(57)【要約】【課題】接合面において反応層を薄くしたり、十分な接合を得たりすることの可能な機能材料の製造方法およびその製造方法によって製造された機能材料を提供する。【解決手段】互いに接触もしくは接合された固体材料２１，２２（図１には図示されていない）からなる試料２０をロータ１０の内部空間１０Ｂ内に配置（固定）する。このとき、比重相当量（原子量／原子容）の相対的に大きな固体材料を重力方向側に配置する。次に、固体材料２１，２２の温度が、固体材料２１，２２が固相状態を保つことの可能な温度以下となるように試料２０を加熱する。その状態で、ロータ１０を高速に回転駆動し、１万ｇ以上の遠心力を試料２０に対して印加する。【選択図】図１
2010245090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料からなる第１材料と、前記第１材料とは異なる固体材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させると共に、前記第１材料の、原子の比重に相当する第１比重相当量（原子量／原子容）が、前記第２材料の、原子の比重に相当する第２比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、前記第２材料との関係で、前記第１材料を重力方向側に配置し、前記第１比重相当量が前記第２比重相当量よりも小さい場合には、前記第１材料との関係で、前記第２材料を重力方向側に配置したのち、前記第１材料および前記第２材料に対して、前記第１材料のうち前記第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかける高重力場処理を行う
ことを特徴とする機能材料の製造方法。
【請求項２】
第１不純物を含む固体材料からなる第１材料と、前記第１材料とは異なる固体材料に前記第１不純物とは異なる第２不純物を含む材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させると共に、前記第１不純物の、原子の比重に相当する第３比重相当量（原子量／原子容）が、前記第２不純物の、原子の比重に相当する第４比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、前記第２材料との関係で、前記第１材料を重力方向側に配置し、前記第３比重相当量が前記第４比重相当量よりも小さい場合には、前記第１材料との関係で、前記第２材料を重力方向側に配置したのち、前記第１材料および前記第２材料に対して、前記第１材料のうち前記第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかける高重力場処理を行う
ことを特徴とする機能材料の製造方法。
【請求項３】
前記第１材料および前記第２材料を接触させた状態で前記高重力場処理を行うことにより、前記第１材料および前記第２材料を接合する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項４】
前記高重力場処理を行うことにより、前記第１材料および前記第２材料の双方の内部で重力誘起の拡散を起こさせ、この重力誘起の拡散によって濃度差による拡散を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項５】
前記第１材料および前記第２材料は、これらの接合面に反応層を有し、
前記第１材料および前記第２材料を接合させた状態で前記高重力場処理を行うことにより、前記反応層の厚さを薄くする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項６】
前記高重力場処理により、前記反応層をトンネル効果の生じる厚さにする
ことを特徴とする請求項５に記載の機能材料の製造方法。
【請求項７】
前記第１材料とは異なる第３材料を前記第１材料に接合させた状態で、もしくは、前記第２材料とは異なる第４材料を前記第２材料に接合させた状態で高重力場処理を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項８】
前記高重力場処理により、前記第１材料と前記第３材料との接合面もしくは前記第２材料と前記第３材料との接合面に存在する反応層を厚くする
ことを特徴とする請求項７に記載の機能材料の製造方法。
【請求項９】
前記第１材料および前記第２材料の少なくとも一方は、超伝導体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１０】
前記第１材料および前記第２材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＴｅもしくはＣの単体であるか、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＩｎＮＡｓもしくはＧａＮを主に含むＩＩＩ−Ｖ族半導体であるか、またはＺｎＯ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅもしくはＺｅＳｅを主に含むＩＩ−ＶＩ族半導体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１１】
前記第１材料および前記第２材料は、全率固溶型ビスマス（Ｂｉ）−アンチモン（Ｓｂ）合金、カドミウム（Ｃｄ）−アンチモン系金属間化合物、ビスマス−テルル（Ｔｅ）系半導体化合物（Ｂｉ2Ｔｅ3）、または全率固溶型セレン（Ｓｅ）−テルル系半導体固溶体、またはクッテルダイト型化合物である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１２】
前記第１材料および前記第２材料は、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕや、アルメル、クロメル、コンスタンタンなどの合金である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１３】
前記高重力場処理において、前記第１材料および前記第２材料の融点温度未満の温度に設定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１４】
前記高重力場処理において、前記第１材料および前記第２材料の再結晶温度未満の温度に設定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１５】
前記高重力場処理において、前記第１材料および前記第２材料に対して加熱または冷却を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能材料の製造方法。
【請求項１６】
薄膜状、板状もしくはバルク状の機能材料であって、
前記機能材料は、
固体材料からなる第１材料と、前記第１材料とは異なる固体材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させると共に、前記第１材料の、原子の比重に相当する第１比重相当量（原子量／原子容）が、前記第２材料の、原子の比重に相当する第２比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、前記第２材料との関係で、前記第１材料を重力方向側に配置し、前記第１比重相当量が前記第２比重相当量よりも小さい場合には、前記第１材料との関係で、前記第２材料を重力方向側に配置したのち、前記第１材料および前記第２材料に対して、前記第１材料のうち前記第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかけることにより形成されたものである
ことを特徴とする機能材料。
【請求項１７】
薄膜状、板状もしくはバルク状の機能材料であって、
前記機能材料は、
第１不純物を含む固体材料からなる第１材料と、前記第１材料とは異なる固体材料に前記第１不純物とは異なる第２不純物を含む材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させると共に、前記第１不純物の、原子の比重に相当する第３比重相当量（原子量／原子容）が、前記第２不純物の、原子の比重に相当する第４比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、前記第２材料との関係で、前記第１材料を重力方向側に配置し、前記第３比重相当量が前記第４比重相当量よりも小さい場合には、前記第１材料との関係で、前記第２材料を重力方向側に配置したのち、前記第１材料および前記第２材料に対して、前記第１材料のうち前記第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかけることにより形成されたものである
ことを特徴とする機能材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類以上の固体材料に対して高重力場処理を施すことにより形成された機能材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
接合にはｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ヘテロ接合、ショットキー接合、ＭＯＳ接合などがある。ｐｎ接合とはｐ型半導体とｎ型半導体との接合のことであり、ｐｉｎ接合とはｐ型半導体、真性半導体およびｎ型半導体の接合のことである。ヘテロ接合とはバンドギャップの異なる半導体同士の接合のことであり、ショットキー接合とは金属と半導体との接合のことであり、ＭＯＳ接合とは金属、絶縁体および半導体の接合のことである。
【０００３】
ダイオードやトランジスタは、ｎ型およびｐ型の半導体をエピタキシャル成長や面接合したり点接合させたりして製造される。このとき、ダイオードやトランジスタの種類によって、反応層の幅が異なり、性能に関わってくる。なお、ここでの反応層とは、ｎ型半導体とｐ型半導体との境界（接合面）に存在する層であり、例えば、ｎ型不純物の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところと、ｐ型不純物の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところとの間に存在する層である。
【０００４】
ダイオードやトランジスタにおいて、ｎ型およびｐ型の半導体を製造するに際には、拡散処理によって接合面を形成させる。しかし、その接合面の形成には、十分な時間と温度が必要であり、接合面の形成に伴って形成される反応層の厚みが大きくなる。
【０００５】
多量の不純物をドープしたｐｎ接合では、ｎ型半導体のフェルミレベルに対し、ｐ型半導体のフェルミレベルが非常に高くなり、接合部に生じる電位障壁の高さが非常に大きくなり、拡散電位差も大きくなり、空乏層中の禁止帯の幅が極めて薄くなる。それによって、電子がトンネル効果に寄って禁止帯中を通り抜けるようになり、トンネル（江崎）ダイオードの性質を示す。トンネル効果を示すものとしては、ＭＯＳ接合、ｐｉｎ接合などがある。
【０００６】
半導体材料としては、単体ではＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃなどがある。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体としてはＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮなどがあり、ＩＩ−ＶＩ族半導体としてはＺｎＯ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅなどがある。
【０００７】
有機物半導体としては、低分子ではテチラセン、ペンタセンなどのアセン族、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類、ペリシン誘導体などのジアミン誘導体がある。高分子では、ポリ（３−アルキルチオフェン）などポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミンなどが挙げられる。
【０００８】
ジョセフソン素子はジョセフソン効果（Josephson Effect）を用いた電子素子である（特許文献１参照）。ジョセフソン効果は、弱く結合した２つの超伝導体の間に、超伝導電子対のトンネル効果によって超伝導電流が流れる現象である。波動関数の位相というミクロな量をマクロに観測できるという点で、超伝導の特徴を最も端的に示す現象と言うことができる。超伝導量子干渉計（SQUID）のようなジョセフソン効果による量子力学回路の重要な実用例もある。弱結合の種類としては、トンネル接合、サブミクロンサイズのブリッジ、ポイントコンタクト等がある。また、トンネル障壁としては厚さ２ｎｍ程度の絶縁体、厚さ１０ｎｍ程度の常伝導金属あるいは半導体等が使われる。弱結合を介して流れる超伝導電流をジョセフソン電流、ジョセフソン効果を示すトンネル接合をジョセフソン接合と呼ぶ。電子デバイスとして扱われる場合はジョセフソン素子と呼ばれる。
【０００９】
ゼーベック効果を用いる熱電対や熱電変換素子は、異なった熱電能素子を接合して製造される。ペルチャー効果を用いる冷却素子も、異なった熱電能素子を接合して製造される。
【００１０】
熱電対では、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕや、アルメル、クロメル、コンスタンタンなどの合金が用いられる。熱電変換素子やペルチャー素子においては、熱電対と同様の材料の他に、Ｂｉ−Ｓｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金、Ｓｅ−Ｔｅ合金、Ｃｄ−Ｓｂ金属間化合物、Ｂｉ−Ｔｅ金属間化合物、Ｓｅ−Ｔｅ固溶体、またはＭxＣｏ4Ｓｂ12(Ｍ＝Ｇｅ、ＳｂまたはＰｂ)などのクッテルダイト型化合物が用いられる。また、これらの材料に不純物をドープしたり、これらの材料の組成を変化させたりすることにより特性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１６８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来、接合型ダイオードや接合型トランジスタの半導体同士の接合面や電極との接合面では、ある幅以上の反応層の形成が避けられず、理想的なダイオードやトランジスタの機能から外れてしまうことがあった。
【００１３】
従来、半導体レーザや発光ダイオードでは、半導体同士の接合面や電極との接合面において、ある幅以上の反応層の形成が避けられない。そのため、理想的な界面や井戸型ポテンシャルが形成できず、理想的な半導体レーザや発光ダイオードの機能から外れてしまうことがあった。
【００１４】
接合界面において反応層が厚い場合には、トンネル効果が起こりにくくなり、理想的なトンネルダイオードやジョセフソン素子の機能から外れてしまうことがあった。理想的なトンネル効果を必要とするものとしては、ＭＯＳ接合、ｐｉｎ接合などがある。
【００１５】
熱電能素子では、半導体と金属との接合面や電極の接合面において、ある幅以上の反応層の形成が避けられず、理想的な熱電能の機能から外れてしまうことがあった。熱電対では、金属の接合面において、ある幅以上の反応層の形成が避けられず、理想的な熱電対の機能から外れてしまうことがあった。ジョセフソン素子では、超伝導体同士や電極との接合面において、ある幅以上の反応層の形成が避けられず、理想的なジョセフソン素子の機能から外れてしまうことがあった。
【００１６】
また、接合は蒸着やエピタキシャルの他、特にバルク素子では熱拡散が用いられるが、条件によって接合が不十分な場合があった。
【００１７】
このように、従来では、接合面において反応層が厚くなったり、接合が不十分になったりしてしまい、所望の機能を得ることができない場合があった。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合面において反応層を薄くしたり、十分な接合を得たりすることの可能な機能材料の製造方法およびその製造方法によって製造された機能材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の機能材料の製造方法は、固体材料からなる第１材料と、第１材料とは異なる固体材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させた状態で、第１材料および第２材料に対して、第１材料のうち第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかける高重力場処理を行うものである。ここで、第１材料の、原子の比重に相当する第１比重相当量（原子量／原子容）が、第２材料の、原子の比重に相当する第２比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、第２材料との関係で、第１材料を重力方向側に配置した上で、高重力場処理を行う。また、第１比重相当量が第２比重相当量よりも小さい場合には、第１材料との関係で、第２材料を重力方向側に配置した上で、高重力場処理を行う。
【００２０】
本発明の第１の機能材料は、薄膜状、板状もしくはバルク状の機能材料である。この機能材料は、上述の第１の機能材料の製造方法によって形成されたものである。
【００２１】
本発明の第１の機能材料およびその製造方法では、第１比重相当量が第２比重相当量よりも大きい場合には第１材料を第２材料よりも重力方向側に配置し、第１比重相当量が第２比重相当量よりも小さい場合には第２材料を第１材料よりも重力方向側に配置した上で、高重力場処理が行われる。これにより、第１材料および第２材料を接触させた状態で高重力場処理が行われた場合には、重力方向とは反対側に配置された材料が重力によって発生する圧力により、重力方向側に配置された材料に押し付けられ、第１材料および第２材料が接触面において接合される。また、第１材料および第２材料を接合させた状態で高重力場処理が行われた場合には、接合面において重力誘起の拡散が生じるので、比重相当量（原子量／原子容）の大きな原子が重力方向に拡散し、比重相当量（原子量／原子容）の小さな原子が重力方向とは反対方向に拡散する。これにより、熱拡散で拡散した原子が重力誘起の拡散によって引き戻されたり、熱拡散と重力誘起の拡散とが拮抗したりする。その結果、熱拡散が抑制または阻止されるので、接合面で原子の濃度勾配が急峻になる。重力誘起の拡散速度が、少なくとも同一温度条件下において熱拡散の速度よりも速い場合には、接合面で原子の濃度勾配がより急峻になる。つまり、高重力場処理により、濃度差による拡散が抑制される。
【００２２】
本発明の第２の機能材料の製造方法は、第１不純物を含む固体材料からなる第１材料と、第１材料とは異なる固体材料に第１不純物とは異なる第２不純物を含む材料からなる第２材料とを互いに接触もしくは接合させた状態で、第１材料および第２材料に対して、第１材料のうち第２材料との接触面もしくは接合面と交差する方向に高重力をかける高重力場処理を行うものである。ここで、第１不純物の、原子の比重に相当する第３比重相当量（原子量／原子容）が、第２不純物の、原子の比重に相当する第４比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、第２材料との関係で、第１材料を重力方向側に配置した上で、高重力場処理を行う。また、第３比重相当量が第４比重相当量よりも小さい場合には、第１材料との関係で、第２材料を重力方向側に配置した上で、高重力場処理を行う。なお、第１不純物は、例えば、ｎ型不純物またはｐ型不純物であり、第２不純物は、例えば、第１不純物と異なる導電型の不純物である。
【００２３】
本発明の第２の機能材料は、薄膜状、板状もしくはバルク状の機能材料である。この機能材料は、上述の第２の機能材料の製造方法によって形成されたものである。
【００２４】
本発明の第２の機能材料およびその製造方法では、第３比重相当量が第４比重相当量よりも大きい場合には第１材料を第２材料よりも重力方向側に配置し、第３比重相当量が第４比重相当量よりも小さい場合には第２材料を第１材料よりも重力方向側に配置した上で、高重力場処理が行われる。これにより、第１材料および第２材料を接触させた状態で高重力場処理が行われた場合には、重力方向とは反対側に配置された材料が重力によって発生する圧力により、重力方向側に配置された材料に押し付けられ、第１材料および第２材料が接触面において接合される。また、第１材料および第２材料を接合させた状態で高重力場処理が行われた場合には、接合面において重力誘起の拡散が生じるので、比重相当量（原子量／原子容）の大きな原子が重力方向に拡散し、比重相当量（原子量／原子容）の小さな原子が重力方向とは反対方向に拡散する。これにより、熱拡散で拡散した原子が重力誘起の拡散によって引き戻されたり、熱拡散と重力誘起の拡散とが拮抗したりする。その結果、熱拡散が抑制または阻止されるので、接合面で不純物の濃度勾配が急峻になる。重力誘起の拡散速度が、少なくとも同一温度条件下において熱拡散の速度よりも速い場合には、接合面で不純物の濃度勾配がより急峻になる。つまり、高重力場処理により、濃度差による拡散が抑制される。
【００２５】
上述した第１および第２の機能材料およびそれらの製造方法において、「接合」には、例えば、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ヘテロ接合、ショットキー接合、ＭＯＳ接合などが含まれる。なお、以下で言及する「接合」についても同様のものが含まれる。ｐｎ接合とはｐ型半導体とｎ型半導体との接合のことであり、ｐｉｎ接合とはｐ型半導体、真性半導体およびｎ型半導体の接合のことである。ヘテロ接合とはバンドギャップの異なる半導体同士の接合のことであり、ショットキー接合とは金属と半導体との接合のことであり、ＭＯＳ接合とは金属、絶縁体および半導体の接合のことである。
【００２６】
上述した第１および第２の機能材料およびそれらの製造方法において、第１材料および前記第２材料として、以下に示したものを用いることが可能である。
【００２７】
例えば、第１材料および第２材料として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＴｅもしくはＣの単体を用いることが可能である。なお、Ｃの単体としては、例えば、ダイヤモンド、フラーレン、ナノチューブ、ナノオニオン、ナノホーンまたはグラファイトが含まれる。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体としてはＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮなどがある。ＩＩ−ＶＩ族半導体としてはＺｎＯ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅなどがある。第１材料および第２材料として、これらの材料を用いた場合には、上述した製造方法によって、例えば、接合型ダイオード、接合型トランジスタ、半導体レーザ、発光ダイオードなどの半導体デバイスを製造することが可能である。
【００２８】
また、第１材料および第２材料として、低分子材料、例えば、テチラセン、ペンタセンなどのアセン族、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類、ペリシン誘導体などのジアミン誘導体を用いることが可能である。また、第１材料および前記第２材料として、高分子材料、例えば、ポリ（３‐アルキルチオフェン）などポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミンなどを用いることが可能である。第１材料および第２材料として、これらの材料を用いた場合には、上述した製造方法によって、例えば、有機物半導体デバイスを製造することが可能である。
【００２９】
また、第１材料および第２材料の少なくとも一方の材料として、超伝導体を用いることが可能である。第１材料および第２材料の少なくとも一方の材料として、このような材料を用いた場合には、上述した製造方法によって、例えば、ジョセフソン素子を製造することが可能である。
【００３０】
また、第１材料および第２材料として、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕや、アルメル、クロメル、コンスタンタンなどの合金を用いることも可能である。第１材料および第２材料として、このような材料を用いた場合には、上述した製造方法によって、例えば、熱電対、熱電変換素子、ペルチャー素子を製造することが可能である。
【００３１】
また、第１材料および第２材料として、全率固溶型ビスマス（Ｂｉ）−アンチモン（Ｓｂ）合金、カドミウム（Ｃｄ）−アンチモン系金属間化合物、ビスマス−テルル（Ｔｅ）系半導体化合物（Ｂｉ2Ｔｅ3）、または全率固溶型セレン（Ｓｅ）−テルル系半導体固溶体、またはＭxＣｏ4Ｓｂ12(Ｍ＝Ｇｅ、ＳｂまたはＰｂ)などのクッテルダイト型化合物を用いることが可能である。第１材料および第２材料として、このような材料を用いた場合には、上述した製造方法によって、例えば、熱電変換素子やペルチャー素子を製造することが可能である。
【００３２】
また、上述した第１および第２の機能材料およびそれらの製造方法では、高重力場処理において、第１材料および第２材料が固相状態を保つことの可能な温度条件下で、少なくとも１万ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ2 ）以上の重力加速度を、第１材料および第２材料に対して印加することが好ましい。これにより、重力誘起の拡散を生じさせることが可能となるからである。また、上記重力加速度については、１０万ｇ以上であることがより好ましい。これにより、多くの種類の材料において、重力誘起の拡散を生じさせることができるようになるからである。
【００３３】
また、高重力場処理において、例えば、第１材料および第２材料を、一の軸を中心として高速回転することの可能なロータ内に設置したのち、ロータを高速回転させ、その高速回転によって発生する遠心力を重力として、第１材料および第２材料に対して印加することが可能である。このとき、ロータ内に、回転軸との関係で平行または所定の角度だけ傾いた平面を複数設け、各平面を、第１材料および第２材料を設置（固定）する設置面（固定面）として用いることも可能である。これにより、第１材料および第２材料に対して、その接触面もしくは接合面と直交もしくは交差する方向に容易に重力をかけることが可能となる。また、上記ロータ内に多くの第１材料および第２材料を設置（固定）することができるので、機能材料を一度に大量に生産することも可能である。
【００３４】
また、上記したようなロータを用いた場合には、高重力場処理において、接触加熱、輻射加熱またはレーザ加熱によって加熱されたロータを介して、第１材料および第２材料を加熱することも可能である。また、上記したようなロータを用いるか否かに拘わらず、高重力場処理において、接触加熱、輻射加熱またはレーザ加熱によって、第１材料および第２材料を直接、加熱することも可能である。
【００３５】
また、高重力場処理において、拡散係数を大きくする観点からは、第１材料および第２材料の温度が、第１材料および第２材料の再結晶温度以上であって、かつ第１材料および第２材料が固相状態を保つことの可能な温度以下の温度範囲内となっていることが好ましい。なお、界面のようなナノメートルレベルの拡散では、第１材料および第２材料の温度が、第１材料および第２材料の再結晶温度未満（例えば３００℃程度）であってもよい。また、第１材料および第２材料の温度は、第１材料および第２材料の再結晶温度に近い温度であってもよいし、第１材料および第２材料の融点温度に近い温度であってもよい。なお、再結晶温度は、通常、融点（ケルビン）の半分程度の温度である。
【００３６】
また、高重力場処理を行ったのち、第１材料および第２材料をアニールすることも可能である。アニールを行うことにより、第１材料および第２材料の結晶状態を改善させることができ、高機能材料の特性を向上させることができるからである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１および第２の機能材料およびそれらの製造方法によれば、第１材料および第２材料を所定の位置関係とした上で、これらに対して高重力場処理を行うようにした。ここで、第１材料および第２材料を接触させた状態で高重力場処理を行うようにした場合には、第１材料および第２材料が接触面において接合するので、十分な接合を得ることができる。また、常圧での拡散処理と比べて、処理時間を短くすることができ、さらに、低い温度で製造することもできる。一方、第１材料および第２材料を接合させた状態で高重力場処理を行うようにした場合には、熱拡散で拡散した原子もしくは不純物の濃度勾配が急峻となるので、接合面において反応層を薄くすることができる。
【００３８】
このように、本発明では、十分な接合を得ることができ、また、接合面において反応層を薄くすることができるので、所望の機能を容易かつ確実に得ることができる。接合界面で反応層が薄くなることにより、例えば、ツェナーダイオード、アバランシェダイオード、ｐｉｎダイオード、トンネルダイオード、ジョセフソン素子、ＭＯＳトランジスタなどの素子の理想的な機能を確実に得ることができる。その他にも、例えば、理想的な熱電能の機能や熱電対の機能を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る製造方法に用いられるロータの一構成例を表した断面図である。
【図２】図１の試料の一構成例を表した断面図である。
【図３】図１の試料の他の構成例を表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（２種類の材料に対して高重力場処理を行うケース）
２．変形例（３種類以上の材料に対して高重力場処理を行うケース）
【００４１】
＜実施の形態＞
図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る機能材料の製造方法に用いられる高重力場発生装置の断面構成の一例を表したものである。図１（Ｂ）は、図１の高重力場発生装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。
【００４２】
［高重力場発生装置］
まず、高重力場発生装置について説明する。この高重力場発生装置は、板状試料用に好適に適用可能なものであり、一の軸ＡＸを中心として長時間安定的に高速回転することの可能なロータ１０と、ロータ１０を、軸ＡＸを中心として高速回転させる駆動部（図示せず）とを備えている。ロータ１０は、軸ＡＸと直交する面内において軸ＡＸを中心として点対称の形状となっており、例えば、図１（Ａ）に示したような釣鐘状の形状となっている。ロータ１０の底面には、ロータ１０内に設けられた内部空間１０Ｂとロータ１０の外部空間とを連通する開口１０Ａが設けられている。内部空間１０Ｂは、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、軸ＡＸと平行な平坦面（設置面１０Ｃ）を複数有する多面体の側面によって囲まれている。この内部空間１０Ｂは、さらに、軸ＡＸと直交するかまたは設置面１０Ｃと鋭角で交差する平坦面を有する底面１０Ｄと、底面１０Ｄおよび開口１０Ａと所定の間隙を介して対向する上面１０Ｅとによって囲まれており、多角柱状の空間となっている。設置面１０Ｃは、試料２０を設置する面であり、ロータ１０を回転させた際に試料２０に対して印加される遠心力の向きを規定する役割を有している。また、底面１０Ｄは、試料２０を設置面１０Ｃに設置した際に、ロータ１０の停止時や回転時に、試料２０が設置面１０Ｃから脱落したり、滑って外部に飛び出したりするのを防ぐ役割を有している。従って、この高重力場発生装置は、内部空間１０Ｂの所定の位置に試料２０を設置（固定）し、ロータ１０を、軸ＡＸを中心軸として高速回転させることにより、試料２０に対して所定の方向（例えば、軸ＡＸと直交もしくは交差する方向）に遠心力を印加する機能を有している。なお、図１（Ａ）には、底面１０Ｄが軸ＡＸと直交する平坦面を有している場合が例示されているが、底面１０Ｄが設置面１０Ｃと鋭角で交差する平坦面を有していてもよい。また、例えば、底面１０Ｄに、試料２０が設置面１０Ｃから脱落したり、滑って飛び出したりするのを積極的に防止する突起などの構造物が設けられていてもよい。
【００４３】
この高重力場発生装置は、試料２０に対し、少なくとも１万ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ2 ）以上の重力加速度を印加することが可能であり、１０万ｇ、１００万ｇ程度の重力加速度を印加することも可能である。つまり、この高重力場発生装置は、多くの種類の材料において、後述の重力誘起の拡散を生じさせることができるようになっている。また、この高重力場発生装置は、図１（Ｂ）に示したように、ロータ１０の各設置面１０Ｃに試料２０を設置（固定）することができるので、機能材料を一度に大量に生産することも可能となっている。
【００４４】
また、この高重力場発生装置は、図示しないが、ロータ１０および試料２０の少なくとも一方を、回転時および非回転時のいずれの場合においても加熱（例えば、接触加熱、輻射加熱、レーザ加熱など）することの可能なヒータを備えている。ここで、ロータ１０自身がヒータによって直接、加熱されるようになっている場合には、ロータ１０は、ロータ１０の熱を試料２０に伝達することの可能な材料（例えば、インコネル（高温に強い材料）などの鉄鋼材料、Ｔｉ（チタン）−６Ａｌ（アルミニウム）−４Ｖ（バナジウム）合金など）によって構成されている。また、試料２０そのものがヒータによって直接、加熱されるようになっている場合には、ロータ１０は、ヒータから発せられたエネルギーが試料２０に直接、伝達されるような機構を備えている。なお、このロータ１０は、ヒータの他に、ロータ１０および試料２０の少なくとも一方を冷却するクーラなどを備えていてもよい。
【００４５】
［試料２０］
次に、試料２０について説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、ロータ１０内に置かれた試料２０の断面構成の一例を表したものである。なお、図２（Ａ），（Ｂ）には、試料２０が内部空間１０Ｂの側面（設置面１０Ｃ）と、底面１０Ｄとに接するように配置（固定）されている場合が例示されている。試料２０は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）示したように、材料の互いに異なる固体材料２１，２２を互いに接触もしくは接合させたものである。固体材料２１と固体材料２２との接触面２０Ａもしくは接合面２０Ｂは、ロータ１０の軸ＡＸと平行となっており、ロータ１０の回転面と直交している。
【００４６】
上述した「接合」には、例えば、ｐｎ接合、ヘテロ接合、ショットキー接合、ｐｉｎ接合に含まれるｐｉ接合またはｉｎ接合、ＭＯＳ接合に含まれるＭＯ接合またはＯＳ接合などが含まれる。ｐｎ接合とはｐ型不純物を含む半導体とｎ型不純物を含む半導体との接合のことであり、ヘテロ接合とはバンドギャップの異なる半導体同士の接合のことであり、ショットキー接合とは金属と半導体との接合のことである。ｐｉｎ接合とはｐ型半導体、真性半導体およびｎ型半導体の接合のことであり、ｐｉ接合とはｐ型半導体と真性半導体との接合のことであり、ｉｎ接合とは真性半導体とｎ型性半導体との接合のことである。ＭＯＳ接合とは金属、絶縁体および半導体の接合のことであり、ＭＯ接合とは金属と絶縁体との接合のことであり、ＯＳ接合とは絶縁体と半導体との接合のことである。
【００４７】
固体材料２１，２２は、固体材料２１，２２が互いに接触している場合には、重力によって発生する圧力によって接触面２０Ａにおいて接合されるものである。また、固体材料２１，２２は、固体材料２１，２２が互いに接合している場合には、重力誘起の拡散によって、接合面２０Ｂに存在する反応層（図示せず）の厚みが薄くされるものである。反応層とは、固体材料２１と固体材料２２との境界（接合面２０Ｂ）に存在する層である。
【００４８】
反応層とは、例えば、固体材料２１に含まれる原子の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところと、固体材料２２に含まれる原子の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところとの間に存在する層である。試料２０がｐｎ接合半導体からなる場合には、反応層とは、ｎ型不純物の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところと、ｐ型不純物の濃度勾配が急激に大きくなり始めるところとの間に存在する層である。
【００４９】
固体材料２１，２２は、薄膜状、板状もしくはバルク状となっている。固体材料２１，２２は、接合し得る材料もしくは重力誘起の拡散が生じ得る材料であればどのような材料であってもよく、例えば、半導体、共有結合化合物、イオン化合物、有機物、熱電能物質などによって構成されている。固体材料２１，２２は、例えば、単結晶、多結晶、アモルファス、高分子、ゼオライト、層間化合物、層状化合物などによって構成されている。固体材料２１，２２は、互いに共通する材料系であってもよいし、互いに異なる材料系であってもよい。
【００５０】
ここで、半導体としては、例えば、ＩＩＩ、ＩＶまたはＶ族の元素の単体や、ＩＩＩ−Ｖ族元素の合金、遷移元素化合物、窒化物、または遷移金属酸化物などがある。共有結合化合物やイオン化合物としては、例えば、銅酸化物超伝導体、酸化物巨大磁気抵抗物質などの強相関物質、ペロブスカイト酸化物、最近の鉄系酸化物超伝導体（ＬｎＯＭＰｎ（Ｌｎ＝ランタン系元素、Ｍ＝遷移金属、Ｐｎ＝Ｐ、ＡｓまたはＳｂ）系化合物）、スクッテルダイト型化合物などの価数が代わる不定比性化合物などがある。固体材料２１および固体材料２２の少なくとも一方の材料が超伝導体であってもよい。
【００５１】
半導体としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＴｅもしくはＣの単体が挙げられる。なお、Ｃの単体には、ダイヤモンドの他、フラーレン、ナノチューブ、ナノオニオン、ナノホーン、グラファイトなどが含まれるが、これらに不純物を入れると、特異な半導体特性や、超伝導特性、光触媒特性、電池などの機能を示すことが知られている。その他の半導体としては、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＩｎＮＡｓもしくはＧａＮを主に含むＩＩＩ−Ｖ族半導体や、ＺｎＯ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅもしくはＺｅＳｅを主に含むＩＩ−ＶＩ族半導体が挙げられる。固体材料２１，２２として、これらの材料を用いた場合に、これらの材料にｐ型不純物やｎ型不純物を入れてもよいし、入れなくてもよい。また、固体材料２１，２２として、これらの材料を用いた場合には、後述する製造方法によって、例えば、接合型ダイオード、接合型トランジスタ、半導体レーザ、発光ダイオードなどの半導体デバイスを製造することが可能である。
【００５２】
有機物半導体としては、低分子ではテチラセン、ペンタセンなどのアセン族、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類、ペリシン誘導体などのジアミン誘導体がある。高分子では、ポリ（３−アルキルチオフェン）などポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミンなどが挙げられる。固体材料２１，２２として、これらの材料を用いた場合には、後述する製造方法によって、例えば、有機物半導体デバイスを製造することが可能である。
【００５３】
熱電能物質では、不純物をドープしたり、組成を変化させたりすることにより特性を向上させることができる。熱電能材料としては、全率固溶型ビスマス（Ｂｉ）−アンチモン（Ｓｂ）合金、カドミウム（Ｃｄ）−アンチモン系金属間化合物、ビスマス−テルル（Ｔｅ）系半導体化合物（Ｂｉ2Ｔｅ3）、または全率固溶型セレン（Ｓｅ）−テルル系半導体固溶体などが挙げられる。例えば、セレン（Ｓｅ）の76Ｓｅ，78Ｓｅ，80Ｓｅおよび82Ｓｅ、テルル（Ｔｅ）の125Ｔｅ、126Ｔｅ、128Ｔｅおよび130Ｔｅ、シリコン（Ｓｉ）の28Ｓｉ、29Ｓｉおよび30Ｓｉなどが挙げられる。ＭxＣｏ4Ｓｂ12(Ｍ＝Ｇｅ、ＳｂまたはＰｂ)などのクッテルダイト型化合物も挙げられる。固体材料２１，２２として、これらの材料を用いた場合には、後述する製造方法によって、例えば、熱電変換素子やペルチャー素子を製造することが可能である。
【００５４】
また、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕや、アルメル、クロメル、コンスタンタンなどの合金を、固体材料２１，２２として用いることも可能である。この場合には、後述する製造方法によって、例えば、熱電対、熱電変換素子、ペルチャー素子を製造することが可能である。
【００５５】
ここで、固体材料２１の、原子の比重に相当する第１比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２の、原子の比重に相当する第２比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、例えば、図２（Ａ）に示したように、固体材料２２との関係で、固体材料２１が遠心力方向側（重力方向側）に配置されることが好ましい。また、第１比重相当量が第２比重相当量よりも小さい場合には、例えば、図２（Ｂ）に示したように、固体材料２１との関係で、固体材料２２が遠心力方向側（重力方向側）に配置されることが好ましい。そのようにした場合には、後に詳述するように、固体材料２１と固体材料２２との接触面２０Ａもしくは接合面２０Ｂに形成される反応層を薄くすることができる。また、例えば、固体材料２１，２２として上述の半導体が用いられ、かつ固体材料２１，２２に不純物（ｐ型不純物、ｎ型不純物）が含まれている場合には、以下のようにすることが好ましい。すなわち、固体材料２１に含まれる不純物（第１不純物）の、原子の比重に相当する第３比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２に含まれる不純物（第２不純物）の、原子の比重に相当する第４比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、例えば、図２（Ａ）に示したように、固体材料２２との関係で、固体材料２１が遠心力方向側（重力方向側）に配置されることが好ましい。また、第３比重相当量が第４比重相当量よりも小さい場合には、例えば、図２（Ｂ）に示したように、固体材料２１との関係で、固体材料２２が遠心力方向側（重力方向側）に配置されることが好ましい。そのようにした場合には、後に詳述するように、固体材料２１と固体材料２２との接触面２０Ａもしくは接合面２０Ｂに形成される反応層を薄くすることができる。
【００５６】
次に、試料２０の加工手順について説明する。以下では、固体材料２１が、比重相当量（上記の第１比重相当量）の大きな原子によって構成され、固体材料２２が、比重相当量（上記の第２比重相当量）の小さな原子によって構成されているものとする。なお、以下のことは、例えば、固体材料２１，２２として上述の半導体が用いられ、固体材料２１に比重相当量（上記の第３比重相当量）の大きな不純物（ｐ型不純物またはｎ型不純物）が含まれ、固体材料２２に比重相当量（上記の第４比重相当量）の小さな不純物（固体材料２１に含まれる不純物の導電型とは異なる導電型の不純物）が含まれている場合にも成り立つ。
【００５７】
まず、図２（Ａ）に示したように、固体材料２１が設置面１０Ｃ側（遠心力方向側）に、固体材料２２が設置面１０Ｃとは反対側（遠心力方向とは反対側）にそれぞれ配置されるように、試料２０をロータ１０の内部空間１０Ｂ内に配置（固定）する。
【００５８】
次に、ロータ１０を高速に回転駆動し、その高速回転によって発生する遠心力を重力として、試料２０に対して印加する。このとき、遠心力の方向は、試料２０の接触面２０Ａと交差（直交）する方向を向いている。また、重力加速度は、少なくとも１万ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ2 ）以上であることが必要であり、１０万ｇ以上であることが好ましい。
【００５９】
これにより、固体材料２１，２２を互いに接触させた状態で高重力場処理が行われた場合には、固体材料２２が重力によって発生する圧力により、固体材料２１に押し付けられ、固体材料２１，２２が接触面２０Ａにおいて接合される。
【００６０】
また、固体材料２１，２２を互いに接合させた状態で高重力場処理が行われた場合には、接合面２０Ｂにおいて重力誘起の拡散が生じる。これにより、比重相当量（原子量／原子容）の大きな原子（固体材料２１に含まれる原子もしくは不純物）が重力方向（つまり、固体材料２２から遠ざかる方向）に拡散する。一方、比重相当量（原子量／原子容）の小さな原子（固体材料２２に含まれる原子もしくは不純物）が重力方向とは反対方向（つまり、固体材料２１から遠ざかる方向）に拡散する。
【００６１】
ここで、重力誘起の拡散速度は、少なくとも同一温度条件下において熱拡散の速度よりも速い。これは、重力の大きさに比例して移動速度（ドリフト速度）が速くなったり、空孔が多数発生することによって拡散係数が大きくなったりするからである。また、高重力場下では、現在まだ解明されていないメカニズムによっても拡散が起こっているものと思われ、その影響によっても重力誘起の拡散速度が速くなっているものと思われる。これにより、熱拡散で拡散した原子が重力誘起の拡散によって引き戻されたり、熱拡散と重力誘起の拡散とが拮抗したりする。その結果、熱拡散が抑制または阻止されるので、接合面で原子の濃度勾配が急峻になる。重力誘起の拡散速度が、少なくとも同一温度条件下において熱拡散の速度よりも速い場合には、接合面で原子の濃度勾配がより急峻になる。つまり、高重力場処理により、濃度差による拡散が抑制される。
【００６２】
なお、上述の高重力場処理に伴って、試料２０を加熱または冷却することが好ましい。試料２０の加熱は、ヒータによる直接的な加熱であってもよいし、ヒータによって温められたロータ１０を介した間接的な加熱であってもよい。例えば、高重力場処理において、拡散係数を大きくする観点からは、固体材料２１，２２の温度が、固体材料２１，２２の再結晶温度以上であって、かつ固体材料２１，２２が固相状態を保つことの可能な温度以下の温度範囲内となるように、試料２０を加熱することが好ましい。なお、界面のようなナノメートルレベルの拡散では、固体材料２１，２２の温度が、固体材料２１，２２の再結晶温度未満（例えば３００℃程度）であってもよい。また、固体材料２１，２２の温度は、固体材料２１，２２の再結晶温度に近い温度であってもよいし、固体材料２１，２２の融点温度に近い温度であってもよい。なお、再結晶温度は、通常、融点（ケルビン）の半分程度の温度である。
【００６３】
なお、固体材料２１，２２として、厚さ２ｍｍ以下の単層もしくは多層構造の薄板材または薄膜材を用いてもよいし、厚さ１００μｍ以下の薄膜材を用いてもよい。また、固体材料２１として、バルク材（典型的には２ｍｍを超える厚さを有する材料）を用いることももちろん可能である。
【００６４】
ところで、上記の高重力場処理を行ったのち、必要に応じて、試料２０（固体材料２１，２２）をアニールすることが好ましい。アニールによって、固体材料２１，２２の結晶状態を改善させることができ、固体材料２１，２２の特性を向上させることができる。
【００６５】
［作用・効果］
このように、本実施の形態の機能材料の製造方法では、第１比重相当量が第２比重相当量よりも大きい場合には固体材料２１を固体材料２２よりも重力方向側に配置し、第１比重相当量が第２比重相当量よりも小さい場合には固体材料２２を固体材料２１よりも重力方向側に配置した上で、高重力場処理が行われる。または、第３比重相当量が第４比重相当量よりも大きい場合には固体材料２１を固体材料２２よりも重力方向側に配置し、第３比重相当量が第４比重相当量よりも小さい場合には固体材料２２を固体材料２１よりも重力方向側に配置した上で、高重力場処理が行われる。これにより、固体材料２１，２２を互いに接触させた状態で高重力場処理が行われた場合には、重力方向とは反対側に配置された材料が重力によって発生する圧力により、重力方向側に配置された材料に押し付けられ、固体材料２１，２２が接触面２０Ａにおいて接合される。その結果、接触面２０Ａにおいて十分な接合を得ることができ、接合面に反応層が形成される。また、常圧での拡散処理と比べて、処理時間を短くすることができ、さらに、低い温度で製造することもできる。
【００６６】
また、固体材料２１，２２を互いに接合させた状態で高重力場処理が行われた場合には、接合面２０Ｂにおいて重力誘起の拡散が生じるので、比重相当量（原子量／原子容）の大きな原子もしくは不純物が重力方向に拡散し、比重相当量（原子量／原子容）の小さな原子もしくは不純物が重力方向とは反対方向に拡散する。ここで、重力誘起の拡散速度は、少なくとも同一温度条件下において熱拡散の速度よりも速いことから、熱拡散で拡散した原子が重力誘起の拡散によって引き戻されたり、熱拡散と重力誘起の拡散とが拮抗したりする。これにより、熱拡散が抑制または阻止されるので、接合面において原子もしくは不純物の濃度勾配が急峻になる。その結果、接合面２０Ｂにおいて反応層を薄くしたり、なくしたりすることができる。例えば、接合面２０Ｂにおける反応層の厚さを１ｎｍ以下、１０ｎｍ以下または１００ｎｍ以下にすることが可能である。また、例えば、接合面２０Ｂにおける反応層の厚さを１原子層以上１０原子層以下としたり、トンネル効果の生じる厚さにしたりすることも可能である。
【００６７】
このように、本実施の形態では、接触面２０Ａにおいて十分な接合を得ることができ、また、接合面２０Ｂにおいて反応層を薄くしたり、なくしたりすることができるので、所望の機能を容易かつ確実に得ることができる。接合界面で反応層が薄くなることにより、例えば、ツェナーダイオード、アバランシェダイオード、ｐｉｎダイオード、トンネルダイオード、ジョセフソン素子、ＭＯＳトランジスタなどの素子の理想的な機能を確実に得ることができる。その他にも、例えば、理想的な熱電能の機能や熱電対の機能を確実に得ることができる。また、本実施の形態の製造方法では、反応層の厚さを、例えば、１原子層以上１０原子層以下とすることも可能であることから、新たな機能を素子に付与することも可能である。
【００６８】
以上のことから、本実施の形態では、従来の方法で製造可能な機能材料だけでなく、従来の方法では製造の困難であった機能材料をも製造することが可能である。
【００６９】
また、本実施の形態の製造方法において用いられた高重力場発生装置では、試料２０を設置する部位（設置面１０Ｃ）が平坦面となっている。そのため、円筒状の試料カプセルを用いた従来の装置よりも、大きな試料を処理することができ、また、一度に大量の試料を処理することが可能である。従って、この高重力場発生装置を用いることにより、高い生産性が得られ、また、生産コストを大幅に低減することができる。
【００７０】
＜変形例＞
上記実施の形態では、２種類の材料（固体材料２１，２２）を接触あるいは接合した上で、これらに対して高重力場処理を施していたが、３種類以上の材料を接触あるいは接合した上で、これらに対して高重力場処理を施してもよい。例えば、図３（Ａ）に示したように、固体材料２１とは異なる固体材料２３を重力方向側に配置すると共に固体材料２１に接触あるいは接合させた上で、２種類の材料（固体材料２１，２２）を接触あるいは接合したのち、これらに対して高重力場処理を施してもよい。
【００７１】
このとき、固体材料２３の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２１の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、固体材料２１と固体材料２３との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を薄くすることができる。逆に、固体材料２３の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２１の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも小さい場合には、固体材料２１と固体材料２３との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を厚くすることができる。例えば、反応層の厚さを１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１μｍ以上または１０μｍ以上に厚くすることが可能である。また、例えば、固体材料２１，２３として上述の半導体が用いられ、かつ固体材料２１，２３に不純物が含まれている場合には、以下のようにすることが可能である。すなわち、固体材料２３に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２１に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、固体材料２１と固体材料２３との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を薄くすることができる。逆に、固体材料２３に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２１に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも小さい場合には、固体材料２１と固体材料２３との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を厚くすることができる。例えば、反応層の厚さを１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１μｍ以上または１０μｍ以上に厚くすることが可能である。
【００７２】
また、例えば、図３（Ｂ）に示したように、固体材料２２とは異なる固体材料２４を重力方向とは反対側に配置すると共に固体材料２２に接触あるいは接合させた上で、２種類の材料（固体材料２１，２２）を接触あるいは接合したのち、これらに対して高重力場処理を施してもよい。
【００７３】
このとき、固体材料２４の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、固体材料２２と固体材料２４との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を厚くすることができる。例えば、反応層の厚さを１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１μｍ以上または１０μｍ以上に厚くすることが可能である。逆に、固体材料２４の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも小さい場合には、固体材料２２と固体材料２４との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を薄くすることができる。また、例えば、固体材料２２，２４として上述の半導体が用いられ、かつ固体材料２２，２４に不純物が含まれている場合には、以下のようにすることが可能である。すなわち、固体材料２４に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも大きい場合には、固体材料２２と固体材料２４との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を厚くすることができる。例えば、反応層の厚さを１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１μｍ以上または１０μｍ以上に厚くすることが可能である。逆に、固体材料２４に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）が、固体材料２２に含まれる不純物の、原子の比重に相当する比重相当量（原子量／原子容）よりも小さい場合には、固体材料２２と固体材料２４との接触面に形成される反応層あるいは接合面に形成されている反応層を薄くすることができる。
【００７４】
以上のように、３種類以上の材料を接触あるいは接合した上で、これらに対して高重力場処理を施した場合には、例えば、ＭＯＳ接合、ｐｉｎ接合、ｐｎｐ接合、ｎｐｎ接合、サイリスタなどを作製することが可能となる。また、高重力場処理により、固体材料２１と固体材料２２との接触面に反応層を形成したり、固体材料２１と固体材料２２との接合面に形成された反応層を薄くしたりする際に、固体材料２１と固体材料２３との接合面や、固体材料２２と固体材料２４との接合面に存在する反応層を厚くしたり、薄くしたりすることも可能である。
【００７５】
また、上記実施の形態では、ロータ１０の設置面１０Ｃが軸ＡＸ１（回転軸）と平行な平面となっていたが、軸ＡＸ１（回転軸）との関係で所定の角度だけ傾いた傾斜面となっていてもよい。また、上記実施の形態では、試料２０に対して高重力場処理を施すために、図１（Ａ）に示したようなロータ１０を用いたが、それ以外の装置（例えば、特開２００３−１０３１９９号公報や、特開平９−２９０１７８号公報などに記載されているような、従来から用いられている一般的な装置）を用いてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、ロータ１０の開口１０Ａが鉛直下側に向いている場合が例示されていたが、開口１０Ａが鉛直上側に向いていてもかまわないし、横に向いていてもかまわない。ただし、開口１０Ａが鉛直上側に向いている場合には、上記実施の形態における上面１０Ｅが底面として機能し、開口１０Ａが横に向いている場合には、上記実施の形態における側面（設置面１０Ｃ）が底面として機能する。
【符号の説明】
【００７７】
１０…ロータ、１０Ａ…開口、１０Ｂ…内部空間、１０Ｃ…設置面、１０Ｄ…底面、１０Ｅ…上面、２０…試料、２０Ａ…接触面、２１，２２…固体材料、ＡＸ…軸。
【図１】
2010245090.tif 000003
【図２】
2010245090.tif 000004
【図３】
2010245090.tif 000005