(57)【要約】  本発明のナノ寸法クラスターを形成する方法は、クラスターを形成する材料を含む溶液を、基材材料中に含まれる天然または合成由来のナノ細孔中に導入すること、続いて該溶液をレーザー放射線パルスに、低温プラズマが発生し、そのプラズマが存在する領域で気体状媒体を形成するように露出することからなり、該プラズマが冷却して行く間に、液体基材上におけるクラスター材料の結晶化により、クラスター材料が純粋な材料に戻り、それによって、基材材料と接合された単結晶量子ドットを形成する。該方法により、異なった材料から、二または三次元的クラスター格子および互いに接合されたクラスターを形成することができる。本発明により、様々な材料から、基材ナノキャビティ中にワイヤを、およびガラスに塗布された有機材料中に分散した溶液微小滴から量子ドットを形成することもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する方法であって、該方法が、前記クラスターを形成するための材料を予め決められた物理的パラメータを有する天然または合成材料の基材中に導入する工程、および制御可能な特性を有する複合材料を形成する工程を含んでなり、前記クラスターを形成するための前記材料を溶液の成分として前記基材材料の中に導入し、それから前記溶液を前記基材の予め決められた地点でレーザー放射線パルスの作用に曝し、レーザースポットの区域内で低温プラズマを形成し、それにより気体状媒体がプラズマが存在する領域で形成され、前記プラズマが冷却される間に前記基材材料と接合された単結晶量子ドットおよびワイヤとして前記クラスターが形成されるように、該気体状媒体が前記領域の中にあるクラスター材料のイオンを純粋な材料に還元するために使用されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記クラスター形成用材料として、金属、メタロイドおよび半導体が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基材が、使用する波長の前記レーザー放射線に対して透明であり、前記溶液に対して、前記溶液の存在する温度で前記溶液に化学的に不活性である材料から製造され、前記溶液が、前記基材材料を十分に湿潤させることができ、予め決められた波長の前記レーザー放射線を吸収することができ、前記低温プラズマの作用の下で原子状水素を形成できるように調製される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基材材料中に導入された前記溶液に対して前記レーザー放射線を作用させる前に、前記放射線に対して透明な材料で前記基材を被覆する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基材材料中の天然または合成由来の複数のナノ細孔中に前記溶液を導入し、レーザー光線を前記基材表面の予め決められた区域に集中させ、前記レーザースポットの区域内に位置する前記ナノ細孔の開口部の中にクラスター形成を誘発する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基材本体中の、一つの同じ層の異なった地点に前記レーザー光線を集中させ、前記層の中に位置する前記ナノ細孔の通路中にクラスター形成を引き起こす、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
多くの前記基材層において最も下にある層から前記クラスターを連続的に形成し、それにより隣接する層において前記クラスターを形成する工程間で前記基材の前記ナノ細孔を前記溶液で充填しながら前記クラスターから三次元的構造を構築する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第一の材料から前記ナノ細孔中に前記クラスターを形成した後に、異なった材料を含む溶液で前記ナノ細孔を充填しながら、各ナノ細孔中に接合されたクラスターを様々な材料から形成する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
通しナノ細孔を有する前記基材をシート材料上に配置し、前記ナノ細孔を前記溶液で充填し、前記溶液を前記レーザー放射線パルスの作用に露出し、それにより前記シート材料の、前記ナノ細孔の出口開口部と反対側の表面上に前記クラスター形成を引き起こす、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
ナノ寸法の窪みを伴った予め決められた構成をそれぞれ有する複数の長い溝を前記基材表面上に形成し、前記クラスター形成材料を含む前記溶液で前記溝を満たし、前記溝の各地点をレーザー放射線パルスの作用に曝し、それにより前記溝中の前記窪みの中にワイヤを形成する、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記基材の有機材料および前記溶液の両方から微細に分散した混合物を調製し、前記混合物をガラス上に均一な層に塗布し、前記層の予め決められた区域にレーザー光線を集中させ、前記レーザースポットの限界中に前記クラスター形成を引き起こし、このようにして前記ガラスに塗布された被膜を重合させ、金属−重合体複合体を形成する、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクスに、より詳しくは、ナノ寸法クラスターを形成し、そこから、情報信号の伝送、変換、保存、および発生に使用するためのナノ電子的構造を構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ寸法クラスターを形成し、そこからナノ電子的構造を構築する方法は公知であり、そこでは、適切な物質を、ある種の天然または合成材料の構造中に存在するナノ寸法キャビティの中に導入している(例えば、1999年3月22〜25日にOxfordで開催されたthe XI International Conference on Semiconducting Materialsで発表された論文の主題、「合成オパールマトリックス中の結晶性(無定形)シリコン3-Dバブル格子」、V.N. Bogomolov, et al.参照)。
【０００３】
この方法では、合成オパール中の空隙を加圧下でテルルの溶融物または溶液で充填し、そこからオパールマトリックス中のテルルナノクラスター格子を得ている。
【０００４】
しかし、この方法では、ナノ細孔同士を互いに接続する通路の網目のために、隔離されたクラスターの格子を構築するのが困難である。
【０００５】
この方法では、基材の異なった層中にあるナノ細孔中に配置された、隔離されたクラスターから三次元的構造を構築することも不可能である。
【０００６】
さらに、この方法により製造されるクラスターは、オパール本体中のナノ寸法キャビティもそうであるように、不規則な様式で配置されるので、電気的および光学的特性が均質な分離しているナノ要素を構築すること、およびそれらを秩序付けられた構造に組織化することは不可能である。
【０００７】
先行技術では、ナノクラスターの格子を形成し、そこから二次元的格子を構築する方法が公知である(例えば、RF特許第2214359号、IPC７:B 8 2B 3/00参照)。
【０００８】
この公知の方法により、サイズが均質なクラスターを形成し、それらのクラスターを、二次元的格子の節点(nodes)で同じピッチで配置することができる。
【０００９】
しかし、この方法は、技術的に複雑であり、効率が低く、三次元的格子を構築することができない。
【００１０】
先行技術では、予め決められた構成を有する金属被覆された画像をシート材料上に形成する方法が公知である(例えば、公開PCT特許出願第WO01／38940 A2号、IPC: G03F 7/26参照)。この方法により、ガラス板上に配置された層から金属粒子がシート材料の上に移動し、そのシート上に、レーザー放射線パルスの作用により堆積する。
【００１１】
しかし、この方法により、シート材料上クラスターまたはワイヤを、このようにしてシート材料の上に移動した大きなサイズの粒子と接続することは不可能である。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の目的は、ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する方法であって、基材の表面および基材本体の中の両方に、予め決められた深さでクラスターを形成し、それらのクラスターから三次元的構造を構築することができる、方法を提供することである。
【００１３】
この目的は、ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する方法であって、該方法が、前記クラスターを形成するための材料を予め決められた物理的パラメータを有する天然または合成材料の基材中に導入する工程、および制御可能な特性を有する複合材料を形成する工程を含んでなり、前記クラスターを形成するための前記材料を溶液の成分として前記基材材料の中に導入し、それから前記溶液を前記基材の予め決められた地点でレーザー放射線パルスの作用に曝し、レーザースポットの区域内で低温プラズマを形成し、それにより気体状媒体がプラズマが存在する領域で形成され、前記プラズマが冷却される間に前記基材材料と接合された単結晶量子ドットおよびワイヤとして前記クラスターが形成されるように、該気体状媒体が前記領域の中にあるクラスター材料のイオンを純粋な材料に還元するために使用されることを特徴とする方法により達成される。
【００１４】
この、ナノ寸法クラスターを形成し、そこから構造を構築するための方法では、複雑で、高価な特殊な装置、ならびにクラスター形成の元となる材料を基材中に導入するための特別な技術は必要ない。
【００１５】
クラスター形成用材料としては、金属、非金属および半導体の使用が推奨される。
【００１６】
この、ナノ寸法クラスターを形成し、そこから構造を構築するための方法では、クラスターを単結晶として形成する条件を提供する。
【００１７】
使用する波長のレーザー放射線に対して透明であり、溶液に対して、その存在する温度で化学的に不活性である材料の基材を製造し、溶液は、基材の材料を適切に湿潤させることができ、予め決められた波長の放射線を吸収することができ、低温プラズマの作用で原子状水素を形成できるように調製することが推奨される。
【００１８】
この、ナノ寸法クラスターを形成し、そこから構造を構築するための方法により、基材の内側にクラスターを形成することができる。
【００１９】
基材材料中に導入された溶液に対してレーザー放射線を作用させる前に、この放射線に対して透明な材料で基材を被覆することが推奨される。
【００２０】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法では、レーザー放射線を溶液に向けて確実に作用させる。
【００２１】
基材材料中の天然または合成由来の複数のナノ細孔中に溶液を導入し、レーザー光線を基材表面の予め決められた区域に集中させ、レーザースポットの区域内に位置するこれらのナノ細孔の開口部の中にクラスター形成を誘発することが推奨される。
【００２２】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、レーザースポットの区域内に入る全てのナノ細孔中にナノ寸法クラスターが同時に形成される。
【００２３】
基材本体中の、一つの同じ層の異なった地点にレーザー光線を集中させ、この層の中に位置するナノ細孔の通路中にクラスター形成を引き起こすことが推奨される。
【００２４】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、ナノ細孔中の予め決められた深さでナノ寸法クラスターを形成することができる。
【００２５】
多くの基材層の中に、最も下にある層から出発し、隣接する層でクラスターを形成する工程間で、基材のナノ細孔を溶液で充填しながら、クラスターを連続的に形成し、それによって、クラスターから三次元的構造を構築することが推奨される。
【００２６】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、そこから空間的に三次元的な構造を構築することができる。
【００２７】
第一の材料からナノ細孔中にクラスターを形成した後に、異なった材料を含む溶液でナノ細孔を充填しながら、各ナノ細孔中に様々な材料から接合されたクラスターを形成することが推奨される。
【００２８】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、様々な材料から形成されたクラスターから、三次元的な構造を構築することができる。
【００２９】
通しナノ細孔を有する基材をシート材料上に配置し、ナノ細孔を溶液で充填し、レーザー放射線パルスを溶液に作用させることにより、シート材料の、ナノ細孔の出口開口部と反対側の表面上にクラスター形成を引き起こすことが推奨される。
【００３０】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、シート材料の表面上に二次元的ナノクラスター格子を構築することができる。
【００３１】
基材表面上に、複数の長い、それぞれナノ寸法の窪みを有する、予め決められた構成を有する溝を形成し、それらの溝を、クラスター形成材料を含む溶液で満たし、溝の各地点にレーザー放射線パルスを作用させることにより、溝中の窪みの中にワイヤを形成することが推奨される。
【００３２】
この、ナノ寸法の秩序付けられた構造を形成するための方法により、基材材料と接合された任意の構成を有するワイヤを形成することができる。
【００３３】
基材の有機材料および溶液の両方から微細に分散した混合物を調製し、それをガラス上に均一な層に塗布し、この層の予め決められた区域にレーザー光線を集中させ、レーザースポット中にクラスター形成を引き起こし、このようにしてガラスに塗布された被膜を重合させ、金属-重合体複合体を形成することが推奨される。
【００３４】
この、ナノ寸法クラスターを形成するための方法により、情報を表示するための大型スクリーンを製造する技術が簡素化される。
【００３５】
本発明を制限しない具体的な実施態様を示す添付の図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３６】
本発明のナノ寸法クラスターを形成し、そこから秩序付けられた構造を構築する方法は、下記のようにして達成される。
【００３７】
使用する波長のレーザー放射線に対して透明な材料の基材1の中に、二次元的格子を、公知の方法により、特にナノ平版印刷の方法により、該二次元的格子が、同じ断面および予め決められた深さの、基材の表面4に対して直角なナノ細孔3からなるように、製造する。
【００３８】
クラスター5を形成する材料を、例えばこの材料の塩の形態で含む溶液を、ナノ細孔3の中に導入する。次いで、この溶液の残りを基材1の表面4から除去し、この表面をレーザー放射線に対して透明な材料、例えばガラス6、により覆う。
【００３９】
レーザー放射線2のパルスを、ガラス6を通して、ナノ細孔3中の溶液に向けるが、パルスの出力は、パルスが作用している間に、レーザー放射線スポットの中に位置するナノ細孔3の中に充填された溶液中に低温プラズマが発生し、その存在区域中に気体状媒体を形成するのに十分である。
【００４０】
クラスター材料は、この媒体中で、原子状水素の雰囲気中で液体基材上に結晶化する結果、純粋な材料に還元される。これは、溶液の組成が、低温プラズマの作用の下で、原子状水素を形成するように選択されているために、起こる。
【００４１】
その結果、クラスターは、原子状水素の保護雰囲気中で結晶化して行き、これによって、混合物の低濃度で、その酸化過程が無いために、高度の構造的な完全性が得られる。
【００４２】
図8は、本発明の高速結晶化により、原子状水素の保護雰囲気中で液体基材上に形成された銅のナノ結晶を示す。
【００４３】
三次元的クラスター格子を構築する際にも、類似の過程が起こる(図2)。この場合、クラスターを先ず基材の下側層中に形成し、次いでナノ細孔を溶液で再度満たし、基材の上側層中にクラスターを形成する。
【００４４】
本発明の方法により、基材の本体中に、接合されたクラスターを異なった材料から形成することができる。この目的には、基材の下側層中にクラスターを形成した後、異なった材料を含む溶液でナノ細孔を満たし、そこからクラスターを形成する。
【００４５】
本発明の方法により、シート材料の平滑な表面上に二次元的クラスター格子を構築することも可能である(図6)。
【００４６】
この目的には、通しナノ細孔3を有する基材1をシート材料の表面上に置き、溶液をナノ細孔中に導入し、基材1をガラス6で覆い、上記の工程を繰り返す。
【００４７】
本発明の方法により、基材の表面上にあらゆる予め決められた構成を有するワイヤ7を得ることができる(図4および5)。この場合、溶液をナノ寸法溝の中に導入し、次いで上記のように処理を繰り返す。この方法を使用することにより、異なった材料から得られる接合されたクラスターに関して上に説明したように、2種類の材料から接合されたワイヤを得ることができる。
【００４８】
本発明の方法を使用し、ガラスに均一な層8で塗布した有機材料の内側にクラスターを形成することができる(図7)。この場合、先ず微細に分散させた混合物を基材の有機材料から製造し、その溶液をガラスに均一な層で塗布する。レーザー放射線パルスがこの層の予め決められた部分に作用すると、溶液の細かい気泡がレーザー光線と相互作用する。上に記載した処理の結果、ガラスに塗布された層の中にクラスターが形成される。
産業上の利用可能性
【００４９】
ナノ寸法クラスターを形成してそこから秩序構造を構築する本発明の方法によれば、基材材料と接合された単結晶量子ドットおよびワイヤから二および三次元的格子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】合成されたナノ細孔中に二次元的クラスター格子が構築される、本発明の方法を例示する。
【図２】合成されたナノ細孔中に三次元的クラスター格子が構築される、本発明の方法を例示する。
【図３】合成されたナノ細孔中で接合されたクラスターから三次元的格子が構築される、本発明の方法を例示する。
【図４】予め決められた構成を有するワイヤが基材の表面上に形成され、基材と接合される、本発明の方法を例示する。
【図５】図4のＡ−Ａ断面であり、予め決められた構成を有するワイヤが基材の表面上に形成され、基材と接合される、本発明の方法を例示する。
【図６】シート材料の表面上に二次元的ナノクラスター格子が構築される、本発明の方法を例示する。
【図７】ナノクラスターが、ガラスに塗布された有機材料の層の内側に形成される、本発明の方法を例示する。
【図８】本発明の高速度結晶化により、液体基材上に製造された銅の単結晶を例示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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