(57)【要約】【課題】極微細な探針先端部を生成させるとともに、その成長方向を制御可能なナノ構造物の探針先端生成方法を提供する。【解決手段】金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向にカーボンナノチューブの成長が生じる面を有するように構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向にカーボンナノチューブの成長が生じる面を有するように構成することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。
【請求項２】
金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向に髭状結晶の成長が生じる面を有するように構成することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。
【請求項３】
金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向にカーボンナノチューブの成長が生じる面を有するように構成することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。
【請求項４】
金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向に髭状結晶の成長が生じる面を有するように構成することを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記触媒を過熱して作用を高めることを特徴とするナノ構造物の探針先端生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造物の探針先端生成方法に係り、特に探針先端へのカーボンナノチューブや髭状結晶の生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブや、シリコンなどの髭状結晶は、その優れた機械特性や非常に高いアスペクト比のため、材料やプローブとしての有用性が注目されている。しかし、そのいずれも、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による方法においては、基板上に触媒となる物質の塗布が必要であり、カーボンナノチューブや髭状結晶の直径が小さいものを作製する場合、小さい直径の触媒を基板上に塗布することが重要な課題となっている。
【０００３】
今までの例としては、シリコン髭状結晶を作製する場合、メサ状の台地をシリコン基板上に作製し、その上に金の薄膜を塗布する方法が採られている。これにより、基板が高温に加熱されて金が溶けた場合、溶けた金の滴が互いに集まり、大きくなってしまうことを防げる。結果的に、メサの直径で規定されるシリコン髭状結晶の作製が可能となる。
【０００４】
カーボンナノチューブの場合、鉄やニッケル、もしくはその酸化物を触媒として用いるが、この場合もいかに小さな触媒を基板に塗布するかが課題となっている。
【特許文献１】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来はＳｉウエハーにフォトリソ技術を活用しカンチレバーを作製してきたが、センシング用途によっては必ずしも満足できるものではなかった。
【０００６】
また、カーボンナノチューブの場合も同様に、小さな触媒を選択することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、極微細な探針先端部を生成させるとともに、その成長方向を制御可能なナノ構造物の探針先端生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向にカーボンナノチューブの成長が生じる面を有するように構成することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕金属やシリコンで作製した１個の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向に髭状結晶の成長が生じる面を有するように構成することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向にカーボンナノチューブを成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向にカーボンナノチューブの成長が生じる面を有するように構成することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕金属やシリコンで作製した複数の探針の先端の所定の方向に髭状結晶を成長させるナノ構造物の探針先端生成方法であって、前記探針先端近傍が、選択的に法線方向に髭状結晶の成長が生じる面を有するように構成することを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔１〕〜〔４〕の何れか一項記載のナノ構造物の探針先端生成方法において、前記触媒を過熱して作用を高めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、極微細な探針先端部を生成させるとともに、その成長方向を制御することができる。
【００１４】
また、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針が設けられている基板の法線方向もしくは探針の軸方向に電界をかけることにより、その成長方向を制御し、その電界方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、探針の先端に、その構造的先鋭性を用いて先端にのみ触媒を塗布し、その部分にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる。すなわち、走査型プローブ顕微鏡が、探針の先鋭性によって今までにない空間分解能を達成している作動原理を応用し、探針の先端にのみ触媒を塗布するようにしたものである。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００１８】
この図において、１はチャンバー、２はチャンバー１の下部に配置される発熱体、３は触媒、４はカンチレバー、５は触媒３に接触させるカンチレバー４の先端の探針（探針状の突起）、６はカンチレバー上下移動機構、７は探針５を加熱する探針加熱用電流源、８は電界印加用電圧源、９は触媒加熱用電流源、１０は気体導入部、１１は排気部（真空ポンプへ接続される）である。
【００１９】
このように、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、高温に保持することによって触媒材料の探針５先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。
【００２０】
また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００２１】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電圧源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００２２】
図２は本発明の第２参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００２３】
この図において、２１はチャンバー、２２は触媒基板、２３は探針（探針状の突起）、２４は液体（水や電解液）、２５は電圧源である。
【００２４】
あらかじめ作製した探針２３を触媒基板２２に近接させ、液体（水や電界液）２４中に保持し、電流を探針２３と液体２４の間に流すことによって触媒材料の探針２３先端への拡散やメッキを生じさせ、その後、近接させた触媒基板２２を遠ざけるようにする。
【００２５】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針２３が設けられている基板の法線方向もしくは探針２３の軸方向に電圧源２５から電界をかけることにより、その方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００２６】
図３は本発明の第３参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００２７】
この第３参考例では、カンチレバー４の探針（探針状の突起）５を上下左右に移動させることができるカンチレバー上下左右移動機構３１を設けるようにした。その他の点は図１の第１参考例と同様であり、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２８】
そこで、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、探針５と触媒３を互いに摺動させることによって、触媒材料の探針５先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において、探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００２９】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００３０】
図４は本発明の第４参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【００３１】
この第４参考例では、探針（探針状の突起）５と触媒３の間に電流を流すための電源４１を設けるようにしている。その他の点は図１の第１参考例または図３の第３参考例と同様であり、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００３２】
そこで、あらかじめ作製した探針５を触媒３に接触させ、探針５と触媒３の間に電源４１から電流４２を流すことによって触媒材料の探針先端への拡散を生じさせ、その後、接触させた触媒３を遠ざけ、シリコンやカーボン、もしくはその化合物を含む気体中において、探針５を探針加熱用電流源７に接続された発熱体２で高温に保持することによって、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせるようにする。また、触媒加熱用電流源９によって触媒３も加熱して、活発に作用させることができる。
【００３３】
さらに、カーボンナノチューブやシリコン髭状結晶を成長させる際、探針５が設けられている基板の法線方向もしくは探針５の軸方向に電界印加用電源８から電界をかけることにより、その電界の方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせることが可能となる。
【００３４】
図５は本発明の第５参考例を示すナノ構造物の探針先端の模式図である。
【００３５】
この図において、５１はカンチレバーアレー、５２はカンチレバーなどの弾性支持体、５３は探針、５４は触媒基板である。
【００３６】
そこで、探針５３をカンチレバーなどの弾性支持体５２の上に作製し、この弾性支持体５２の変形を用いて探針５３の先端を破壊することなく適切な圧力で触媒基板５４の触媒に接触させる。
【００３７】
この方法は、探針５３が１個の場合も、多数存在する場合も有効である。例えば、一平方センチメートルあたりに探針付きカンチレバーが１００万個存在する場合、０．１ｇの基板の自重を支持するためには各探針あたり１ｎＮ受け持つことになり、力の能動制御をしなくても、カンチレバーや探針を破壊することなく探針と触媒の接触を得ることが可能となる。
【００３８】
また、探針の高さに１０ｎｍオーダーの不均一があっても、カンチレバーのバネ定数が１Ｎ／ｍの場合、１０ｎＮ程度の押しつけ力の不均一が生じるだけで、探針先端を破壊する面圧にはならない。
【００３９】
図６は本発明の実施例を示すナノ構造物の探針先端を示す斜視図である。
【００４０】
この図において、６１は探針（探針状の突起）、６２はシリコン髭状結晶、６３はシリコン〈１１１〉面である。
【００４１】
あらかじめ作製した探針６１を触媒に接触させ、その際、探針６１先端近傍の結晶面を考慮することにより、特定の面の法線方向にカーボンナノチューブやシリコン髭状結晶の成長を生じさせる。例えば、シリコン髭状結晶６２はシリコン〈１１１〉面６３上に、面の法線方向に成長するため、探針６１先端近傍を構成する結晶面の一つがシリコン〈１１１〉面６３となるようにし、探針６１先端近傍に触媒を拡散させることにより、シリコン〈１１１〉面６３の法線方向にのみ、触媒の拡散した領域をおおよその直径とするシリコン髭状結晶を成長させることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のナノ構造物の探針先端生成方法は、探針先端へのカーボンナノチューブや髭状結晶の生成方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図２】本発明の第２参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図３】本発明の第３参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図４】本発明の第４参考例を示すナノ構造物の探針先端生成装置の模式図である。
【図５】本発明の第５参考例を示すナノ構造物の探針先端の模式図である。
【図６】本発明の実施例を示すナノ構造物の探針先端の斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２１    チャンバー
２    発熱体
３    触媒
４    カンチレバー
５，２３，５３，６１    探針（探針状の突起）
６    カンチレバー上下移動機構
７    探針加熱用電流源
８    電界印加用電圧源
９    触媒加熱用電流源
１０    気体導入部
１１    排気部（真空ポンプへ接続される）
２２，５４    触媒基板
２４    液体（水や電解液）
２５    電圧源
３１    カンチレバー上下左右移動機構
４１    電源
４２    電流
５１    カンチレバーアレー
５２    カンチレバーなどの弾性支持体
６２    シリコン髭状結晶
６３    シリコン〈１１１〉面
【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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