(57)【要約】真空中において、窒化半導体基板上に対象材料を供給することによって幅２０ｎｍ以下の対象材料のワイヤを形成する。これにより、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金等の２０ｎｍ以下の線幅を有するナノワイヤを形成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中において、窒化半導体基板上に対象材料を供給することによって幅２０ｎｍ以下の対象材料のワイヤを形成するナノワイヤの形成方法。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記窒化半導体基板は、（１１０）面の面方位の表面を有する窒化銅基板であることを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項３】
請求の範囲２に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記窒化銅基板は、
（１１０）面の面方位の表面を有する銅基板を真空中でスパッタリングする工程と、
前記銅基板の表面に窒素イオン（Ｎ＋）を注入する工程と、
を含む処理によって形成されることを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項４】
請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記対象材料は、金属、合金、半導体、化合物半導体及び酸化物のうち少なくとも１つであることを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項５】
請求の範囲４に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記対象材料は、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金の少なくとも１つを含むことを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項６】
請求の範囲４に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記対象材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、コバルト（Ｃｏ）含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＮＯ）の少なくとも１つを含むことを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項７】
請求の範囲１〜６のいずれか一項に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料を分子線として供給することによって前記窒化半導体基板の表面にワイヤを形成することを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項８】
請求の範囲１〜６のいずれか一項に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料として複数の材料を同時に供給することによって前記窒化半導体基板の表面に合金ワイヤを形成することを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【請求項９】
請求の範囲１〜６のいずれか一項に記載のナノワイヤの形成方法であって、
前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料として複数の材料を別々に時分割で供給することによって前記窒化半導体基板の表面に混合ワイヤを形成することを特徴とするナノワイヤの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤ及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、１００ｎｍ以下の幅を有するナノワイヤを利用することが考えられている。ナノワイヤは、幅がナノメートル（１０−９ｍ）の範囲にあり、幅に比べて大きい数百ナノメートル以上の長さを有する線材である。このようなナノワイヤの物性はその材質、幅及び長さ等によって異なり、様々な用途が考えられている。
例えば、陽極酸化された多孔性アルミナを用いてナノワイヤを形成する陽極酸化アルミナ法（ＡＡＯ：Ａｎｏｄｉｃ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）等が知られている。
陽極酸化アルミナ法は、多孔性アルミナを基板として用いる方法であり、アルミナ基板に形成された数ナノメートルから数百ナノメートル単位の気孔をナノワイヤの型として用いるものである。例えば、アルミニウム電極を酸化させて表面に酸化物（アルミナ）を形成し、この酸化物に電気化学的エッチングでナノ気孔を作製する。金属イオンを含む溶液にこの基板を浸して電圧を印加することによって、金属イオンが気孔を通じてアルミニウム電極上に堆積し、気孔が金属イオンで満たされる。その後、酸化物（アルミナ）を除去すると、金属ナノワイヤを得ることができる（米国特許第６，５２５，４６１号明細書及びＮａｎｏｌｅｔｔｅｒ  ２００５，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．４，４５８．参照）。
ところで、従来のナノワイヤの形成方法では、２０ｎｍ以下のナノワイヤ、特に１０ｎｍ以下のナノワイヤを形成することが困難であった。
例えば、上記陽極酸化アルミナ法では、基板となるアルミナに２０ｎｍ以下の幅を有する気孔を形成することが困難である。さらに、形成された気孔の幅を２０ｎｍ以下の範囲で揃えて多数形成することも困難である。したがって、２０ｎｍ以下の幅を有するナノワイヤを形成すること自体が困難である上に、幅が均一なナノワイヤを大量生産することもできなかった。
また、従来のナノワイヤの形成方法では、ナノワイヤとする材料も限定されており、多種に亘る金属、合金、半導体、化合物半導体、酸化物等のナノワイヤを形成することもできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、真空中において、窒化半導体基板上に対象材料を供給することによって幅２０ｎｍ以下の対象材料のワイヤを形成するナノワイヤの形成方法である。より好適には１０ｎｍ以下の線幅を有するナノワイヤ、さらに好適には５原子の幅、すなわち１ｎｍ以下の線幅を有するナノワイヤを形成するナノワイヤの形成方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、真空中において、窒化半導体基板上に対象材料を供給することによって幅２０ｎｍ以下の対象材料のワイヤを形成するナノワイヤの形成方法である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、従来作成することができなかった極細のナノワイヤを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の実施の形態における窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）面に対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図２は、本発明の実施の形態における窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）面の表面プロファイルを示す図面代用写真及び図である。
図３は、本発明の実施の形態における窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）面に対する低エネルギー電子回折パターン（ＬＥＥＤパターン）を示す図面代用写真である。
図４は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤの製造装置の構成を示す図である。
図５は、実施例１におけるクロム（Ｃｒ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図６は、実施例２におけるマンガン（Ｍｎ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図７は、実施例３における鉄（Ｆｅ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図８は、実施例４におけるコバルト（Ｃｏ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図９は、実施例５におけるニッケル（Ｎｉ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１０は、実施例６におけるロジウム（Ｒｈ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１１は、実施例７におけるパラジウム（Ｐｄ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１２は、実施例８における金（Ａｕ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１３は、実施例９における酸化亜鉛（ＺｎＯ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１４は、実施例１０におけるコバルト含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）のナノワイヤに対する走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１５は、鉄（Ｆｅ）を０．０５原子層（モノレイヤー）供給した場合の走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１６は、鉄（Ｆｅ）を０．１原子層（モノレイヤー）供給した場合の走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１７は、鉄（Ｆｅ）を０．３５原子層（モノレイヤー）供給した場合の走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図１８は、コバルトのナノワイヤを２層形成した場合の表面状態を示す図である。
図１９は、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金のナノワイヤを形成した場合の走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図２０は、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）のハイブリッドナノワイヤを形成した場合の走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す図面代用写真である。
図２１は、鉄（Ｆｅ）単独のナノワイヤ、金（Ａｕ）単独のナノワイヤ、実施例１１のナノワイヤ及び比較例１のナノワイヤの熱的安定性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
＜基板処理＞
本発明の実施の形態におけるナノワイヤの製造方法では窒化半導体基板を用いてナノワイヤを形成する。以下の説明では、窒化銅（ＣｕＮ）の基板を用いる場合について説明するが基板はこれに限定されるものではない。
窒化銅（ＣｕＮ）基板は、例えば、銅基板に窒素をイオン注入することによって形成することができる。以下、ナノワイヤを形成するための窒化銅（ＣｕＮ）基板の表面処理の手順について説明する。
（１）面方位（１１０）の表面を有する単結晶銅（Ｃｕ）基板を真空中に設置しスパッタリング処理する。例えば、アルゴンイオン（Ａｒ＋）等の希ガスイオンによってスパッタリングする。スパッタリングの際のイオンエネルギーは１ｋｅＶ以上１０ｋｅＶ以下とすることが好適である。また、スパッタリング時間は１時間程度とすることが好適である。その後、基板をアニール処理する。アニール温度は７００Ｋ以上１０００Ｋ以下とする。処理時間は５分以上６０分以下とする。アニール処理後に基板を冷却する。
（２）基板を７００Ｋ以上１０００Ｋ以下の温度まで加熱し、温度を保持する。
（３）基板温度を保持したまま、窒素イオン（Ｎ＋）を清浄な基板の（１１０）面に高温注入する。窒素イオン（Ｎ＋）はイオンガンにより生成することができ、そのエネルギーは２００ｅＶ以上１ｋｅＶ以下とすることが好適である。また、窒素イオン（Ｎ＋）は、基板の（１１０）面での窒素の面密度が５×１０１５イオン／ｃｍ２以上５×１０１６イオン／ｃｍ２以下となるように１時間程度注入することが好適である。なお、イオン注入は、不純物が基板を汚染しないような真空中で行い、例えば２×１０−７ｍｂａｒ程度の真空中で行うことが好適である。
このようにして、清浄な（１１０）面を有する窒化銅（ＣｕＮ）基板を準備する。図１〜図３に、清浄化された（１１０）面を有する窒化銅（ＣｕＮ）基板の走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）写真、その表面のラインプロファイル及び低エネルギー電子回折パターン（ＬＥＥＤパターン）を示す。
＜ナノワイヤ形成方法＞
本実施の形態におけるナノワイヤの製造方法では金属、合金、半導体、化合物半導体及び酸化物のナノワイヤを形成することができる。具体的には、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の金属、それらの合金、半導体及びそれらの化合物をナノワイヤとして形成することができる。特に、合金としては、例えば、鉄と金の合金ナノワイヤを形成することができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、コバルト（Ｃｏ）含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＮＯ）等の酸化物もナノワイヤとして形成することができる。ただし、これらの材質は例示であり、本ナノワイヤの製造方法の適用対象はこれらに限定されるものではない。
上記の基板処理方法で得られた窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）表面にナノワイヤの材料物質を吸着（デポジション）させることによってナノワイヤを形成する。具体的には、分子線エピタキシー法を用いてナノワイヤを形成することができる。
ナノワイヤの形成処理は、窒化銅（ＣｕＮ）基板を真空中に設置して行う。真空度は、ナノワイヤの製造時間中に窒化銅（ＣｕＮ）基板の表面に不純物が有意数吸着しない程度とし、例えば１×１０−９ｍｂａｒ程度とすることが好適である。デポジション処理中、基板は常温（ＲＴ）に保持する。
このように真空中に保持された窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）面にナノワイヤの材料となる物質を蒸発させて吸着させる。物質は他の気体分子にぶつかることなく直進し、ビーム状の分子線として基板表面に供給される。
材料は、基板表面上に形成されるナノワイヤの密度を制御できる程度の供給速度で供給することが好適である。例えば、金属、それらの合金、半導体及びそれらの化合物の材料を９００Ｋから２０００Ｋ程度に加熱して真空中で蒸発させる。例えば、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）でナノワイヤの形成を行う場合には５０ｎＡ／秒程度の堆積速度となるように供給することが好適である。また、酸化物の場合、フッ化クリプトン等のレーザで酸化物材料を加熱して真空中で蒸発させ、０．２５原子層（モノレイヤー）／分程度の堆積速度となるように供給することが好適である。
また、合金、化合物半導体、酸化物をナノワイヤとして形成する場合、図４に示すように、複数のエバポレータ１０ａ，１０ｂを備えた真空チャンバ１００により材料を窒化銅（ＣｕＮ）基板２０の表面に供給するものとしてもよい。
具体的には、（１）複数種の材料をそれぞれエバポレータ１０ａ，１０ｂにセットし、同時にエバポレータ１０ａ，１０ｂから複数種の材料を基板２０の表面に供給する方法とすることができる。また、（２）複数種の材料をそれぞれエバポレータ１０ａ，１０ｂにセットし、エバポレータ１０ｂからの供給を停止した状態でエバポレータ１０ａから材料Ａを基板２０の表面に供給、次にエバポレータ１０ａからの供給を停止した状態でエバポレータ１０ｂから材料Ｂを基板２０の表面に供給するという処理を繰り返す方法を採用してもよい。
なお、エバポレータの数を増やすことによって２種以上の物質からなる合金、化合物半導体、酸化物を形成することもできる。
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の実施例を示す。以下のナノワイヤの形成では、（１）面方位（１１０）の表面を有する単結晶銅（Ｃｕ）基板を真空中に設置し、２ｋｅＶのアルゴンイオン（Ａｒ＋）でスパッタリングを１時間施し、さらに９００Ｋで２０分間アニールを行い、（２）基板を７００Ｋの温度まで加熱し、（３）基板温度を保持したまま、５００ｋｅＶの窒素イオン（Ｎ＋）を（１１０）表面に５×１０１６イオン／ｃｍ２の面密度で注入した窒化銅（ＣｕＮ）基板を用いた。
（実施例１）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、２０００Ｋで蒸発させたクロム（Ｃｒ）を堆積させた。
（実施例２）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、９００Ｋで蒸発させたマンガン（Ｍｎ）を堆積させた。
（実施例３）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１５００Ｋで蒸発させた鉄（Ｆｅ）を堆積させた。
（実施例４）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１５００Ｋで蒸発させたコバルト（Ｃｏ）を堆積させた。
（実施例５）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１５００Ｋで蒸発させたニッケル（Ｎｉ）を堆積させた。
（実施例６）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１８００Ｋで蒸発させたロジウム（Ｒｈ）を堆積させた。
（実施例７）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１５００Ｋで蒸発させたパラジウム（Ｐｄ）を堆積させた。
（実施例８）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を１×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、１０００Ｋで蒸発させた金（Ａｕ）を堆積させた。
（実施例９）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を８×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、フッ化クリプトンのレーザ（２４８ｎｍ）を用いたＰＬＤで酸化亜鉛（ＺｎＯ）を堆積させた。
（実施例１０）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を８×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に、フッ化クリプトンのレーザ（２４８ｎｍ）を用いたＰＬＤでコバルト含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を堆積させた。
（実施例１１）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を８×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）を同時蒸着で供給し、窒化銅（ＣｕＮ）基板上に堆積させた。
（比較例１）上記基板処理を施した窒化銅（ＣｕＮ）基板を８×１０−９ｍｂａｒの真空中に室温で保持し、（１１０）表面に鉄（Ｆｅ）を蒸着法により単独で供給した後、鉄の（Ｆｅ）の供給を停止し、続いて金（Ａｕ）を蒸着法により単独で供給し、窒化銅（ＣｕＮ）基板上に堆積させた。
図５〜図１４及び図１９に実施例１〜１１で形成された各物質のナノワイヤの走査トンネル顕微鏡での観察結果を示す。また、図２０に比較例１で形成された鉄及び金のハイブリッドナノワイヤの走査トンネル顕微鏡での観察結果を示す。
各図（写真）において観察されているように、下地となる窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）面の原子の並びに沿って１ｎｍ程度のナノワイヤが形成されていることがわかる。この観察結果からみるとそれぞれのナノワイヤは５原子の線幅を有しているものと推察される。
なお、実施例１〜８では、ナノワイヤの延伸方向は［１−１０］方向で常に一定であり、延伸方向を横切る［００１］方向にはワイヤ同士が繋がり合っていない。さらに、［００１］方向にはナノワイヤ同士の最小間隔は常に２．２ｎｍを保持している。また、実施例９及び１０では、ナノワイヤの延伸方向は［１−１０］方向に略４５°の方向であり、この場合も延伸方向を横切る方向にはワイヤ同士が繋がり合っていない。
図１５〜１７に、窒化銅（ＣｕＮ）基板に堆積させる材料を増加させた場合のナノワイヤの形成状態を示す走査トンネル顕微鏡の観察結果を示す。図１５〜１７は窒化銅（ＣｕＮ）基板上に鉄（Ｆｅ）をそれぞれ０．０５原子層、０．１原子層及び０．３５原子層供給した場合の観察結果であるが、他の材料についても同様の結果が得られる。
窒化銅（ＣｕＮ）基板に堆積させる材料を増加させると、ナノワイヤの長さ及び密度が増加するが、ナノワイヤはその延伸方向を横切る方向には繋がり合わないことが確認された。窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）表面を覆う程度の材料を供給した場合、隣り合うナノワイヤ同士は（１１０）面内において横方向に接触しない間隔で形成され、下地となる窒化銅（ＣｕＮ）基板の（１１０）表面の原子の並びの整数倍で形成され、その最小単位は常に２倍の周期を保持している。また、各ナノワイヤは均一な線幅を有している。さらに材料の供給量を増加させると、図１８において最も明るく線状に示されるように、ナノワイヤは（１１０）表面において第１層の上のみに第２層が形成されるように垂直方向（基板の厚さ方向）に成長した。
また、実施例１１及び比較例１における鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）からなるナノワイヤについて考察する。
比較例１でナノワイヤを形成した場合、鉄（Ｆｅ）を供給した直後のＳＴＭ観察時に比べて、金（Ａｕ）を供給した後のＳＴＭ観察（図２０）において、鉄（Ｆｅ）を供給した際に形成された鉄（Ｆｅ）のナノワイヤと幅（直径）、方向、高さが略同一であるナノワイヤの数が増加し、窒化銅（ＣｕＮ）基板上のナノワイヤの密度が増大した。すなわち、比較例１で形成されたナノワイヤは、窒化銅（ＣｕＮ）基板上に鉄（Ｆｅ）のナノワイヤと金（Ａｕ）のナノワイヤとがそれぞれ単独に形成された、又は、鉄（Ｆｅ）のナノワイヤ上に金（Ａｕ）のナノワイヤが積層するように形成された鉄及び金のハイブリッドナノワイヤであると考えられた。
そこで、鉄（Ｆｅ）単独のナノワイヤ、金（Ａｕ）単独のナノワイヤ、実施例１１のナノワイヤ及び比較例１のナノワイヤの熱的安定性を調査した。図２１は、窒化銅（ＣｕＮ）基板に形成された各ナノワイヤを加熱した場合の温度の上昇に伴うナノワイヤの数の変化を示している。図２１の横軸は温度（Ｋ）及び縦軸はナノワイヤによる窒化銅（ＣｕＮ）基板表面の被覆率（％）を示す。
図２１に示すように、ナノワイヤの被覆率が減少し始める温度は、鉄（Ｆｅ）単独のナノワイヤ、比較例１のナノワイヤ、実施例１１のナノワイヤ、金（Ａｕ）単独のナノワイヤの順に高くなった。また、ナノワイヤの被覆率が０％となる温度は、鉄（Ｆｅ）単独のナノワイヤは約４２５（Ｋ）、比較例１のナノワイヤが約４５０（Ｋ）、実施例１１のナノワイヤが約５００（Ｋ）、金（Ａｕ）単独のナノワイヤが約５５０（Ｋ）であった。
これらの結果から、比較例１で形成された鉄及び金のハイブリッドナノワイヤと実施例１１で形成されたナノワイヤは異なる特性を有していると考えられ、実施例１１で形成されたナノワイヤは鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）との合金ナノワイヤであると考えられる。
以上のように、本実施の形態におけるナノワイヤの形成方法によれば、従来よりも多種の材料について２０ｎｍ以下のさらに均一幅を有するナノワイヤを形成することが可能となる。
また、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の平衡状態は包晶型であり、いかなる中間相も存在せず、室温での固溶は非常に小さい。したがって、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金は自然界に存在していない。本実施の形態の方法によれば、上記の通り、２０ｎｍ以下のさらに均一幅を有する鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金ナノワイヤを形成することが可能となる。
以上を纏めると、本発明は、真空中において、窒化半導体基板上に対象材料を供給することによって幅２０ｎｍ以下の対象材料のワイヤを形成するナノワイヤの形成方法である。より好適には１０ｎｍ以下の線幅を有するナノワイヤ、さらに好適には５原子の幅、すなわち１ｎｍ以下の均一線幅を有するナノワイヤを形成するナノワイヤの形成方法である。
ここで、前記窒化半導体基板は、（１１０）面の面方位の表面を有する窒化銅基板とすることが好適である。例えば、前記窒化銅基板は、（１１０）面の面方位の表面を有する銅基板を真空中でスパッタリングする工程と、前記銅基板の表面に窒素イオン（Ｎ＋）を高温注入する工程と、を含む処理によって形成することが好適である。
また、前記対象材料は、金属、合金、半導体、化合物半導体及び酸化物のうち少なくとも１つとすることができる。例えば、前記対象材料は、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）の少なくとも１つを含むものとすることが好適である。特に、合金としては、例えば、鉄と金の合金とすることができる。また、例えば、前記対象材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、コバルト（Ｃｏ）含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＮＯ）の少なくとも１つを含むものとすることが好適である。
前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料を分子線として供給することによって前記窒化半導体基板の表面にワイヤを形成することが好適である。
また、合金等の複数の材料を含むナノワイヤを形成する場合、前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料として複数の材料を同時に供給することによって前記窒化半導体基板の表面に合金ワイヤを形成することが好適である。また、前記窒化半導体基板を真空中に配置し、前記対象材料として複数の材料を別々に時分割で供給することによって前記窒化半導体基板の表面に混合ワイヤを形成してもよい。
特に、多種の材料について２０ｎｍ以下の幅を有するナノワイヤを形成することができる。特に、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、コバルト（Ｃｏ）含有の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、鉄（Ｆｅ）と金（Ａｕ）の合金については１ｎｍ以下の線幅を有するナノワイヤを初めて形成することができた。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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