(57)【要約】走査プローブ顕微鏡のためのプローブ構造体は、直立したチップ部材（４，２６）の自由端部から突出しまたそのチップ部材と一体に形成されているナノウィスカーを含む。別の実施例では、データ・ストレージ媒体がナノウィスカーの配列（アレイ）とリード・ライト構造体とを含む。ナノウィスカーの各々は磁性材料で形成され、またその直径は、そのナノオウィスカー中に強磁性のシングル・ドメインが存在するほどのものであり、好ましくは、その直径が約２５ｎｍより大きくはなく、もっと望ましくは約１０ｎｍより大きくはない。リード・ライト構造体は、スピン偏極した電子流を前記配列の選択されたナノウィスカーに注入し、ナノウィスカー内の磁化の方向を検知し、又はナノウィスカーを所望の方向に磁化させるためのプローブ構造体を含む。プローブ構造体を、触媒粒子の融合物を使用してＶＬＳプロセスによって形成するとき、ウィスカーは犠牲的なセグメントを伴って形成され、そのセグメントの選択的なエッチングによって触媒材料の除去を可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材から直立したチップ部材と、そのチップ部材の自由端部上に成長し、その自由端部から突出したナノウィスカーとを含む、走査プローブ顕微鏡のためのナノテクノロジの構造体。
【請求項２】
前記支持部材は、所定の大きさと機械的な特性を持つフレキシブルな部材を含み、前記直立したチップ部材はそのフレキシブルな部材の自由端部に、あるいはその自由端部に近接して設置されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記フレキシブルな部材は細長いビームを含むことを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記ナノウィスカーはドーピングされたバンドギャップの大きな半導体材料を含み、使用において、その半導体材料を流れるエネルギー分布の狭い電子を提供することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する共鳴トンネルダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する発光ダイオード構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記ナノウィスカーの全長に沿って、バイオ物質に対し不活性である材料のコアキシャル層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記ナノウィスカーはシリコンで形成され、前記コアキシャル層は二酸化珪素であることを特徴とする請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記ナノウィスカーは磁性材料又は半磁性材料で形成され、スピン偏極された電子流を供給することができることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記ナノウィスカーは、ＭｎＩｎＡｓ又はＭｎＧａＡｓ又はＭｎＡｓの一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
前記ナノウィスカーは、強磁性のシングル・ドメインのみを有することを特徴とする請求項９に記載の構造体。
【請求項１２】
前記フレキシブルな部材は磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項１３】
フレキシブルな支持部材とナノウィスカーとからなり、その支持部材は、支持部材の自由端部に、あるいはその自由端部に近接して形成された直立したチップ部材を有し、前記ナノウィスカーは前記チップ部材の自由端部上で成長する、ナノテクノロジの構造体。
【請求項１４】
前記フレキシブルな支持部材は細長いビームを含むことを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１５】
前記ナノウィスカーはドーピングされたバンドギャップの大きな半導体材料を含み、使用において、その半導体材料を流れるエネルギー分布の狭い電子を提供することを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１６】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する共鳴トンネルダイオードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１７】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する発光ダイオード構造体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１８】
前記ナノウィスカーの全長に沿って、バイオ物質に対し不活性である材料のコアキシャル層が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１９】
前記ナノウィスカーはシリコンで形成され、前記コアキシャル層は二酸化珪素であることを特徴とする請求項１８に記載の構造体。
【請求項２０】
前記ナノウィスカーは磁性材料又は半磁性材料で形成され、スピン偏極された電子流を供給することができることを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項２１】
前記ナノウィスカーは、ＭｎＡｓ、ＭｎＩｎＡｓ又はＭｎＧａＡｓの一つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の構造体。
【請求項２２】
前記ナノウィスカーは、強磁性のシングル・ドメインのみを有することを特徴とする請求項２０に記載の構造体。
【請求項２３】
前記支持部材は磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項２４】
走査プローブ顕微鏡のためのナノテクノロジの構造体を形成する方法であって、その方法は
チップ部材を提供し、
触媒材料の塊りをチップ部材の自由端部に設け、
その塊りを加熱し、ある条件の下に、その塊りを所定の種類の気体にさらして、ＶＬＳプロセスによってチップ部材から直立するナノウィスカーを形成する方法。
【請求項２５】
前記触媒材料の塊りは、電気分解のプロセスによってチップ部材の自由端部に設けられた材料を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記触媒材料の塊りは、エアゾール粒子を堆積（デポジット）することによってチップ部材の自由端部に設けられた材料を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ナノウィスカーはドーピングされたバンドギャップの大きな半導体材料を含み、使用において、その半導体材料を流れるエネルギー分布の狭い電子を提供することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する共鳴トンネルダイオードを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する発光ダイオード構造体を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノウィスカーは磁性材料又は半磁性材料で形成され、スピン偏極された電子流を供給することができることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記ナノウィスカーは、ＭｎＡｓ、ＭｎＩｎＡｓ又はＭｎＧａＡｓの一つを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノウィスカーは、強磁性のシングル・ドメインのみを有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記チップ部材は所定の大きさのフレキシブルな支持部材上に実装され、そのフレキシブルな支持部材は磁性材料で形成されていることを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記触媒材料は前記ナノウィスカーと同じ材料であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記ナノウィスカーは酸化可能な物質で形成され、前記方法は、更に、ナノウィスカーを酸化処理環境にさらしてナノウィスカーの全長に沿ったコアキシャルの酸化物の層を形成することを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
更に、少なくとも一つの動作条件を変更してナノウィスカーの端部にナノウィスカーの隣接部分の材料とは異なる材料のセグメントを設けることによって、ナノウィスカーの成長を終了させることと、
前記異なる材料と触媒材料とをナノウィスカーから除去するために、前記異なる材料を選択的にエッチングすることとを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
所定の大きさと機械的な特性を持つフレキシブルな支持部材の自由端部に又はその近くに直立したチップ部材を設けることと、
前記チップ部材の自由端部に触媒材料の塊りを設けることと
その塊りを加熱し、ある条件の下に、その塊りを所定の種類の気体にさらして、ＶＬＳプロセスによってチップ部材から直立するナノウィスカーを形成することとを含む、
ナノテクノロジの構造体を形成する方法。
【請求項３８】
前記支持部材は細長いビームを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記触媒材料の塊りは電気分解のプロセス又はエアゾール粒子の堆積によってチップ部材の自由端部上に設けた材料を含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノウィスカーはドーピングされたバンドギャップの大きな半導体材料を含み、使用において、その半導体材料を流れるエネルギー分布の狭い電子を提供することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する共鳴トンネルダイオードを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記ナノウィスカーは、異なるバンドギャップの半導体材料の一連のセグメントを有する発光ダイオード構造体を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記ナノウィスカーは磁性材料又は半磁性材料で形成され、スピン偏極された電子流を供給することができることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
前記ナノウィスカーは、ＭｎＡｓ、ＭｎＩｎＡｓ又はＭｎＧａＡｓの一つを含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記ナノウィスカーは、強磁性のシングル・ドメインのみを有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記支持部材は磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記触媒材料は前記ナノウィスカーと同じ材料であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記ナノウィスカーは酸化可能な物質で形成され、前記方法は、更に、ナノウィスカーを酸化処理環境にさらしてナノウィスカーの全長に沿ったコアキシャルの酸化物の層を形成することを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
更に、少なくとも一つの動作条件を変更してナノウィスカーの端部にナノウィスカーの隣接部分の材料とは異なる材料のセグメントを設けることによって、ナノウィスカーの成長を終了させることと、
前記異なる材料と触媒材料とをナノウィスカーから除去するために、前記異なる材料を選択的にエッチングすることとを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
触媒材料の塊り（mass）を提供し、その塊りを所定の条件の下で一又はそれ以上の気体にさらして、ＶＬＳプロセスによって、ナノウィスカーを形成することと、
少なくとも一つの動作条件を変更してナノウィスカーの端部にナノウィスカーの隣接部分の材料とは異なる材料のセグメントを設けることによって、ナノウィスカーの成長を終了させることと、
前記異なる材料と触媒材料とをナノウィスカーから除去するために、前記異なる材料を選択的にエッチングすることとを含む、ナノウィスカーを形成するプロセス。
【請求項５１】
ナノウィスカーの端部はエッチングされて鋭く丸められた又は先のとがった端部を生成することを特徴とする、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５２】
磁性材料で形成されたナノウィスカーであって、強磁性のシングル・ドメインのみがナノウィスカーの内部に存在し、そのナノウィスカーの直径は約２５ｎｍよりも小さいことを特徴とするナノウィスカー。
【請求項５３】
基板上に形成され、その各々が磁性又は半磁性の材料で形成されているナノウィスカーと、各ナノウィスカーを二つの磁化方向のいずれかに選択的に磁化すべくまた各ナノウィスカーの磁化方向を検知するべく作動するリード／ライト構造体とを含む、データ・ストレージ媒体。
【請求項５４】
各ナノウィスカーは強磁性のシングル・ドメインのみを有していることを特徴とする請求項５３に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項５５】
各ナノウィスカーはその直径が約２５ｎｍより大きくはないことを特徴とする請求項５３に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項５６】
前記リード／ライト構造体は、ナノウィスカーの上方を移動可能であり、また、スピン偏極された電子流をナノウィスカーに注入するために各ナノウィスカーの上方に選択的に位置決め可能な少なくとも一つのヘッドを含むことを特徴とする請求項５３に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項５７】
前記ヘッドはリード／ライト・ヘッドであって、ライトモードにおいて、前記ヘッドは、スピン偏極した充分に強い電子流を選択されたナノウィスカーに注入してナノウィスカー内に所望の方向の磁化を強いるように動作可能であることを特徴とする請求項５６に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項５８】
前記ヘッドは、導電性の又は半導電性材料のチップ部材を有するナノテクノロジ構造体と、チップ部材の端部から突出しチップ部材とこれと一体になっているナノウィスカーとを含むことを特徴とする請求項５６に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項５９】
前記チップ部材はフレキシブルな支持部材上に配置されることを特徴とする請求項５８に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項６０】
フレキシブルな支持部材とナノウィスカーとのいずれか一つが、スピン偏極された電子流を提供することができる磁性材料又は半磁性材料を含むことを特徴とする請求項５９に記載のデータ・ストレージ。
【請求項６１】
各ナノウィスカーは、その最も近い近傍の各々から、その直径の２倍より短い距離だけ間隔を空けることを特徴とする請求項５３に記載のデータ・ストレージ媒体。
【請求項６２】
基板上に形成された、その各々が磁性又は半磁性材料から形成されている一次元のナノエレメントと、各ナノエレメントを、第１及び第２の互いに反対にの磁化される方向のいずれかに選択的に磁化するための、また各ナノエレメントの磁化された方向を検知するためのリード／ライト構造体とを含むデータ・ストレージ媒体であって、前記リード／ライト構造体はナノウィスカーの上方を移動可能でスピン偏極された電子流をナノエレメントに注入するため各ナノエレメントの上方に選択的に位置決め可能であり、前記ヘッドは導電性又は半導電性の材料のチップ部材を含むナノテクノロジ構造体と、チップ部材の端部から突出しまたこれと一体となっているナノウィスカーとを含む、データ・ストレージ媒体。
【請求項６３】
触媒材料の塊りを基板上の所定の場所に形成することと、各場所に磁性又は半磁性の材料のナノウィスカーを、そのナノウィスカー内部で強磁性のシングル・ドメインのみが存在するように成長させることとを含むデータ・ストレージ媒体の形成方法。
【請求項６４】
直径が約２５ｎｍより大きくないことを特徴とする請求項５２に記載のナノウィスカー。
【請求項６５】
直径が約１０ｎｍより大きくないことを特徴とする請求項５２に記載のナノウィスカー。
【請求項６６】
各ナノウィスカーは直径が約１０ｎｍより大きくないことを特徴とする請求項５３に記載のデータ・ストレージ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２００３年７月８日出願の米国仮特許出願（Ｎｏ．６０／４８５，１０４）の優先権の利益を請求する、そして引用によってその仮出願はここに組み入れられる。
（発明の分野）
本願発明は一次元のナノエレメントを組み込んだ構造体であって、また走査プローブ（探針）顕微鏡、電流注入（インジェクション）の用途及びその他の用途における使用に適した構造体に関する。「一次元のナノエレメント」は、基本的に一次元の形態をとった構造体であり、幅又は直径がナノメータの大きさであって、一般にナノウィスカー（針状結晶）、ナノロッド、ナノワイヤ、ナノチューブ等として知られている。より具体的には、しかし排他的ではなく、本発明はナノウィスカーを組み込んだ構造体、関連する製造方法及びナノウィスカーを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＶＬＳ（気体―液体―固体）機構（メカニズム）により基板上にウィスカーを形成する基本プロセスが周知である。通常は金である触媒材料の粒子又は塊り（mass）が基板上で或る気体の存在の下に加熱される。気体は触媒の塊りに吸収されて混合物（alloy）を形成する。その混合物は過飽和し、触媒の塊りの下にピラー（支柱）状の凝固物質が形成し、触媒の塊りはピラーの頂部に乗り上げる。その結果、触媒の塊りが頂部に配置された状態の、所望の材料のウィスカーとなる（参照：E.I Givargizov著、「Current Topics in Materials Science」、第１巻、第７９頁乃至第１４５頁、North Holland Publishing Company、１９７８年）。このようなウィスカーの大きさはマイクロメータの範囲内であった。
【０００３】
成長しているウィスカーの先端に触媒粒子を存在させることで触媒作用をうけナノウィスカーを成長させることは従来ＶＬＳ（気体―液体―固体プロセス）と称されてきたけれど、ウィスカーの成長に対し有効な触媒として機能するためには、触媒粒子が液体状態でなくてもかまわないことが認識されるに至った。少なくとも或る文献証拠は、たとえ触媒粒子が融点より低い温度であっても、おそらく固体の状態であっても、ウィスカーを作成するための材料が粒子―ウィスカー間の界面に達し成長しているウィスカーに寄与することができることを示唆している。このような条件の下で、成長材料、例えば、ウィスカーが成長するにつれそのウィスカーの先端に加えられる原子は、固体の触媒粒子の本体を通過して拡散することができ、又は成長温度で、固体の触媒粒子の表面に沿って、ウィスカーの成長している先端まで拡散することさえできる。明らかなことだが、特定の温度環境、触媒粒子の構成、ウィスカーの目的とされる構成、又はウィスカーの成長に関わるその他の条件の下では、正確な機構（メカニズム）が何であれ、全体の結果は同じ、即ち、触媒粒子によって触媒作用されたウィスカーを伸長させることである。本願の目的上、用語「ＶＬＳプロセス」、「ＶＬＳ法」又は「ＶＬＳ機構（メカニズム）」又は等価の用語は、ナノウィスカーの成長している先端に接触して、粒子、液体又は固体によってナノウィスカーの成長が触媒作用をうける、そういう全ての、触媒手順を含むように意図されている。
【０００４】
国際公開ＷＯ０１／８４２３８は、図１５及び１６において、ナノウィスカーを形成する方法を開示する。この方法では、エアゾールからのナノメータのサイズの粒子が基板上で成長（堆積）し、そしてその粒子がフィラメント又はナノウィスカーを生成するためにシーズ（種）として使用される。
【０００５】
本明細書の目的のため、ナノウィスカーの用語は、直径又は横断寸法がナノメータの大きさ、好ましくは５００ｎｍ又はそれ以下の一次元のナノエレメントを意味するように意図される。
【０００６】
１９８０年代における走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の開発以来、表面に近接した又は接触した状態のナノメータの大きさのチップ（先端部）による原子の大きさでの表面の検査また処置について熱心な研究がなされてきた。ＳＴＭは、チップを標本の表面を横断して移動させながら、チップとその標本の表面との間に流れるトンネル電流の原理に基づいて動作する。その他これまで様々な顕微鏡が開発されてきた。これらは、原子のレベルで表面を調べるため互いに若干異なる原理に基づいて動作する。これらには、例えば、フレキシブルなカンチレバー・ビーム（片持ち梁）に実装されたチップによって表面の電子的な反発力の検知を基にする原子間力顕微鏡、マグネチック・チップによる磁気的な吸引力又は反発力を測定する顕微鏡、更に、標本の表面によって発生した熱を検知する顕微鏡が含まれる（www.nanoworld.orgを参照のこと）。これらの全ての顕微鏡は走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）として知られる包括的なクラスに分類される。本出願の目的に対し、用語「走査プローブ顕微鏡」は、走査トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、及びナノメータ又は原子の大きさで表面の特性を判断するために標本の表面を横切って移動された非常に微細なチップを含むその他の顕微鏡を含むことが理解されるであろう。
【０００７】
オリジナルの形式のＳＴＭは、圧電チューブに実装されたチップを含んでいた。標本の表面へのトンネル電流がモニタされ、トンネル電流を一定に維持するためチップと表面との距離が調整された。今日では、そのようなＳＴＭのチップは、一般に、Ｐｔ／Ｉｒのワイヤを含み、カッタとプライヤでそのワイヤを切断し引張することにより形成される。別の一般的な形式のＳＴＭのチップは、端部がエッチングされたタングステンのワイヤである。両形式のチップともナノメータの範囲の大きさの自由端部を有する。
【０００８】
ＡＦＭの既知の構成は、ミクロ機械加工されたフレクシブルなカンチレバー・ビームを用いるが、そのビームはシリコン製で、一体化したシリコン・チップがそのビームの自由端部から直立しており、チップが(標本の)表面を横断して移動する際にそのビームの屈曲の度合いが測定される（例えば、McGraw Hill Encyclopedia for Science and Technology 7th Editionを参照）。チップの端部は一般にナノメータの範囲の大きさを有する。
【０００９】
「Tunnel-Induced Photon Emission in Semiconductors Using an STM （ＳＴＭの使用による半導体におけるトンネル誘導されたフォトンの放出）」（著者Samuelson他、Physica Scripta、Vol. T42、第149乃至第152ページ（1992年））と題する文献には、図６に、三角形のガリウム燐半導体チップを有するＳＴＭが示されている。図５には、半導体表面でのフォトンの放出を実現するためＰ型又はＮ型のキャリアのトンネル電流を可能にする種々のチップ材料が提示されている。これ（フォトンの放出）は、狭い帯域の低エネルギーの電子で形成されたトンネル電流を供給することによって可能となる。トンネル電流は、この装置によって検知される半導体表面の特定の電子的状態の特性（例えばバンドギャップ）に共鳴して注入することができる。
【００１０】
ＳＰＭのチップに対し、カーボン・ナノチューブは、例えば、これをカンチレバー・ビームの端部に接着するようにした提案がなされてきた。しかしながら、接着はＳＰＭが液体に浸されたときに失敗することが多い。更に、そのようなＳＰＭのチップは、原理的に、チップからの、非常に広帯域の電子状態による一斉の注入により、従来の金属製のＳＰＭチップと同じ制限を受けることになる。
【００１１】
磁気的な応用におけるナノテクノロジの利用は良く知られている。例えば、Lieberの出願にかかるＵＳ−Ａ−５，９９７，８３２及びＷＯ９７／３１１３９を参照されたい。これらの文献には、種々の材料のナノロッドが、そのうちのいくつかは磁性材料であるが、説明されている。データ・ストレージ用の薄膜フィルムを開発するためにナノテクノロジを利用することは、「Monodisperse FePt Nanoparticlesand Ferromagnetic FePt Nanocrystal Superlattices（単分散FePtナノ粒子及び強磁性FePtナノ結晶性超格子）」（著者 Shouheng Sun 他、 Science 第287巻、2000年3月17日発行）と題する論文に記載されている。スピントロニクスの分野では、スピン偏極した電子の、スピントリニクス・デバイスへの効率的な注入について問題が生じている。そのような注入に対し、真空トンネル・プロセスによって、強磁性チップを有するＳＰＭを利用することが提案された。 （著者Wolf 他、 Science 第294巻、1488乃至1495ページ、2001年11月16日発行、 1491ページ参照 。）また著者Orgassa他、 Nanotechnology 12、 281乃至284ページ、 (2001年).を参照。
【発明の開示】
【００１２】
（発明の概要）
第１の態様において、本発明は走査プローブ顕微鏡で使用されるナノテクノロジ構造体を提供する。ナノテクノロジ構造体は、チップ（先端）部材と、そのチップ部材の自由端部から突出しこれと一体となったナノウィスカーとを含む。
【００１３】
そこで、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、ＡＦＭ及びその他の形式のＳＰＭのためのプローブとして使用され、以下に述べるような技術的な利点をもたらす構造体が提供される。チップ部材は所望の形状、例えば管状、円錐状又は三角形状にすることができる。一般的な形式のＳＴＭでは、チップ部材は、金属ワイヤの端部領域を構成し、ナノウィスカーはそのワイヤの端部の予め用意された領域に形成することができる。代わりに、チップ部材は、目的の用途に応じて、基板又はその他の適当な支持材に実装された別の部材として形成することができる。チップ部材とナノウィスカーの両方は、通常、導電性又は半導体の材料で形成され電流の流れるのを許容するが、測定規準（metric）として使用される物理的パラメータに応じて、絶縁材が用いられる環境もありえる。
【００１４】
ＳＴＭによる測定は、表面の特性を詳細に調べるため、通常原子のスケール（尺度）となる。他方、ＡＦＭによる測定は、設計されたナノ構造体を調べるため、より一般的には、もっと大きなナノメータのスケールとなる。通例の場合そうであるが、プローブ構造体が原子間力の測定を目的とする場合は、チップ支持部材は、所定の大きさと機械的な特性、特に弾性とをもったフレキシブルな細長い部材又はビームを含むことができる。そのため、プローブ構造体は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）での使用に適している。チップ部材はビームと一体になることもできる。ビームは適当な材料、例えばシリコン製である。その他の形式のチップ支持部材、例えばＶ字型の支持部材も使用可能である。
【００１５】
それ故、より具体的には、本発明は、フレキシブルな支持部材と、その支持部材の自由端部にあるいはその自由端部の近くに直立したチップ部材を有する支持部材と、そのチップ部材の自由端部から突出しかつこれと一体になっているナノウィスカーとからなるナノテクノロジの構造体を提供する。
【００１６】
第２の態様において、本発明は、チップ部材を提供することと、そのチップ部材から突出するナノウィスカーを形成することとからなる、走査プローブのためのナノテクノロジ構造体を形成する方法を提供する。
【００１７】
好ましい実施例において、ナノウィスカーの形成は、チップ部材の自由端部に所定の体積の触媒材料の塊り（mass）を提供することと、ＶＬＳプロセスによってチップ部材から直立したナノウィスカーを形成できるような条件の下に、触媒材料の塊りを加熱しそして所定の種類の気体にさらすこととを含む。
【００１８】
チップ部材の端部に一より多いナノウィスカーを形成させることは可能であり、また本発明に従うものである。各々がその上に一又はそれ以上のナノウィスカーを形成させる一より多いチップ部材を設けることもできる。そのようなチップ部材は単一の支持材に実装するか、又は互いが独立して動けるよう独立して実装することもできる。
【００１９】
本発明の少なくとも一つの好ましい実施例では、チップ部材はシリコン又はその他の導電性又は半導体材料でできたカンチレバー・ビームに実装され、所定の、通常はミクロンオーダの大きさを有する。ビームは所定の機械的特性、特にビームの端部に働く力に反応する所定の弾性を有する。ビームは直立するチップ部材とともにその自由端部で形成される。ビームが、例えばシリコン等の適当な材料でできている場合は、チップ部材は、適切なプロセス、例えばマイクロマシーニング（ミクロ機械加工）によってビームと一体に形成される。
【００２０】
ナノウィスカーは、チップ部材の先端部に形成され、好ましくは、同じ出願人が、２００３年７月７日に出願した同時係属米国特許出願（１０／６１３，０７１号）及び２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）に記載されたプロセスによって成長する。これらの出願の内容は、引用によってこの出願に組み込まれる。金又はその他の触媒材料の領域がチップ部材の端部に、例えばナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）によって、又は金のナノ粒子の堆積（デポジション）によって設けられる。エピタキシ装置で加熱されると、金の領域は融合し触媒の融解物を形成する。この成長システムに導入された気体が融解物に吸収されて共融（eutectic）合金を形成する。過飽和すると、所望の組成の凝固した材料、例えばガリウム砒素（ヒ化ガリウム）が、融解物とその下の半導体結晶との間の界面に堆積する。このようにして、支柱が形成され、この支柱がナノウィスカー又はナノワイヤと呼ばれる。
【００２１】
本発明による走査プローブ顕微鏡は、非常に狭いエネルギー分布の注入キャリアを提供できるという特徴を有する。それ故、標本の表面を、非常に正確で感度のいい検査用ツールが提供される。この狭いエネルギー分布は、約１０ｍｅＶのエネルギー範囲を有する半導体の伝導帯において自由電子を生ずる、バンドギャップの大きい縮退ドーピングされた半導体ナノワイヤ材料（例えばＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＯ）（これは本質的に特定試料（specific material）とは無関係である）を使用することによって得ることができる。代わりに、約１ｍｅＶのより小さなエネルギー分布でさえも、例えば、ナノワイヤにおいて意図的な共鳴トンネル構造体を使用することによって得ることができる。バンドギャップの異なる材料間にある、ナノワイヤ内の一連のヘテロ接合から成る共鳴トンネル構造体は、同じ出願人が、２００３年７月７日に出願した同時係属米国特許出願（１０／６１３，０７１号）及び２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）に十分に述べられており（これらの出願の内容は、引用によってこの出願に組み込まれる）、本質的に、前述したプロセスによって形成されるが、気体の構成物質がナノワイヤの成長中に迅速に切り変わって互いに異なる材料のセグメント（複数）を生成する。
【００２２】
いずれの場合でも、ナノウィスカーはその全長に沿って径の一定な断面を持つことができ、又は、より好ましくは、テーパ状／円錐状の形体を有する。望ましい形体は、成長条件、主として温度を適切に調整することによって作られる。このことは、同じ出願人が、２００３年７月７日に出願した同時係属米国特許出願（１０／６１３，０７１号）及び２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）に記載されている。
【００２３】
ナノウィスカーは、大きさ、特に直径を非常に正確に作ることができる。ナノウィスカーは、その直径が１０ｎｍより小さい、ほんの数ｎｍの大きさに、正確に寸法づけることができる。一般的に、ナノウィスカーの直径は、好ましくは、５乃至５０ｎｍの範囲内で決めることができる。ナノウィスカーの長さは、典型的には、約１００ｎｍから数マイクロメータの間のいずれかに選ぶことができる。このように形成されたナノウィスカーは、プローブ・チップ構造体において、正確な大きさの素子と所定の特性とを構成する。ナノウィスカーが前述のプロセスによってカンチレバー・ビームと一体に（モノリシック状態で）形成されているときは、使用に際し非常に安全で信頼性があり、また、プローブ構造体の残部に対し、完全に連続しかつインピーダンスのない電気的な接続がなされる。これは、例えばビーム上に接着したカーボン・ナノチューブを使用した装置では、特に液体に浸されたときチップを失う危険があり、更には、ナノチューブとＳＰＭとの間にはかなりの電気インピーダンスが存在することがあることと対照的である。
【００２４】
ナノウィスカーの頂部に残っている触媒材料の融解物は、ある環境では望ましくないものとなり得る。例えば、その融解物はナノウィスカーを通り抜ける電子流のエネルギー分布に影響を与えることもあり、ナノウィスカーの端部の形状を必ずしも正確に画成することができるとはいえない。それ故、本発明の更なる態様に従うと、その融解物は除去することができる。好ましい実施例では、同じ出願人が、２００３年７月７日に出願した同時係属米国特許出願（１０／６１３，０７１号）及び２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）に記載されている技術を使用するが、成長条件を適切に変更しまた反応室内の気体を別のものに置き換えて、ナノウィスカーの主要な又は隣接する部分とは異なる材料の「犠牲的」なセグメントである短いセグメントによって成長を終了させることにより、ナノウィスカーの成長を完了させることができる。例えば、ナノウィスカーの成長が、ウィスカーがＧａＡｓである場合はＩｎＡｓが、又はウィスカーがＩｎＡｓである場合はＧａＡｓが犠牲的材料となりうる。この犠牲的な材料は、後で、選択的なエッチングによって除去され、そのため、触媒（例えば金）粒子を除去し、ウィスカーを終端する新たな表面を形成することができる。更に、そのエッチングは、より精密にするため、鋭く丸められた又は先のとがったウィスカーの端部を生成することができる。
【００２５】
更なる態様において、本発明は、触媒材料の塊りを提供し、その塊りを所定の動作条件の下に一又はそれ以上の気体にさらしてＶＬＳプロセスによってナノウィスカーを形成し、少なくとも一つの動作条件を変更して、ナノウィスカーの端部にその残部の材料又は少なくともナノウィスカーの隣接部分の材料とは異なる材料のセグメントを設けることによって、ナノウィスカーの成長を終了させ、ナノウィスカーの形成後、前記異なる材料とそれより上の触媒材料の塊りとを除去するために、その異なる材料を選択的にエッチングすることからなる、ナノウィスカーを形成するプロセスを提供する。
【００２６】
金の触媒材料に代わるものとして、触媒材料はIII族の金属、例えばＧａ又はＩｎを含むことができる。この金属は、そこからナノウィスカーを形成する予定の材料に含まれる。ナノウィスカーは、単にIII族の金属だけで、又はＶ族材料と混合されて半導体化合物を形成する金属で形成することができる。いずれの場合も、ナノウィスカーが形成された後にナノウィスカーの自由端部に残る触媒融解物は、ナノウィスカーの残部の材料と同じ材料であり、これは、或る状況では利点となることができる。
【００２７】
本発明は、バイオセンシング（bio sensing）の適用においてプローブ構造体の使用を予見する。バイオセンシング技術は、特に核酸、蛋白質又は抗体のような生体分子、あるいは模式的（typical）であるフラグメント（断片、fragments）、バインディング（binding）又はアンプリフィケーション（増幅、amplification）相互作用を利用する何らかのセンサ方式とみなすことができる。本発明に従いＳＰＭチップ内に組み込まれたナノウィスカーは、所定の分子をバインディングするためのコーティング（被覆、塗膜）又は生物学的に活性な分子を含むコーティングを有することができる。
【００２８】
本発明のこの態様に従いＳＰＭチップ内に組み込まれたナノウィスカーは、生体（biological）分子のパラメータ、例えばＤＮＡを検知するための極めて局在化されたセンサとして、特に適用される。例えば、そのような分子を基板上に位置づけ、その基板の表面を走査してＤＮＡの特性をマッピングするようにＡＦＭを配置することができる。更に、ＳＰＭチップに組み込まれたナノウィスカーは、シリコン又はその他の酸化しやすい材料で形成することができる。ナノウィスカーは酸化されて、全長に沿って、しかし酸化を免れて残っているナノウィスカーの自由端部で融解した金又はその他の触媒種の粒子とともに、酸化物の包囲層を形成する。その故、これによって、精密に画成された領域内で相互作用が生じている生体表面を調べるための非常に正確なプローブが提供される。これは面方向とともに高さ方向での分子のマッピングを許容するので、ＸＹＺの三次元のマッピングを可能にする。
【００２９】
更に、本発明に従い、ＳＰＭチップに組み込まれたナノウィスカーは、その全長に沿って材料の異なる一連のセグメントを有し、そのため、ヘテロ接合の間に非常に寸法の小さな、例えば２０ｎｍ３程の発光ダイオードを作ることができる。そのようなダイオードの波長は材料及び寸法を適切に選択することによって所望の値に予め決めることができる。そのようなダイオードは、適切に電圧を与えると必要に応じまた必要なときにシングル・フォトンを放出するように配置（arrange）することができ、またこれは、生体標本（例えば組織、細胞又は分子）に照射するために使用することができる。電磁波の放出により生体標本を照射することは、分子の光学吸収度、燐光性、ルミネセンス等を決定するための非常に感度のいい手段（tool）となる。
【００３０】
磁気的な適用に関し、本願発明では、ナノウィスカーを有するプローブ・チップ構造体は、電流を形成する電子がスピンのパラメータを正確に決めておかねばならない電気回路に、電流を注入するために役に立つ。例えば、ナノウィスカーが磁性材料、例えばＭｎＩｎＡｓ、ＭｎＧａＡｓ、ＭｎＡｓ、あるいは半磁性（semimagnetic）材料で形成される場合は、スピン偏極した電子をそのナノウィスカーの先端から放出することができる（半磁性材料は低濃度の磁性イオン、例えばＭｎを含む半導体化合物である）。チップ構造体は、例えば硬い基板又はメタル・ワイヤのような何らかの適当な支持部材上に設けられるが、カンチレバー・ビーム構造を用いることが好ましい。というのはそのビームの弾力性が確かな接触を与え、またビームの大きさとチップの構造とは電子が注入される回路の大きさに適合しているからである。
【００３１】
代わるものとして、ナノウィスカーに電子を注入する前に電子のスピンを偏極しまた整列するため、カンチレバー・ビームとチップ部材とを強磁性体の材料で形成する。その場合、ナノウィスカーはスピン偏極した電子流の導管（conduit）として作用することができる。これは、強磁性体材料のナノウィスカーを形成することが不都合である場合に利点となることができる。
【００３２】
本発明の更なる態様は、適当な磁性材料で形成されまたデータのストレージとして用いられるナノワイヤ又はナノウィスカーの配列（アレイ）に基づいている。その配列では、各ナノワイヤは、「１」又は「０」ビットを表わすためにスピン・アップ（spin-up）又はスピン・ダウン（spin-down）の状態に選択的に磁化されることができる。
【００３３】
強磁性特性について、ナノウィスカーは、非常に小さな領域に強磁性を保持する可能性を与えることができる。非常に小さな、典型的にはシングル・ドメイン（磁区、domain）、磁性粒子又は同様の構造体をメモリ素子として用いる磁気メモリ・デバイスについて大きな関心がもたれている。しかしながら、このことは既知であるが、強磁性のシングル・ドメインのサイズが小さくなると、それより小さいと強磁性状態が存在できなくなる限界に達し、そのドメイン、例えば単一の粒子は、全ての原子の磁気モーメントが整列して強磁性体におけるように塊り的な巨大な磁気モーメントを形成するがその巨大なスピンの向きをもはや強磁性体におけるように確定した方向にロックすることができない超常磁性（superparamagnetic）状態を取る。この限界は、典型的には、球状の磁性粒子に対し約５０ｎｍである。しかしながら、磁性ドメイン、例えば強磁性のドメインがナノウィスカーに組み込まれているときは、そのドメインが強磁性であることができなくなって超常磁性状態への転移を受けるところの直径を、縮小させることができる。というのは、ナノウィスカーの実質的に一次元的な特性が磁性材料のイオン（又は原子）の磁気モーメントの再定位（reorientaion）の可能性を制限する傾向があるからである。ウィスカーの材料は鉄、コバルト、マンガン又はその合金で作ることができる。他に可能な材料はマンガンの砒化物（強磁性）を含む。それ故、ナノウィスカー内に形成された強磁性のドメインのサイズを特定の材料に対する従来の低い方の限界値よりも低くすることができる。そこで、強磁性の特性は、少なくともいくつかの磁性材料に対し、これらを１０ｎｍ以下の直径を有するナノウィスカーに形成することによって、１０ｎｍ以下の横方向の寸法に保持することができる。そのような非常に小さい強磁性素子は磁気メモリ・デバイスの分野において確かな用途を有する。
【００３４】
このように、本発明に従い、選択的に磁化することができ、また検知可能な磁束を生成することができる、より小さな磁気メモリ素子を作成することが可能である。ナノワイヤ（又はナノウィスカー）の外形において対称性（symmetry）が減じたことで、磁性半導体材料に対しより高いキューリー（Curie）温度を可能にする。更に、（ウィスカーの内側で）互いに異なる格子定数を有する材料を自由に結合できることは、これらの材料の適用に対する、新しい磁性半導体の使用を強化することができる。その新しい磁性半導体、例えばＭｎＧａＰ及びＭｎＧａＮは、室温より高いキューリー温度を有することができる。代わるものとして、例えば鉄、コバルト、ニッケルなどの素子を含む金属の強磁性材料も使用することができる。
【００３５】
一般論として、本発明は、強磁性材料、半磁性材料（半導体マトリクスにおける磁気イオンの希薄溶液）又はその他の適当な磁性材料、例えばフェリ磁性によって実行することができる。
【００３６】
それ故、更なる態様において、本発明は、磁性材料を含むナノウィスカーであって、その直径が、強磁性のシングル・ドメインがそのナノウィスカーの内側に存在するほどのものであるナノウィスカーを提供する。好ましくは、ナノウィスカーの直径は約２５ｎｍより大きくはなく、望ましくは約１０ｎｍより大きくはない。
【００３７】
本発明に従い生成されるナノウィスカーは本質的に円筒形であって、一定の直径を有すことができ、又は正確なナノウィスカーの成長条件に依存した、若干傾斜した形状を有することができる。その直径がナノウィスカーの全長に沿って厳密には一定ではない場合は、ナノウィスカーの直径は平均値とみなされるべきである。
【００３８】
更なる態様において、本発明はナノエレメントの配列（アレイ）、好ましくは、各々が磁性材料を含むナノウィスカーの配列と、選択的に各ナノウィスカーを第1及び第２の磁化方向のいずれか一方に磁化しかつ各ナノウィスカーの磁化の方向を検知するためのリード／ライト構造とからなるデータ・ストレージ媒体を提供する。
【００３９】
その検知デバイスは、好ましくは、前述したように、スピン偏極した電子流を提供するためのチップ部材とナノウィスカーとを備えたカンチレバー支持材を伴ったＳＰＭタイプの装置を含む。そのようなチップ構造体（チップ部材とナノウィスカー）はナノウィスカーを走査するため配列（アレイ）を横切って移動することができ、磁化の方向を検知するため、選択的に素子と整列して配置することができる。電流に対する素子のインピーダンスは磁化の方向の指標を提供する。磁化の方向を書き込むためのデバイスは検知のためのデバイスを含むが、そこではスピン偏極した電流の大きさが非常に増大してナノエレメントを所望の磁化の方向に強いる。代わるものとして、単に例示するだけだが、強く磁化されてその磁界によってナノエレメントを選択的に磁化することができるチップを含む別個の書き込み用ヘッドを設けることもできる。
【００４０】
更なる態様において、本発明は、触媒の塊り（volumes）を基板上の所定の場所（site）に形成することと、その場所の各々で、磁性材料のナノウィスカーであって、強磁性のシングル・ドメインのみがそのナノウィスカーの内部に存在するような大きさのナノウィスカーを成長させることとからなる、データ・ストレージ媒体を形成する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（好適な実施例の説明）
以下本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
【００４２】
さて図１（ａ）を参照するに、ＡＦＭ用のチップ（先端部）はシリコン製のビーム２からなる。このビームは、（例えばエッチングによって）ミクロ加工されて、長さが例えば１００乃至５００μｍの矩形の細長いバーを形成し、また５０×５μｍの矩形の断面を有する。これは、バーに、曲げに対する所定の弾性（反発）を与える。この弾性は構造をＡＦＭにおける用途に適したものにする。ビーム２の一端には円錐状のチップ４が、チップの基底部が１０μｍの幅、高さが２０μｍの状態で、ビームと一体に形成される。チップ４の先端部は直径で約２０ｎｍの寸法を有する。
【００４３】
図１（ｂ）に示すように、金の塊り（volume）１０がチップの端部６に付着される。このステップを実行するために種々のテクニックを用いることができる。例えば、端部６を金のイオンを含む溶液に浸し、前記チップを一対の電極のうちの一つとして使用し、その電極間に電圧を印加することによって、金１０を電気メッキすることができる。これに代わる方法として、分子線装置で分子のビーム(分子線)を端部６に当てることもできる。分子（線）は、金イオンを含む有機金属類である。適切な動作条件の下で、入射分子（線）は、金イオンを端部６に接着しながら、端部６で砕ける。更に別の方法として、金のエアゾール滴にチップをさらすことによって、その金のエアゾール滴をチップの端部に付着することができる。好ましくは、電圧をチップにかけて、端部６の領域の電界を介し溶滴をひきつける。これらのテクニックは、その実行が当業者にとって自明と思われるので、いずれも図示していない。
【００４４】
端部６に金の塊り１０を形成した後、ビーム２を化学ビーム・エピタキシ（ＣＢＥ）装置１４に移動する(図１（ｃ）)。ビームは約４００度Ｃに加熱されて、金が融解し合体して粒子１２になる。ガリウムを含む有機分子、ＴＭＧａ（トリメチル・ガリウム）又はＴＥＧａ（トリエチル・ガリウム）のビーム（分子線）が供給チャンバー１４内に注入され、砒化物のイオン、例えばＴＢＡｓ（トリブチル・アルシン、ターシャリブチル・アルシン）又はＡｓＨ３を含む気体がそのチャンバーに導入される。III族の分子、ＴＭＧａ又はＴＥＧａが標本の表面で分解されるために、ＴＢＡｓ材料は使用される高温によって分解される。いずれにしても、ガリウム及び砒素の原子は金の触媒粒子６によって吸収されて共融合金を形成する。更に吸収されると、その共融合金は過飽和し、砒化ガリウムが粒子１２とチップの自由端部の表面との間に堆積（deposit）され、それによってナノウィスカーの支柱１６を形成する。このプロセスは同じ出願人の2003年7月8日に出願の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９で更に詳細に述べられている。使用する温度に依存して、ナノウィスカーは完全な円筒状とすることも、あるいは、好みに従い、円錐状とすることもできる。ナノウィスカーの直径は金10の当初の面積と結果としての生じる粒子１２の直径に依存する。結果として生じるＡＦＭチップは図１（ｄ）に示される。
【００４５】
このようにして、図１（ｄ）に概略的に示されるように、原子間力顕微鏡又はその他の微視的観察用器具のためのチップが形成される。この顕微鏡は、非常に狭いエネルギー分布の入射キャリアを設計しまた制御することができるという新規な特徴を有する。この非常に狭いエネルギー分布は、約１０ｍｅＶのエネルギー範囲を有する半導体の伝導帯において自由電子を生ずる、バンドギャップの大きい縮退ドーピングされた半導体ナノワイヤ材料（例えばＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＯ）（これは本質的に特定試料（specific material）とは無関係である）を使用することによって得ることができる。代わりに、約１ミリｅＶのより小さなエネルギー分布でさえも、ナノワイヤにおいて意図的な共鳴トンネル構造体を使用することによって得ることができる。バンドギャップの異なる材料間にある、ナノワイヤ内の一連のヘテロ接合から成る共鳴トンネル構造体は、同じ出願人が、２００３年７月７日に出願した同時係属米国特許出願（１０／６１３，０７１号）及び２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）に十分に述べられており（これらの出願の内容は、引用によってこの出願に組み込まれる）、本質的に、前述したプロセスによって形成されるが、気体の構成物質はナノワイヤが成長する間に迅速に切り変わって異なる材料のセグメント（複数）を生成する。これは、図１（ｅ）において概略的に示される。この図ではナノウィスカー１６は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）を形成するために、低バンドギャップ材料の導電性セグメント１８に隣接する広バンドギャップ材料のセグメント１７を含む。
【００４６】
代わりとなる構造では、セグメント１８の材料と、その、ナノウィスカーの全長に沿った幅とが、特定の波長の発光ダイオードを生成するために選択される。これは、同じ出願人が２００３年７月８日に出願した国際出願（ＰＣＴ／ＧＢ０３／００２９２９）の図１５及び図１６に関しより詳細に述べられている。このダイオードは非常に小さい（２０ｎｍ３）ので、点光源とみなされ、また「オン・デマンド」でシングル・フォトンを放出できるように正確に制御することができる。このことは、前述したように、生体分子をマッピングしまた走査する際に有益となり得る。
【００４７】
図１（ｆ）に示すような、代替となる構造では、ＣＢＥチャンバー内で気体の組成物質を急速に切り変えることによって、例えばＩｎＡｓのような犠牲材料の短いセグメント２０がＧａＡｓナノウィスカーの端部に形成される。次の、適当な酸によるエッチングプロセスがセグメント２０と金の粒子融解物１２とを取り除く。残ったナノウィスカー１６は、（異なる材料の部分又はセグメントを含むことはあるかもしれないが）この標本の全体にわたって同じ材料でできおり、また確定した端部を有する。この端部２２は、エッチングプロセスによって点状または、シャープに丸められて生成される。その端部におけるワイヤの直径は５乃至２５ｎｍとすることができる。ウィスカーは原理的にはより小さな直径とすることができるけれど、この範囲は、ＡＦＭの意図される用途に対し適切であることが分かっている。この構成は、確定した電子流をナノウィスカーに流すことが必要な場合に有益である。
【００４８】
前述したように、ＡＦＭチップはフレキシブルなカンチレバー・ビームを有するが、これは他の用途に対しては必ずしも必要ではなくて、硬い基板又はその他の支持部材をそのビームに置き換えることができる。
【００４９】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の第２の実施例に従うＳＴＭ用プローブを示す。図２（ａ）では、支持部２４が、ホルダ２８に保持された金属ワイヤのチップ部材２６を含むＳＴＭチップ構造体を実装する。ワイヤ２６の先端部は、図２（ｂ）に示すように、符号３０におけるようにテーパが付けられている。ナノウィスカー３４は、図１（ｂ）乃至図１（ｇ）に関連して前述したプロセスに従い、端部に形成される。ＳＴＭの適用は、通常、原子のスケールの測定を必要とするから、ナノウィスカーは、少なくともそのチップで、直径を非常に小さく、約１０ｎｍ以下又は５ｎｍよりも更に小さくすることもある。
【００５０】
図３を参照するに、ナノウィスカーが一体となったＡＦＭのチップ構造体を含む第３の実施例が示されている。この実施例では、図１のそれと同様の部分は同じ参照番号によって表されている。ウィスカー３６は前述の方法によって形成される。そのウィスカーはシリコンでできていて、一端に金の粒子の融解物１２を有する。ウィスカーの形成に次いで、そのウィスカーはシリコンを酸化するため適当な温度の空気さらす。これにより、ウィスカーを取り囲み全長に沿って延びる酸化ケイ素のシェル３８が形成される。金の粒子の融解物３８は非酸化状態で残る。
【００５１】
それ故、これは生体標本の精密な検査には非常に適した構造を提供する、というのは、生体標本との相互作用する領域は非常に正確に画定されているからである。ナノウィスカー３６，３８，１２は、例えば、生体組織の特性をチップ構造体の移動する三方向Ｘ，Ｙ，Ｚにマッピングするために使用することができる。
【００５２】
代わるものとして、ウィスカー３６は、酸化層３８の代替物として高バンドギャップ材料を形成するために、適当な材料の雰囲気（ガス体）にさらすこともできる。金の粒子の融解物１２は、いずれの場合も、生体標本と所望の反応を起こすために、酵素材料又は生物学的に活性な材料によって被われることもある。
【００５３】
生体組織の三次元マッピング及び特徴付けのための代わりの構成では、図１（ｅ）に関し前述したように、ナノウィスカー１６、１７、１８内に発光ダイオードが形成される。光の生体組織との相互作用は組織を特徴付けるための非常に感度の良好なツールを提供する。殊に、そのツールではダイオードが非常に小さい（２０ｎｍ３）ので、ダイオードを点光源とみなすことができ、またダイオードは「オン・デマンド」でシングル・フォトンを放出することができる。
【００５４】
図４を参照するに、スピントロニクスの分野で使用される、本発明の第４の実施例が示されている。スピントロニクスは、電子デバイスの特性がデバイス中の電子スピンの輸送（transport）に依存する技術分野である。図４では、図１のそれと同様の部品は同様の参照番号によって表されている。前述のプロセスによってチップ部材４の端部に形成されたウィスカー４０は、磁性材料（ＭｎＩｎＡｓ、ＭｎＧａＡｓ、ＭｎＡｓ）又は低濃度のＭｎを含む半磁性材でできている。印加された電圧Ｖの下で、スピン偏極された電子４４は、基板４８上に配置された電気接点４６と電気的に接触するウィスカーのチップから放出される。スピン偏極された電子４４はトンネル・プロセスによって接点４６内に入射され、そして所望の機能のために使用される。所望の機能は、例えば、基板４８に配置され、また図式的にそれぞれ５０Ｌ、５０Ｕで示された上位及び下位の電気導体によって電気的に接続されたナノピラー４９のような磁気メモリ素子の状態を読むことである。
【００５５】
図５（ａ）に示す第５の実施例では、ナノウィスカーの規則的な配列（アレイ）５０が基板５２上に形成されている。図５（ａ）では、現実の配列の一部分のみがしめされており、明快にするため、多数のナノウィスカーの場所のみが示されている。各ナノウィスカー５４は、直径が２０ｎｍであり、また、強磁性のシングル・ドメインから成り、かつ図５（ｂ）に示すようなスピン・アップの状態又は図５（ｃ）に示すようなスピン・ダウンの状態となり得る磁性材料（例えば鉄、コバルト、マンガン、ＭｎＡｓ、ＭｎＧａＡｓ、ＭｎＩｎＡｓ）で形成される。本発明に従いナノウィスカーに組み込まれるとき、材料のイオンが一より多い向きを持つことがより困難な一次元システムでは、幾何学的に対称に整列する可能性が減少することから、ドメインの直径を縮小することができる。ウィスカーの材料は、鉄、コバルト、マンガン又はその合金を含む。
【００５６】
配列（アレイ）５０は行及び列５６，５８を伴う四角のマトリクスとして配置される。各ナノウィスカーは、直径が２０ｎｍで、行及び列の方向に、隣接するナノウィスカーと１０ｎｍの距離だけ間隔が空いている。一般に、隣接するナノウィスカー間の距離は、直径の２倍よりも少なくすべきである。この値は、できるだけナノウィスカーが密にパックされるための要請と、ナノウィスカーを個別に監視するのに十分な間隔を空けることの要請との間の妥協点を表わしている。矩形のマトリクスに代えて、ナノウィスカーは所望の構造に、例えば六角形の格子構造（密にパックされた六角形）又は線形な配置にすら構成することができる。図４と同様に、カンチレバー及びチップの配置２，４，４０は、行及び列の方向Ｘ，Ｙに配列（アレイ）を走査するために配列(アレイ)の上を移動可能なリード（読み）／ライト（書き）ヘッドとして使用される。ヘッドの移動は、各ナノウィスカーと一直線上で真上になるよう選択的に位置決めするための従来のＳＰＭテクニックによって制御される。
【００５７】
リード又は検知モードでは、ヘッド２，４，４０はスピン偏極された弱い電子流を隣接のナノウィスカー内に放出する。ナノウィスカーの電流に対するインピーダンスは磁化の方向の指標を与える。
【００５８】
ライトモードでは、ヘッドから放出された、スピン偏極された電子流が非常に増大され、ナノウィスカーを通って流れるとき、ナノウィスカーを所望の方向に磁化させるのに十分の大きさとなる。
【００５９】
ナノウィスカーの配列（アレイ）を形成するプロセスに関し、金の触媒領域が、ＮＩＬプロセスによって基板５２上にナノウィスカー５４の所望の場所に形成される。これは図６（ａ）乃至図６（ｅ）によって示される。これらの図は（マトリクスの）行の一部の断面図である。図６（ａ）では、基板５２がその表面上に変形可能なポリマーの層６０を形成したところである。ポリマーは硬いスタンプ（不図示）によって変形されてナノウィスカーの、目的とされた場所６２に矩形の凹陥部を形成する。次いで、ポリマーは、凹陥部６２のポリマーを取り除くためにエッチングされ、金の層６４が付与される。この結果は図６（ｂ）に示される。そこでは金６４がその場所６２で基板と接触し、他の場所では、金は残ったポリマー６０の頂部の上に配置される。最終的に、図６（ｃ）に示すように、更なるエッチングステップにより、残りのポリマー領域が取り除かれて金の領域６６がナノウィスカーの場所６２に残される。
【００６０】
次いで、基板はエピタキシャル成長反応チャンバーに移送されて、そこで過熱され、図６（ｄ）に示すように、金の領域が溶かされて粒子１２になる。気体が反応チャンバーに導入され、ナノウィスカー５４がＶＬＳプロセスによって成長する（図６（ｅ））。ナノウィスカーは精密に形成され所望の場所に正確に配置される。必要ならば、続くエッチングステップで、以前に述べたように、ナノウィスカーの端部の金の粒子を取り除くこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施例を形成する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）用チップの形成プロセスにおける工程を示す。
【図２】（ａ），（ｂ）は、走査トンネル顕微鏡（STM）用チップを含む本発明の第２の実施例を示す。
【図３】生体サンプルの特性を決定するために適用された本発明の第３の実施例を示す。
【図４】スピン偏極した電子をスピントロニクス回路に電流注入するためのメカニズムを形成するナノ構造体を含む本発明の第４の実施例を示す。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、データ・ストレージ媒体を形成する、磁性材料でできたナノウィスカーの配列（アレイ）を含む本発明の第５の実施例を示す。
【図６】（ａ）〜（ｅ）ナノウィスカー配列を形成するためのプロセスを示す。
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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