the effect to be brought about are possible by adjusting conditions such as ESP. That is, the second embodiment utilizes the nature of such accelerated ions, and in order for the crystal T io 2 to become amorphous by ion irradiation, ESP must be larger than a certain threshold value. The ESP of the irradiated ion does not exceed this threshold on the surface of the rutile crystal T i 0 2 , and the energy is set so that the ESP gradually increases inside the sample and exceeds the threshold. by irradiating a method of etching amorphized only the internal crystal T io 2.
具体的には、 ルチル型結晶 T i O 2に 1 0 O M e Vで加速した C aイオンを 3 X 1 0 1 4 c πι - 2照射し、 その後 2 0 %フッ酸にてエッチングしたところ、 イオン が照射された表面はエッチングされず、 表面より約 5 μ m內側の部分がエツチン グされることが確認された。 そして、 この薄板化された上部の結晶 T i o 2の結 晶性を X線回折によ り調べたところ、 ルチル型を保っていることも観測され、 第 2実施例の方法が実効あることが確認された。 Specifically, rutile crystal T i O 2 to 1 0 OM e C accelerated with V a ion 3 X 1 0 1 4 c πι - where 2 is irradiated, and etching at the following 2 0% hydrofluoric acid, It was confirmed that the ion-irradiated surface was not etched, and that the portion approximately 5 μm 內 from the surface was etched. Then, it was examined Ri by the thinned upper of the focal-crystalline crystal T io 2 in X-ray diffraction, it is observed that retain the rutile type, that the method of the second embodiment is effective confirmed.
したがって、 このような本実施例の方法を用いることにより、 図 6に示すよう にルチル型結晶 T i 0 2板 11の内側にアモルファス層 12を形成してこれを中空層 12 a とすることにより、 ルチル型結晶 T i 0 2板を上下 2層に分割した加工が可 能となり、 これによ りルチル型結晶 T i 0 2の薄板を得ることができる。 この際 、 照射するイオンのエネルギーやイオン種を変えることにより、 内側におけるァ モルファス層 12が形成される深さを調整することが可能であり、 さらに照射する イオンの量を変えることによってこのアモルファス層 12の厚さも調整できるので 、 この薄板の厚さを調整することができる。 このように本実施例においては、 機 械加工によらずにルチル型結晶 T i 0 2の薄板を加工することができ、 これによ り機械加工では不可能であった 1 0 μ m以下程度のルチル型結晶 T i 0 2板を得 ることができるようになる。 また、 本実施例の微細加工方法の応用例として、 例えば、 図 7 ( a ) に示すよ うにルチル型結晶 T i 0 2板 21にマスク 22を施してまず表面側からアモルファス 化をもたらす条件で加速されたイオンを照射してアモルファス部 23 aを形成し、 続いて図 7 ( ) に示すよう内側にアモルファス化をもたらす条件で加速された イオンを照射してアモルファス部 23 bを形成し、 そして、 酸によるエッチングを 施すことによ り、 図 8に示すよ うな所望のパターンの第 1層 31と中空層 32と基盤 33との 3層構造からなるより複雑に微細加工された結晶 T i 0 2板 21を製造する ことが可能となる。 Therefore, by using the method of the present embodiment, by this by forming the amorphous layer 12 on the inner side of the rutile crystal T i 0 2 plate 11 as shown in FIG. 6 and the hollow layer 12 a , processing of dividing the rutile crystal T i 0 2 plate into upper and lower layers becomes possible, it can be obtained by Ri rutile crystal T i 0 2 of the sheet thereto. At this time, the depth at which the amorphous layer 12 is formed on the inside can be adjusted by changing the energy and ion species of the ions to be irradiated, and the amorphous layer can be adjusted by changing the amount of ions to be irradiated. Since the thickness of 12 can also be adjusted, the thickness of this thin plate can be adjusted. In this way, in the present embodiment, the machine regardless of the processing can be processed rutile crystal T i 0 2 of the sheet, the degree 1 0 mu m or less was not possible with Ri machined by the this It is possible to obtain a rutile-type crystal T i 0 2 plate of Further, as an application of the fine processing method of the present embodiment, for example, under conditions that result in amorphization from first surface side is subjected to mask 22 in FIG. 7 urchin by shown in (a) rutile type crystal T i 0 2 plate 21 Irradiated with accelerated ions to form an amorphous portion 23a, and then irradiated with accelerated ions under the condition of causing amorphization inside, as shown in FIG. 7 (), to form an amorphous portion 23b, and By performing etching with an acid, a more complicated and finely processed crystal T i 0 having a three-layer structure of a first layer 31, a hollow layer 32, and a substrate 33 having a desired pattern as shown in FIG. The two plates 21 can be manufactured.
以上詳述したとおり、 本発明の第 2実施例による結晶 T i 0 2の微細加工方法 は、 結晶 T i 0 2に加速したイオンを照射して前記イオンが照射された部分を溶 液に可溶と し、 該イオンが照射された部分を除去することにより、 前記結晶 T i 0 2を加工する方法において、 イオンをその電子阻止能 (E S P ) が結晶 T i O 2の表面より も結晶 T i 0 2内に進入して内側部分で高くなり、 該内側部分で前 記結晶 T i o 2が溶液に可溶となるように設定して照射する方法であるので、 中 空状や薄板状の結晶 T i O 2の微細加工が可能となり、 薄板の厚さを 1 0 μ ιη以 下にすることが可能となる。 Or as detailed, crystalline T i 0 2 microfabrication method according to the second embodiment of the present invention, allowed the ions by irradiating ions accelerated crystal T i 0 2 is irradiated portion soluble liquid and soluble by removing a portion of said ions are irradiated, the crystalline T i 0 a method of processing 2, crystalline than the electronic stopping power (ESP) crystal T i O 2 of surface ions T higher becomes the inside portion enters the i 0 2, the inner portion in the previous SL crystalline T io 2 is because it is a method of irradiating set to be soluble in the solution, the middle air-like or thin plate-like The crystal TiO 2 can be finely processed, and the thickness of the thin plate can be reduced to 10 μιη or less.
なお、 本実施例においては、 加速されたイオンは直進性を有するので、 前述し た第 1実施例のように所望のパターンを持つマスクを介してイオンを照射するこ とによりルチル型結晶 T i O 2内部にマスクと同等のパターンを形成することも 可能である。 また、 前述した第 1実施例と同様にイオン注入後のエッチングはフ ッ酸ではなく、 硫酸などの酸も用いることができ、 さらに結晶 T i O 2はルチル 型のみならず、 アナターゼ型の結晶 T i 0 2でも同様の効果が期待できることに ついてはいうまでもない。 In the present embodiment, since the accelerated ions have rectilinearity, by irradiating the ions through a mask having a desired pattern as in the first embodiment described above, the rutile-type crystal Ti It is also possible to form a pattern equivalent to a mask inside O 2 . Further, similarly to the first embodiment described above, the etching after ion implantation can be performed not with hydrofluoric acid but with an acid such as sulfuric acid. Further, the crystal TiO 2 is not only a rutile type but also an anatase type. T i 0 2 even the same effect can for needless to say that you can expect.
続いて、 本発明の第 3実施例による結晶 T i 0 2の微細加工方法について説明 する。 本実施例は、 前述した第 1実施例及び第 2実施例において、 ルチル型結晶 T i O 2にイオンを照射した後、 エッチングを行うことなく熱処理を施す方法で める。 Next, a description of a third crystal T i 0 2 microfabrication method according to an embodiment of the present invention. This embodiment is based on the method of the first and second embodiments described above, in which the rutile-type crystal TiO 2 is irradiated with ions and then subjected to a heat treatment without etching.
具体的には、 図 9はルチル型結晶 T i 0 2に 1 2 O M e Vで加速した臭素ィォ ンを 1 X 1 0 1 4 c Hi - 2照射し、 その後空気中にて 3 0 0 °Cで 3 0分の熱処理を 03499 Specifically, FIG. 9 is a rutile type crystal T i 0 2 to 1 2 OM 1 bromine I O emissions were accelerated at e V X 1 0 1 4 c Hi - 2 was irradiated, 3 0 0 at subsequent air 30 minutes heat treatment at ° C 03499
12 した場合の X R Dスぺク トルを示しており、 同図から明らかなとおり、 熱処理前 には全く観測されなかったアナターゼ型を示すピークが観測され、 アナターゼ型 結晶 T i 0 2が形成されたことが確認された。 この時、 ルチル型を示すピークは 増加していないことから、 アモルファス部が熱処理によりアナターゼ型に変化し たといえる。 12 shows the XRD spectrum obtained when the heat treatment was performed.As is clear from the figure, a peak indicating an anatase type was not observed at all before the heat treatment, and an anatase type crystal Ti 0 2 was formed. It was confirmed that. At this time, since the peak indicating rutile type did not increase, it can be said that the amorphous part changed to anatase type by the heat treatment.
以上の結果よ りイオン照射によりルチル型結晶 T i O 2をアモルファス化した 後、 熱処理を行うことによりアナターゼ型結晶 T i o 2を形成できることがわか る。 ただし、 上述したよ うな本発明の第 3実施例の結晶 T i 0 2の微細加工方法 において、 熱処理を 9 0 0 °Cを超える温度で行う と、 アナターゼ型結晶 T i O 2 はルチル型結晶 T i 0 2に変わってしまうので、 熱処理は 9 0 0 °C以下で行う必 要がある。 After the rutile crystal T i O 2 was amorphous by O Ri ion irradiation above results, that young to be able to form an anatase type crystal T io 2 by heat treatment. However, in the crystal T i 0 2 microfabrication method of the third embodiment of the UNA present invention by the above-described, when heat-treated at a temperature in excess of 9 0 0 ° C, anatase T i O 2 rutile crystal since T i 0 2 in will change, the heat treatment it is necessary to perform the following 9 0 0 ° C.
このような性質を利用することにより、 図 1 0に示すように、 所望のパターン を持つマスク (図示せず) を施した後イオンを照射してルチル型結晶 T i o 2板 Aの表面にアモルファス化部 42を形成し、 その後に熱処理を行うことによ り、 ァ モルファス化した部分を再度結晶化すると、 アモルファス化部 42がアナターゼ型 結晶 T i 0 243となるので、 ルチル型結晶 T i O 241とアナターゼ型結晶 T i O 243とが混在した結晶 T i 0 2を形成することができる。 しかもアナターゼ型結 晶 T i O 243のパターンはマスクにより所望のパターンとすることができ、 しか も照射するイオンのエネルギーにより表面側にも内側にも形成できるので、 これ らを組み合わせることにより種々の態様で両結晶を混在させることができる。 また、 ルチル型とアナターゼ型の混在する結晶 T i o 2を形成する手法の変形 例として、 イオン照射部全体が完全にアモルファス化しない程度の少量のイオン を照射するこ とによ り、 ルチル型結晶 T i 0 2とアモルファス T i O 2が混在す る状況を形成した後に 9 0 0 °C以下で熱処理することにより、 ルチル型とアナタ ーゼ型とが混在した結晶 T i 0 2が形成できる。 さらには軽微にイオンを照射し た後エッチングして表面に凹凸を形成した後、 もう一度イオン照射し熱ァニーリ ングを施せば、 表面積の大きなアナターゼ型結晶 T i O 2もしくはアナタ一ゼ型 とルチル型の混在した結晶 T i 0 2を作製することも可能であり、 光学素子や光 触媒などの高効率化が望める。 以上詳述したとおり、 第 3実施例の結晶 T i 0 2の微細加工方法は、 ルチル型 結晶 T i 0 2に加速したイオンを照射した後、 9 0 0 °C以下の温度で加熱するこ とにより、 イオンが照射された部分をアナターゼ型結晶 T i 0 2とする方法であ るので、 ルチル型結晶 T i O 2とアナターゼ型結晶 T i 0 2とが混在した微細構 造とすることができる。 このようなルチル型とアナターゼ型の混在した結晶 T i 0 2により光触媒などの機能の向上が期待できる。 さらに、 大面積のアナターゼ 型結晶 T i O 2ないしはルチル型とアナターゼ型の混在させた結晶 T i o 2が作 製可能となり結晶 T i o 2の光学素子としての機能を向上させることができる。 By utilizing such properties, as shown in FIG. 10, a mask (not shown) having a desired pattern is applied, and then ions are irradiated to form an amorphous surface on the rutile crystal Tio 2 plate A. section 42 is formed, then Ri by the heat treatment is performed, when re-crystallized moieties § amorphous reduction, since amorphous portion 42 is anatase T i 0 2 43, rutile crystal T i Crystal T i 0 2 in which O 2 41 and anatase crystal T i O 2 43 are mixed can be formed. In addition, the pattern of the anatase crystal TiO 2 43 can be made into a desired pattern by using a mask, and it can be formed on the surface side or inside by the energy of the ions to be irradiated. Both crystals can be mixed in the embodiment described above. Further, as a modified example of the method of forming a crystalline T io 2 with mixed rutile and anatase, Ri FOR A FULL irradiation a small amount of ions to the extent that the entire ion irradiation unit is not completely amorphous, rutile crystals by T i 0 2 and the amorphous T i O 2 is heat treated at 9 0 0 ° C or less after forming a situation you mixed crystal T i 0 2 in which the rutile type and anatase peptidase type mixed can be formed . After further forming an uneven surface by etching after the minor irradiated with ions, if Hodokose heat Aniri ring again ion irradiation, a large anatase T i O 2 or anatase one peptidase type and rutile-type surface area It is also possible to produce a crystal Ti 0 2 in which is mixed, and high efficiency of an optical element, a photocatalyst, and the like can be expected. Or as detailed, crystalline T i 0 2 microfabrication method of the third embodiment, after irradiation with ions accelerated to the rutile type crystal T i 0 2, child heated 9 0 0 ° C below the temperature Thus, the portion irradiated with ions is converted into an anatase crystal T i 0 2 , so that a microstructure in which rutile crystal T i O 2 and anatase crystal T i 0 2 are mixed is used. Can be. With such a mixed crystal of rutile type and anatase type T i 0 2 , improvement in functions such as photocatalyst can be expected. Furthermore, it is possible to improve the function of the anatase T i O 2 or rutile crystalline T io 2 you mix anatase becomes possible made work optical element of crystalline T io 2 large area.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 結晶 T i o 2に加速したイオンを照射して前記イオンが照射された部分を溶 液に可溶とし、 該イオンが照射された部分を除去することにより、 前記結晶 T i 0 2を加工することを特徴とする結晶 T i 0 2の微細加工方法。 1. By irradiating ions accelerated crystal T io 2 and soluble portions in which the ions are irradiated to the solvent liquid, by removing a portion of said ions are irradiated, processing the crystalline T i 0 2 A microfabrication method for crystal T i 0 2 , wherein
2 . 前記イオンを前記結晶 T i O 2の表面側から溶液に可溶となるように設定し て照射することを特徴とする請求項 1記載の結晶 T i o 2の微細加工方法。 2. Crystal T io 2 fine processing method according to claim 1, wherein the irradiation by setting the ion so soluble in the solution from the surface side of the crystal T i O 2.
3 . 前記イオンをその電子阻止能が結晶 T i O 2の表面より も結晶 T i 0 2内に 進入して内側部分で高くなり、 該内側部分で前記結晶 T i o 2が溶液に可溶とな るように設定して照射することを特徴とする請求項 1記載の結晶 T i o 2の微細 加工方法。 3. The electronic stopping power of the ion increases in the inner part enters the crystal T i 0 in 2 than the surface of the crystal T i O 2, and soluble in the crystal T io 2 is solution in the inner part 2. The method according to claim 1, wherein the irradiation is performed under the following conditions.
4 . 前記イオンが原子番号 1 0以上の原子のイオンであることを特徴とする請求 項 2記載の結晶 T i O 2の微細加工方法。 4. Crystal T i O 2 of the micro-machining method of claim 2, wherein said ion is an ion of atomic number 1 0 or more atoms.
5 . 前記イオンが原子番号 1 0以上の原子のイオンであることを特徴とする請求 項 3記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 5. Crystal T i 0 2 fine processing method according to claim 3, wherein said ion is an ion of atomic number 1 0 or more atoms.
6 . 前記結晶 T i 0 2がルチル型の結晶構造を有することを特徴とする請求項 2 記載の結晶 T i o 2の微細加工方法。 6. The crystalline T i 0 2 crystal T io 2 microfabrication method according to claim 2, characterized by having a rutile crystal structure.
7 . 前記結晶 T i 0 2がルチル型の結晶構造を有することを特徴とする請求項 3 記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 7. The crystalline T i 0 2 crystals T i 0 2 microfabrication method according to claim 3, characterized by having a rutile crystal structure.
8 . 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介して結晶 T i O 2に照射するこ とにより、 前記マスクの形状を結晶 T i o 2表面に形成することを特徴とする請 求項 2記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 8. By the child irradiating the crystal T i O 2 through the ion mask having a desired shape,請Motomeko 2, wherein the forming a shape of the mask on the crystal T io 2 surface The microfabrication method of the crystal Ti 0 2
9 . 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介して結晶 T i O 2に照射するこ とにより、 前記マスクの形状を結晶 T i o 2内側部分に形成することを特徴とす る請求項 3記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 9. By the child irradiating the crystal T i O 2 through the ion mask having a desired shape, according to claim 3 the shape of the mask you and forming a crystalline T io 2 inner part crystal T i 0 2 microfabrication methods described.
1 0 . 前記イオンが照射された部分を溶かす溶液が酸であることを特徴とする請 求項 2記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 1 0. Crystal T i 0 2 microfabrication methods請Motomeko 2, wherein a solution dissolving a portion in which the ions are irradiated is an acid.
1 1 . 前記イオンが照射された部分を溶かす溶液が酸であることを特徴とする請 求項 3記載の結晶 T i 0 2の微細加工方法。 1 1.請Motomeko 3 crystal T i 0 2 microfabrication method, wherein said ion is a solution acid to dissolve the portion irradiated.
1 2. ルチル型結晶 T i 02に加速したイオンを照射した後、 9 0 0 °C以下の温 度で加熱することにより、 イオンが照射された部分をアナターゼ型結晶 T i o2 とすることを特徴とする結晶 T i 02の微細加工方法。 1 2. Irradiate the accelerated ions on the rutile crystal T i 0 2 and then heat it at 900 ° C or less to convert the ion-irradiated portion to an anatase crystal T io 2 A micromachining method for a crystal T i 0 2 , characterized by the following.
1 3. 前記イオンが原子番号 1 0以上のイオンであることを特徴とする請求項 1 2記載の結晶 T i 02の微細加工方法。 1 3. crystals T i 0 2 fine processing method according to claim 1 2, wherein said ion is an atomic number 1 0 or more ions.
1 4. 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介してルチル型結晶 T i 02に 照射することにより、 前記マスク以外の部分にのみアナターゼ型結晶 T i 02を 形成することを特徴とする請求項 1 2記載の結晶 T i O 2の微細加工方法。 1 4. Irradiating the ions to the rutile-type crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, thereby forming an anatase-type crystal T i 0 2 only in a portion other than the mask. crystal T i O 2 of the micro-machining method of claim 1 2 wherein.
1 5. 前記結晶 T i 02が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 2 記載の結晶 T i 02の微細加工方法。 1 5. The crystalline T i 0 2 crystals T i 0 2 fine processing method according to claim 2, wherein it is a single crystal or polycrystalline.
1 6. 前記結晶 T i 02が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 3 記載の結晶 T i 02の微細加工方法。 1 6. The crystalline T i 0 2 crystals T i 0 2 fine processing method according to claim 3, wherein it is a single crystal or polycrystalline.
1 7. 前記結晶 T i 02が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 1 2記載の結晶 T i 02の微細加工方法。 1 7. The crystalline T i 0 2 crystals T i 0 2 fine processing method according to claim 1 2, wherein it is a single crystal or polycrystalline.
1 8. 加速したイオンを照射して前記イオンが照射された部分を溶液に可溶とし 該イオンが照射された部分を除去したことを特徴とする微細加工された結晶 T i o2o 1 8. A micro-processed crystal T io 2o characterized by irradiating accelerated ions to make the irradiated portion soluble in a solution and removing the irradiated portion.
1 9. 前記イオンを前記結晶 T i O 2の表面から溶液に可溶となるように設定し て照射し、 表面側から除去したことを特徴とする請求項 1 8記載の微細加工され た結晶 T i O 21 9. irradiated by setting the ion so soluble in the solution from the crystalline T i O 2 of the surface, a microfabricated according to claim 1 8, wherein the removal from the surface side crystal T i O 2 .
2 0. 前記イオンをその電子阻止能が結晶 T i O 2の表面より も結晶 T i O 2内 に進入して内側部分で高くなり、 該内側部分で前記結晶 T i 02が溶液に可溶と なるように設定して照射して、 表面より内側部分を除去したことを特徴とする請 求項 1 8記載の微細加工された結晶 T i 022 0. the electronic stopping power of the ion increases in the inner part enters into the crystal T i O 2 than the surface of the crystal T i O 2, soluble in the crystal T i 0 2 a solution in the inner part by irradiating set to be a solvent, characterized in that the inner part has been removed from the surface請Motomeko 1 8 microfabricated crystal T i 0 2 according.
2 1. 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介して結晶 T i 02に照射する ことにより、 前記マスクの形状を結晶 T i 02表面に形成したことを特徴とする 請求項 1 9記載の微細加工された結晶 T i 022 1. By irradiating the ion in the crystal T i 0 2 through a mask having a desired shape, according to claim 1 9, characterized in that the shape of the mask is formed on the crystal T i 0 2 surface The described micromachined crystal T i 0 2 .
2 2. 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介して結晶 T i 02に照射する ことにより、 前記マスクの形状を結晶 T i 02内側部分に形成したことを特徴と する請求項 2 0記載の微細加工された結晶 T i 022 2. By irradiating the ions to the crystal Ti 0 2 through a mask having a desired shape, the shape of the mask is formed inside the crystal Ti 0 2. 22. The micromachined crystal T i 02 according to claim 20 .
2 3. ルチル型結晶 T i 02に加速したイオンを照射した後、 9 0 CTC以下の温 度で加熱することにより、 イオンが照射された部分をアナターゼ型結晶 T i o2 としたことを特徴とする微細加工された結晶 T i 022 3. After irradiation with accelerated ions in the rutile crystal T i 0 2, 9 0 by heating in the following temperature CTC, characterized in that the portion of ions is irradiated with the anatase T io 2 The micromachined crystal T i 0 2 .
2 4. 前記イオンを所望の形状を持ったマスクを介してルチル型結晶 T i 02に 照射することにより、 前記マスク以外の部分にのみアナターゼ型結晶 T i 02を 形成したことを特徴とする請求項 2 3記載の微細加工された結晶 T i 020 2 5. 前記結晶 T i 02が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 1 9記載の微細加工された結晶 T i O 20 ' 2 4. By irradiating the rutile crystal T i 0 2 through a mask the ions having a desired shape, and characterized in that the formation of the anatase T i 0 2 only in a portion other than the mask The micro-processed crystal T i 0 according to claim 19, wherein the crystal T i 0 2 is a single crystal or a polycrystal. i O 20 '
2 6. 前記結晶 T i O 2が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 2 0記載の微細加工された結晶 T i 022 6. The crystalline T i O 2 is claim 2 0 microfabricated crystal T i 0 2 according which is a single crystal or polycrystalline.
2 7. 前記結晶 T i O 2が単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項 2 3記載の微細加工された結晶 T i O 20 27. The micro-processed crystal T i O 20 according to claim 23, wherein the crystal T i O 2 is a single crystal or a polycrystal.
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